«ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОБРАТИМОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ

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
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
СОДЕРЖАНИЕ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ПРИМЕРЕ ГФУ
ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
ЗАДАЧА:
Снизить энергетические затраты на разделение ШФЛУ на газофракционирующей установке и получить экономический эффект

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

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

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ
Частично связанные тепловые и материальные потоки
Partially thermally coupled distillation sequences (PTCDS)
Полностью связанные тепловые и материальные потоки
Fully thermally coupled distillation sequences (FTCDS)
=
=
=
=
Колонна Петлюка
Petlyuk column
1
2
3
4
PTCDS+тепловой насос (HP)
а
б
а
б
а
б
б

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

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ

АППАРАТУРНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ

ВЫБОР ВАРИАНТА ВНЕДРЕНИЯ ПРИНЦИПОВ ТДОР НА ГФУ
ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Этап 2
Этап 1
PTCDS
PTCDS+HP

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

ОЦЕНКА ЭКОНОМОЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПРОЕКТА (NPV)
* - Расчет проведен на ставку дисконтирования 13%. Расчет NPV выполнен на период 20 лет.

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