液化气分馏塔的节能减排优化分析
高桂山 王卫凤 张金芳
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高桂山 王卫凤 张金芳,. 液化气分馏塔的节能减排优化分析[J]. 天然气进展,20233. DOI:10.12721/ccn.2023.157020.
摘要: 分馏过程属于一项繁琐的传热传质过程,过程存在很多变量与被控变量,且可操作变量也十分的多,过程动态与机理存在一定的复杂性。文章通过对液化气分馏塔的优化,使其实现了节能减排目的,液化气的产品产量得到提升,减轻了核心岗位的工作量,实践操作简便,效率高。
关键词: 分馏装置;工艺流程;能量衡算;节能减排;产品产量;液化气
DOI:10.12721/ccn.2023.157020
基金资助:

关于分馏塔的节能减排优化,已经有不少专家提出了诸多的方式方法以减少分馏装置的能源消耗量。比如,摒弃普通板式塔或者效率低的材料,选择高质量、效率好的材料;将再沸器或者冷凝器的换热效果不断增强;重新设置了分馏塔的进料位置或者进料状态;新添了中间再沸器或者冷凝器;将多塔分馏时的流程进行了重新制定,以减少回流比,改变塔的操作压力等。在上述所述的方法中,通常都是根据工艺流程而进行的,需要对实际中的生产装置做全面的整改,或者重新设置生产流程。笔者主要以液化气分馏塔的能量衡算为切入点,提出了相应的节能减排优化措施,以确保分馏塔具有较高的使用率。

1液化气分馏塔的能量衡算及其现行控制系统情况

当处于稳定状态下时,流进塔中的(以传热与进料方式带人的)全部能量和离开塔的(以传热与产品带出的)能量必会是相互平衡的。我们通过数学的方式可将该平衡关系列为:

QH+FHF=Qc+DHD+BHB(式1)

上述所列式中,QH代表的是再沸器加热量,QC代表的是冷凝器冷却量,F代表的是进料量,D代表的是塔顶采出量,B代表的是塔釜产品量,HF代表的是进料,HD代表的是塔顶,HB代表的是塔底产品的热烩。该式中将热损失忽略不计。

该式中并没有清晰的指出塔内能量关系对产品纯度是否有影响。但是,该式中各环节均会给塔内上升蒸汽量v带来影响,而上升蒸汽量v和产品纯度间属于某种关系,以下进行一一解答。

二元精馏中,全回流过程中的芬斯克方程式:

y(1-x)/x(1-y)=an(式2)

上述式中,a代表的是平均相对挥发度,n代表的是理论塔板数,x、y代表的是塔底出物与采塔顶采出物轻组分的浓度。

全回流过程中,得出二元精馏塔两端产品纯度间存在的分离关系y(1-x)/x(1-y)=an完全由a与n来决定。为了将该式延伸至全回流以外的情况,将分离度S定义为:

S=y(1-x)/x(1-y)(式3)

在部分回流过程中,对塔分离度S造成影响的因素特别多,用公式代表为:

S=f(a,n,V/F,z,E,nF)(式4)

上述式中,E代表的是塔板效率,nF代表的是进料板位置,V代表的是上升蒸汽量,其他符号同前。

在一个已经明确的塔中,a、n、E、Fn是保持不变或者些许变化的,并且,进料浓度z的变化要低于/VF对S的影响,能将其忽略不计。所以,可将上述式进行一番简化:

S=f(Y/r)(式5)

通过实践后得出,只要确保/VF一定或者F一定,保持D和v一定,精馏塔最后的分离结果就能够予以明确。

2 液化气分馏塔的节能减排优化措施

2.1 优化措施

经过上一节的分析后可以得出,只需要塔顶采出量D与进料量F的比值D/F、再沸器蒸汽上升量v和进料量F间的比值/vF处于稳定状态,就能够实现前馈补偿的控制作用。比如,在进料量进一步增加时,只需按比例同时新添再沸器加热蒸汽与回流量就能够固定塔顶与塔底的产品组分。所以,我们应在分馏塔的进料位置处设置具有较高精准度的质量流量计,以对进料量F的变化情况进行实时监测,并且,还要把该流量计和Tv4280、Tv4260阀有机的结合起来,构建一个流量控制系统,和之前的温度控制系统间进行串连,组建一个串级控制系统,流量控制系统代表副调节器,温度控制系统代表主调节器,同时,把数据传回DCS终端,采用DCS系统中的反馈模块进行计算,以得出改变后此两个阀的具体开度。另外,还应将质量流量计安装在TV4280旁,和FT4210流量计的数据相融后反馈回DCS系统中实施有效的监测,提高系统的稳定性能,从而保证系统的全面优化。

2.2 效益评价

上述所述的优化方案只要增添两台精度在0.2级别的质量流量计,一个安装在分馏塔进料人口位置后,一个安装在Tv2408旁即可,其余的采用DCS系统终端模块进行计算,设立相应的前馈反馈串级系统,就能做到节能优化,降低或消除分馏塔系统的波动率。通过此方法的使用,大大增强了分馏塔的节能效果,可以在原基础上节能百分之十,以节能减排效益角度出发,根据分馏塔热负荷1944kw/h,每日可节约能耗在3585.6kw/h;根据一年三百五十天的工期来算,能够节约能耗在417.6kw/h,相当于162.2吨煤,14.9万方天然气,大大节省了7.45万元成本费用,一年降低了大概237.11吨的C02排放量。以产量效益角度出发,根据每日降低分馏塔进料波动半小时,使其产量提高1.5吨液化气,一年的产量提升552吨液化气,效益得到了大大的增加,约为351.75万元。

3 结论

综上所述可知,通过对液化气分馏塔的优化,使其实现了节能减排目的,液化气的产品产量得到提升,减轻了核心岗位的工作量,实践操作简便,效率高。分馏过程属于一项繁琐的传热传质过程,过程存在很多变量与被控变量,且可操作变量也十分的多,过程动态与机理存在一定的复杂性。因此,日后分析研究时,应研发相匹配、高效的控制和优化约束监督级,把神经网络、模糊控制等诸多先进的智能控制法贯穿于分馏塔的控制全程中,以确保分馏塔的控制与优化系统运行的持续稳定性;可通过Asepn Plsu对分馏系统实施过程模拟,集工艺优化与控制优化为一体,寻求最为理想的控制参数,增强产量的同时降低能耗与气体排放量。坚持不懈的努力,全面推广与实行国家倡导的节能减排政策。

参考文献

[l]石化协会将召开节能减排促进大会[J].中国石油和化工经济分析,0280,(80)

[2]永增.比节能减排更吸引眼球[J].中国石油石化,2010,(07)