化工节能技术

基础化工业能耗取决于自身行业特点相关的能耗因素:
产能大：绝对能耗高，特种能耗需求量低 生产设备全自动持续运行 高压规模效应：原料流加热及压缩气体的能耗高 催化工艺：优化产出和选择性，降低特种能耗需求 综合性生产基地: 生产设备所在基地很大，优化供
热 原料选择: 举例:
o 烧炭为主的工艺能耗比烧粗油和天然气工艺能耗更高 o 原料提纯的工艺复杂 o 原料不同CO2排量不同
(部分氧化, 以石油为基础，碳氢化合物)
热能需求的温度值,
部分氧化气化反应器
特殊生产用CO2
热值描述
氨 NH3 (货品序号, 2415 10 750) 副产品：二氧化碳
综合流程: 合成气制备 + Haber-Bosch哈伯法 合成气制备过程: 水蒸气重整和部分氧化 原料: 天然气、水蒸气重整: 67 %, 以石油为基础的碳氢化合物, 部分氧化: 33 % 电能 = 0,48 GJ/t, 燃气和蒸汽= 8,70 GJ/t, TFEU = 9,18 GJ/t, TPEU = 9,79 GJ/t 一段转化炉：800 °C 二段转化炉： 1.200 °C 电能 = 0,48 GJ/t, 燃气和电能 = 16,50 GJ/t, 一次能源生产 = 16,95 GJ/t, 一次能源消耗 = 17,780 GJ/t 1.200 – 1.500 °C
o 抗硫催化剂用于CO转换 o 液体氮气精细清洗
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合成氨生产 – 通过改善工艺提高能效
氨的合成: 合成氨气反应器间接冷却 从净化气流获取氢气 合成氨反应器的微粒催化剂 低压、高压合成氨 用于最佳直流工作点分析的现代化分布式控制系统 从流程冷凝物获制氨 涡轮增压器
案例:
空压机设备
泵、鼓风机
电机
压缩空气
自行发电
冷热电联产 燃气涡轮 天然气低速降压涡轮 热电联产 朗肯设备 太阳能设备
通用节能技术
冷热电联产原理 (KWKK): 热损失
能源载体
电热冷联产设备 热
热
电
冷
冷干机
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化工设备能效 – 案例合成氨厂
现代化合成氨工厂
水蒸气重整: 1,15 – 1,40 t CO2/t NH3 . 部分氧化: 2 – 2,6 t CO2/t NH3
挑战: 用自身设备制定对标
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合成氨 –通过改善工艺实现节能
针对水汽重整: 低温-除硫 预热原料/蒸汽空气混合气体 降低蒸汽/碳比 为空压机配置现代化燃气涡轮 优化焚烧炉 催化隔热预热转化炉 等温 CO-转换 优化CO2沉淀 甲烷膜分离技术 液体氮气精细清洗 特殊部分氧化:
燃料 (GJ/t NH3) 4 –9 (均值= 6,5)
6 – 20 (均值= 13)
热值
(GJ/t NH3) 26 – 34 (均值 = 30ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 29,3
35 – 54 (均值= 44,5) 36
原材料消耗及能耗主要取决于蒸汽重组
损耗 非能耗(原料) 能耗(燃料) 能耗和非能耗
水蒸气重整 (GJ/t NH3) ACP = 24,5 RPR = 26,0 HPR = 27,5 ACP = 8 – 10 RPR = 6 – 8 HPR = 4 – 8 32 – 35
化工“节能技术”
Dr. Michael Weber 米夏尔 韦伯博士
讲座 南京 2016-01-18
化工行业特点
化工行业能耗受以下因素影响: 生产链高度复杂-各级工艺流程互相衔接 全球范围内大型化工基地 通常园区自行发电和生产蒸汽 (电热联产) 化石燃料是原材料和燃料 天然气占到燃气比例85% 非燃料性原材料粗汽油比例57%是主要原料 通过废热和垃圾焚烧供热 用电比例> 50 %, 生产用热> 400 °C 高于50 %, 通过焚烧副产品提供部分电能 降低燃料和蒸汽用量，耗电量增加
氮气合成气
o 哈伯法
挑战:
其它可能工艺的能效评估
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合成氨生产工艺的能耗和原料消耗
新设备能耗更低
生产流程
水蒸气重整, 既有设备 水蒸气重整, 新设备 部分氧化, 既有设备 部分氧化, 新设备
原料 (GJ/t NH3) 22 – 25 (均值= 23,5)
29 – 34 (均值= 31,5)
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化工行业平均耗电量
德国化工行业数据
生产能耗 生产工艺 动力
鼓风 泵 空压 冷却 其余 电动工艺 加热工艺 非生产工艺能耗
能耗比（%) 92 % 生产工艺能耗的77 % 动力的10 % 动力的23 % 动力的25 % 动力的16 % 动力的26 % 生产工艺能耗22 % 生产工艺能耗的1 % 8%
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生产设备能耗数据的测量、采集和诊断
成功项目案例
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能耗分析 - 测量数据评估-
测量周期– 日、周、月、年 节能范围 通常节能点
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能耗分析 - 推导出节能措施 -
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空压机设备节能经验 节能改造领域 通常能耗点
o 电机 o 冷却余热 o 空压机热耗 o 漏气点
通用节能技术
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合成氨的用途
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氨: 全球1.1%的工业氨是用哈柏法生产的
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用哈伯法合成氨
工艺流程
合成气体生产
o 蒸汽重组 o Reduced Primary Reforming (RPR)减少主转换 o Heat Exchange Autothermal Reforming (HTR)热交换的自热重组
动力系统能效是最重要的能效
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生产设备能耗数据的测量、采集和诊断
测量数据的采集和处理 测量 储存 可视化 诊断
挑战:
恰当地整合入IT系统 7
生产设备能耗数据的测量、采集和诊断
借用软件辅助的能效诊断 优化运营数据 计算 & 可视化
达到最佳运营指标的学习模型
简便地把分撒的控制系统整合入原有的SCADA系统
部分氧化(POC) (GJ/t NH3)
32,0
6 – 10
41 (39 – 42)
挑战: 详细了解自身设备能耗及原料消耗
物质和能源的静态或动态损耗
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合成氨生产的能耗及原料消耗的对比数据
参数
目标产品
工艺
能耗 1, 特殊 (水蒸气重整, 天然气)
热能需求的温度值, 水蒸气重整 能耗2, 特殊