1 «ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОБРАТИМОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ Докладчик: Литвиненко А.В. г. Геленджик, сентябрь 2011 года

2 Постановка задачи на примере ГФУ газоперерабатывающего предприятия Принципы термодинамически обратимой ректификации Возможные узлы для применения принципов ТДОР на ГФУ Анализ возможных вариантов разделительных схем Анализ термодинамической эффективности разделительных схем Технологические ограничения разделительных схем Аппаратурные ограничения разделительных схем Выбор варианта внедрения Экспериментальное подтверждение проведенных расчетов Оценка экономического эффекта проекта (NPV) Выводы СОДЕРЖАНИЕ 2

3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ПРИМЕРЕ ГФУ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ ЗАДАЧА: Снизить энергетические затраты на разделение ШФЛУ на газофракционирующей установке и получить экономический эффект ШФЛУ 3,6 млн т/год Пропановая фракция Изо-бутановая фракция Бутановая фракция Пентановая фракция Гексановая фракция ЦГФУ затраты на энергию более 400 млн рублей/год Изо-пентановая фракция

4 ПРИНЦИПЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОБРАТИМОЙ РЕКТИФИКАЦИИ Бесконечное число ступеней разделения -Малые движущие силы (бесконечно малое изменение концентраций и потоков контактирующих фаз) -Дифференциальный подвод тепла к исчерпывающей и отвод тепла от укрепляющей секции колонны (нулевые потоки пара в нижнем сечении и нулевые потоки жидкости в верхнем сечении колонны) - Полностью распределенные между кубом и дистиллятом компоненты с промежуточной относительной летучестью dy0 y x dx0 А, В, С QкQк QрQр Fж В, С Fп А, В Fж=0 n 1 n-1n-1 2 Fп=0

5 ВОЗМОЖНЫЕ УЗЛЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИНЦИПОВ ТДОР НА ГФУ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ затраты на энергию более 200 млн. руб./годзатраты на энергию более 85 млн. руб./год

iС4 nС4 С5+ С4+ 6 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ С4+ С5+ nС4 iС4 С4+ С5+ nС4 iС4 С4+ nС4 С5+ Частично связанные тепловые и материальные потоки Partially thermally coupled distillation sequences (PTCDS) Полностью связанные тепловые и материальные потоки Fully thermally coupled distillation sequences (FTCDS) = = == iС4 С5+ С4+ nС4 Колонна Петлюка Petlyuk column PTCDS+тепловой насос (HP) а С5+ nС4 iС4 С4+ С5+ nС4 iС4 б аб а б б

7 АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ - термодинамическая эффективность разделения (по второму началу термодинамики) - потерянная работа (баланс эксергии) где - минимальная работа разделения - функция эксергии (способность системы совершать работу) - энтальпия массовая - температура окружающей среды - температура системы - энтропия массовая - массовый расход вещества - теплота

Показатель Класси- ческая схема PTCDSFTCDS PTCDS+ HP Схема 1Схема 2Схема 3Схема 4 Потребление тепла, кВт Потребление холода, кВт Сравнение по теплу, % Сравнение по холоду, % ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ

9 АППАРАТУРНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ Показатель Класси- ческая схема PTCDSFTCDS PTCDS+ HP Схема 1Схема 2Схема 3Схема 4 Количество теоретических ступеней контакта Сравнительная нагрузка на колонные аппараты, % Управляемостьхорошая плохая, с возмож- ностью улучшения удовлетвори- тельная, с возмож- ностью улучшения Аппаратурное оформление средняя сложность простое сложное

10 ВЫБОР ВАРИАНТА ВНЕДРЕНИЯ ПРИНЦИПОВ ТДОР НА ГФУ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ Этап 2 Этап 1 PTCDS iС4 nС4 С5+ С4+ PTCDS+HP С4+ С5+ nС4 iС4

11 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРОВЕДЕННЫХ РАСЧЕТОВ -Возможность частичного и полного интегрирования тепловых и материальных потоков на реальных средах -Отработка алгоритма управления при непрерывном пробеге

12 ОЦЕНКА ЭКОНОМОЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПРОЕКТА (NPV) * - Расчет проведен на ставку дисконтирования 13%. Расчет NPV выполнен на период 20 лет. Показатель Значение Чистый денежный поток (NPV), тыс. руб ВНД на полные инвестиции годовая, (IRR), % 50 Дисконтированный срок окупаемости проекта, (DPP), лет 4,8 Капиталовложение (CAPEX), млн рублей 437

13 ВЫВОДЫ 1.Принципы термодинамически обратимой ректификации – реальный инструмент значительного сокращения эксплуатационных затрат на разделение продуктов, а в ряде случаев и капитальных затрат 2.По отношению к известным технологическим приемам данный инструмент обладает аддитивным эффектом 3.Для широкого внедрения инструмента необходимо совершенствование массообменных устройств и аппаратурного оформления разделительных систем.

© ОАО «НИПИгазпереработка», 2011 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! 14