Повышение эффективности использования тепловой энергии на теплотехнологическом участке производства этилена

АКТУАЛЬНОСТЬ. Вопросы эффективного использования  топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в промышленном секторе Российской Федерации являются актуальными на протяжении последних десятилетий, что подтверждается изданием различных законодательных актов и нормативных документов на федеральном и региональном уровне. Структура энергетических комплексов действующих предприятий органического синтеза формировалась в условиях взаимосвязи с внешними системами обеспечения энергоресурсами в период их низких внутренних цен. Эти факторы обусловили низкую системную энергоэффективность технологических комплексов в настоящее время и необходимость системного подхода при перспективном планировании направлений развития энергетики действующих предприятий. В соответствии со стратегией развития и модернизации топливно-энергетического комплекса России, направления развития систем обеспечения энергоресурсами предприятий органического синтеза определены в областях ресурсосбережения и создания энерготехнологических комплексов на основе эффективных источников электро- и теплоснабжения в условиях совершенствования основных технологических процессов.

ЦЕЛЬ. Целью данной работы является исследование теплопотребляющих технологических узлов линии производства этилена на предмет эффективного использования тепловой энергии. Определить потенциал энергосбережения и разработать мероприятия по оптимизации теплопотребления на рассматриваемом производственном участке.

МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели использовался метод энерготехнологического комбинирования и системного анализа теплотехнологий.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В данной работе проведено исследование работы узла приготовления питательной воды, узла откачки парового конденсата, установки промывки пиролизного газа (пирогаз), узела приготовления пара разбавления участка пиролиза производства этилена в рамках энергетического обследования предприятия в целом. В результате исследования была выполнена оценка тепловых потерь в технологических секциях, составлен материальный баланс технологических потоков, определены возможные резервы экономии тепловой энергии.

ЗКАЛЮЧЕНИЕ. Определено, что использование тепла, отводимого в узел щелочной промывки питательной воды для подогрева частично осветленной воды, подаваемой на деаэратор с установкой дополнительного теплообменника на участке подготовки питательной воды и откачки конденсата, позволит сэкономить водяной пар давлением 3,5 кгс/см² и оборотную воду. На участке водной промывки пиролизного газа экономию тепловой энергии можно достичь путем увеличения коэффициента теплообмена за счет удаления углеводородов из конденсата пара разбавления. Для секции приготовления пара разбавления предложено схемное решение, направленное использовать энергетический потенциал паро-конденсатной смеси греющего пара путем внедрения пароэжекторной установки за теплообменником. Предложенная схема позволит получить экономический эффект 6400 Гкал/год, что в денежном выражении составит 5120 тыс. руб./год, а срок окупаемости 1,2 года.

1. Jing-Ming Chen, Biying Yu, Yi-Ming Wei, Energy technology roadmap for ethylene industry in China, Applied Energy, Volume 224, 2018, Pages 160-174.

2. Yongming Han, Hao Wu, Zhiqiang Geng, Qunxiong Zhu, Xiangbai Gu, Bin Yu, Review: Energy efficiency evaluation of complex petrochemical industries, Energy, Volume 203, 2020, 117893.

3. Amaral F, Santos A, Calixto E, Pessoa F, Santana D. Exergetic Evaluation of an Ethylene Refrigeration Cycle. Energies. 2020; 13(14):3753. https://doi.org/10.3390/en13143753

4. Shuguang Xiang, Lili Wang, Yinglong Wang, Rongshan Bi, Li Xia, Xiaoyan Sun, Exploration of gradient energy-saving separation processes for ethylene glycol mixtures based on energy, exergy, environment, and economic analyses, Separation and Purification Technology, Volume 279, 2021, 119787. doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119787

5. Anton A. Kiss, Robin Smith, Rethinking energy use in distillation processes for a more sustainable chemical industry, Energy, Volume 203, 2020, 117788. doi.org/10.1016/j.energy.2020.117788

6. Kentaro Hirata, Hiroyuki Kakiuchi, Energy saving for ethylene process by Adsorption Heat Pump, Applied Thermal Engineering, Volume 31, Issue 13, 2011, Pages 2115-2122. doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.03.031

7. Система энерготехнологического комбинирования высокотемпературного участка дегидрирования изоамиленов в изопрен Бальзамов Д.С., Конахина И.А. Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2010. №1 (4). С. 16-25.

8. Термодинамический анализ системы сбора и повторного использования конденсата Конахина И.А., Конахин А.М., Шинкевич О.П. Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2011. №2. С. 11-14.

9. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. М.: Энергия, 1971.

10. Balzamov D., Akhmetova I., Bronskaya V., Kharitonova O., Balzamova E. Optimization of Thermal Conditions of Heat Recovery Boilers with Regenerative Heating in the High-Temperature Section of Isoamylene Dehydrogenation. International Journal of Technology 2020, 11(8), 1598-1607.

11. Система повторного использования парового конденсата нефтехимического предприятия в условиях его невозврата источнику / И. А. Конахина, А. М. Конахин, Э. А. Ахметов, А. И. Фазуллина // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2009. – № 5-6. – С. 18-25.

12. Zatsarinnaya Y., Logacheva A., Gainullin R., et al. Solution for renewable future// E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 124, p.04010.

13. Balzamov D.S., Balzamova E.Yu., Bronskaya V.V., Oykina G.I., Rybkina E.A., Shaikhetdinova R.S., Kharitonova O.S. The beneficial using the heat of the exhaust gases of the furnaces of the technological unit for the ethylene oxide production (2020) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2020, 862(6), 062044. doi 10.1088/1757-899X/862/6/062044

14. Бальзамов Д.С. Сравнительный анализ двух способов энерготехнологического комбинирования высокотемпературного участка / Д. С. Бальзамов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2009. – № 3-4. – С. 151-156.

15. Зацаринная Ю. Н., Реутин Г. В., Курилов С.С., Исаева О.В., Ковалев Г.С. Прогнозирование выработки электроэнергии от ВИЭ методами машинного обучения // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023.

16. Influence of Temperature on the Thermal Properties of the Core Material - the Coefficient of Temperature Conductivity, Specific Heat Capacity, Thermal Conductivity / E. Burlutsky, D. Balzamov, V. Bronskaya [et al.] // International Journal of Technology. – 2023. – Vol. 14, №. 2. – P. 443. – DOI 10.14716/ijtech.v14i2.6009.

17. Local Heat Transfer Dynamics in the In-Line Tube Bundle under Asymmetrical Pulsating Flow / A. Haibullina, A. Khairullin, D. Balzamov [et al.] // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 15. – P. 5571. – DOI 10.3390/en15155571.

18. Temperature Dependence of the Kinetic Parameters of the Titanium–Magnesium Catalyzed Propylene Polymerization / V. Bronskaya, G. Manuyko, G. Aminova [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, No. 23. – P. 5183. – DOI 10.3390/polym14235183.