Проезжая мимо нефтеперерабатывающего или нефтехимического завода, трудно не заметить мираж, парящий над заводом, который образуется из-за отработанного тепла, выбрасываемого печами и воздухоохладителями. С другой стороны технологического блока белые шлейфы испаряющейся воды тянутся к небу, что является отработанной энергией, передаваемой в воздух. Это видимые признаки энергии, которая либо генерируется, либо вводится в процесс и теперь отправляется в окружающую среду. Поскольку устойчивость становится все более важной темой для нашей отрасли, вид этого видимого признака отработанной энергии заставляет задуматься, есть ли лучший способ проектирования наших процессов для минимизации потерь. Вопросы, которые могут прийти на ум, включают:

  • Откуда в этом процессе берется эта энергия?
  • Что можно было бы сделать иначе, чтобы сократить эти потери энергии?
  • Почему его не переработали обратно в процесс, а выбросили в окружающую среду?

Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно вернуться к началу проекта.

Энергетический баланс

Во время проектирования процесса один из инструментов, который наша отрасль использует для максимизации энергоэффективности, называется Pinch Analysis. Горячие и холодные потоки сопоставляются с целью максимизации рекуперации тепла и, следовательно, минимизации отходов энергии. Проект предполагает затраты, связанные с энергией — традиционно пар, электричество и топливный газ, но в последнее время мы начали видеть, что цена углерода также включается. По мере продвижения этого анализа формируется несколько бизнес-кейсов, которые соответствуют CAPEX, необходимым для достижения определенного уровня выгоды. Будет создана кривая, которая выглядит как та, что представлена ​​ниже (рисунок 1):

Рисунок 1: Анализ затрат и выгод

Оптимальный «щепотка» достигается, когда анализ показывает, что затраченные CAPEX больше не оправдывают полученную выгоду. Энергия, которая не может быть сопоставлена ​​с технологическими потоками в процессе, обычно обрабатывается двумя способами:

  • Генерирует пар, который может быть использован в других частях процесса и/или на других объектах.
  • Извлекается из процесса с помощью воздушных и водяных охладителей и добавляется обратно в среду тепловой синхронизации.

Технология теплообменника

Теплообменники являются основным оборудованием, которое используется для согласования этих горячих и холодных потоков. Оптимальный пинч основан на наборе ожиданий производительности, которые наша отрасль приняла для теплообменников в этом процессе. Основной теплообменник, который используется в нашей отрасли, кожухотрубный теплообменник, был разработан в начале промышленной революции более 200 лет назад. Хотя ожидания относительно эффективности наших процессов с тех пор радикально изменились и будут только расти в будущем, ожидания нашей отрасли относительно производительности теплообменников не изменились.

Компания Alfa Laval сотрудничает с нефтеперерабатывающей промышленностью уже более 30 лет; повышая ожидания производительности своих теплообменников за счет использования сварных пластинчатых теплообменников. Одно из таких решений, Compabloc , представляет собой теплообменник, который в три-пять раз эффективнее традиционного кожухотрубчатого теплообменника. Эта повышенная производительность переосмысливает анализ пинча и позволяет проектировщикам процессов достигать уровней энергоэффективности, которые были неэффективны с точки зрения затрат при использовании традиционной технологии теплообменников. Результатом является интеграция большего количества энергии обратно в процесс, минимизация коммунальных услуг и, в конечном итоге, минимизация количества отработанного тепла процесса. Конкретные примеры этих решений можно увидеть в наших предыдущих блогах, а также обратиться к одному из наших технологов по нефтепереработке для дальнейшего обсуждения.

Управление отходящим теплом процесса

Предполагая, что мы разработали процесс с наименьшим возможным пинчем с использованием наших сварных пластинчатых теплообменников, следующее обсуждение, которое мы проводим с нашими клиентами, заключается в том, что делать с оставшимся отходящим теплом процесса. Типичное решение заключается в том, что был достигнут хороший результат, и используется реализация традиционной философии охлаждения с использованием воздушных и водяных охладителей. (Рисунок 2) Хотя это легко реализовать, мы считаем, что с этой отходящей энергией можно сделать больше.

Рисунок 2: Типичная система охлаждения с использованием отходящего тепла

Энергетический Купол

Мы работали над проектами с клиентами, у которых были цели по снижению интенсивности выбросов углерода, и одна из тем, которую мы поднимаем в разговоре, — это как использовать низкосортное отходящее тепло. В ходе этого обсуждения возникают две общие проблемы:

  • Транспортировка: эта отработанная энергия скапливается по всему предприятию, но тепловые синхротроны, как правило, находятся в разных местах.
  • Тепловая синхронизация: в этом процессе выделяется большое количество энергии, однако температуры, как правило, низкие, что затрудняет поиск альтернативы этой энергии.

Эти две проблемы не позволят большинству проектов следовать по этому пути, поскольку традиционные технологии не сделают это осуществимым; но изменение подхода путем использования сварных пластинчатых теплообменников делает этот тип извлечения энергии возможным. Это привело Alfa Laval к ​​концепции, которую мы разработали и назвали нашим «Энергетическим куполом». (Рисунок 3)

Рисунок 3: Концепция энергетического купола

Объединив две ведущие в отрасли технологии сварных теплообменников компании Alfa Laval — Compabloc и воздухоохладитель с мокрой поверхностью Niagara (WSAC) , — мы решаем проблему транспортировки, позволяя нашим клиентам контролировать использование отработанной энергии своего процесса. 

  • Эффективность Compabloc позволяет достичь максимально возможной температуры горячей воды, достигающей 210 ​​°F, при одновременном охлаждении технологического потока до конечной температуры на выходе в одном устройстве.
  • Система WSAC позволяет снизить температуру горячей воды в контуре до той же температуры, которую обеспечивает градирня, что устраняет необходимость в отдельной системе охлаждения.
  • Подпитка водой WSAC может осуществляться из потоков технологической воды на заводе, что устраняет необходимость в подпитке пресной водой.
  • Мы обнаружили, что общее количество энергии, необходимое для работы электродвигателей, уменьшается, что снижает интенсивность выбросов углерода.
  • Количество единиц, которые необходимо установить, сокращается более чем на 50%, что приводит к упрощению конструкции и снижению TIC. Если система модульная, экономия может быть существенной.

Следующая задача, которую необходимо решить, — это поиск тепловых синхронизаций, которые необходимо предоставить воображению проектировщика процесса и потребностям проекта. Обычные тепловые синхронизации, которые Alfa Laval поддерживала у клиентов, включают:

  • Предварительный подогрев питательной воды котла
  • Предварительный подогрев воздуха для печей
  • Возобновляемые мощности по предварительной обработке дизельного топлива
  • Системы с нулевым сбросом жидкости (ZLD)
  • Системы опреснения
  • Нагрев бака
  • Системы электропитания на основе органического цикла Ренкина (ORC)

Я лично работал над несколькими проектами ORC, и ни один из них не продвинулся вперед. В сегодняшней среде углеродных кредитов и социального капитала я считаю, что они могли бы стать интересной частью разработки процесса. В экзотермических процессах, таких как возобновляемое дизельное топливо, достаточно низкосортной технологической энергии для выработки необходимого электричества для питания всей системы Energy Dome.