CN109840674A - 一种吸收再生系统的能耗评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源化工领域的一种吸收再生系统的能耗评估方法。该方法以单位解吸能耗为评价指标；所述单位解析能耗的值越高，吸收再生系统的能耗越大。本发明提出了一种源化工行业吸收再生系统能耗的全新评价指标‑单位解吸能耗。该指标不仅能够真实的反应出系统能耗的实际大小，并且通过质能平衡的能耗分析方法找到降低单位解析能耗的方式。让炼化企业可以简单、精确的做好系统的能耗评估，进而为系统的节能减排打下良好的基础。
Description
技术领域
本发明属于能源化工领域，具体涉及一种吸收再生系统的能耗评估方法；更具体的涉及一种能源化工行业吸收再生系统的能耗评估方法。
背景技术
能源是制约我国经济社会可持续、健康发展的重要因素。解决能源问题的根本出路是坚持开发与节约并举、节约放在首位的方针，大力推进节能降耗，提高能源利用效率。国内的炼化企业在社会建设和经济发展过程中占据重要地位，对能源资源消耗也占较高比重。而能耗评估作为一项节能管理制度，对深入贯彻落实节约资源基本国策，严把能耗增长源头关，全面推进资源节约型、环境友好型社会建设具有重要的现实意义。
目前，国内能源化工行业的吸收再生系统普遍将蒸汽单耗作为系统能耗的评价指标。蒸汽单耗是指再生塔底的蒸汽耗量除以吸收再生系统吸收剂的循环量。但是在实际应用中，我们发现蒸汽单耗并不能完全科学的反映出系统能耗。用蒸汽单耗来进行评估有时甚至会得到与理论上得到证实结论相反的结果。对于胺液循环系统来说，尾气脱硫系统能耗往往会高于循环氢干气液化气系统的能耗，然而用蒸汽单耗却无法反映出这两种不同脱硫系统能耗之间的差异。
因此需要提供一种全新的、能够真实反应出系统能耗的评价指标。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种能源化工行业吸收再生系统的能耗评估方法，该方法以单位解吸能耗为评价指标，其更能准确的反应吸收再生装置的实际能耗。
为此，本发明提供了一种吸收再生系统的能耗评估方法，其以单位解吸能耗为评价指标；所述单位解析能耗的值越高，吸收再生系统的能耗越大。
在本发明的一些实施方式中，所述方法排除吸收再生系统外部的因素。
在本发明的另一些实施方式中，通过质能平衡的能耗分析方法，获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述质能平衡的能耗分析方法具体包括以下步骤：
S1，对再生系统流程图划清边界后，将所述流程图简化，获得简化后的再生系统流程图；
S2，根据简化后的再生系统流程图，列出质量平衡关系式和能量平衡关系式；将所述质量平衡关系式和能量平衡关系式联立化简后，获得单位解吸能耗的能量评估关系式；
S3，根据所述单位解吸能耗的能量评估关系式，获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，以富液进闪蒸罐之前和贫液进冷却器之前来划定再生系统边界。
在本发明的另一些实施方式中，步骤S1中，分别根据富液、贫液、回收气、饱和蒸汽和凝结水的流向、质量流量以及比焓，将所述流程图简化。
在本发明的一些实施方式中，所述质量平衡关系式为：min＝mout；其中，min＝mr+ms，mout＝ml+mg+ms；
其中，mr为进入再生系统的富液的质量流量；ms为进入再生系统塔底的饱和蒸汽的质量流量以及从再生系统流出的凝结水的质量流量；ml为从再生系统流出的贫液的质量流量；mg为从再生系统流出的回收气的质量流量。
在本发明的另一些实施方式中，所述能量平衡关系式为：Qin＝Qout；其中，Qin＝mshs+mrhr，Qout＝mshco+mlhl+mghg+mgQads+mhQc；
其中，mr为进入再生系统的富液的质量流量，hr为所述富液的比焓；ms为进入再生系统塔底的饱和蒸汽的质量流量以及从再生系统流出的凝结水的质量流量，hs为所述饱和蒸汽的比焓，hco为所述凝结水的比焓；ml为从再生系统流出的贫液的质量流量，hl为所述贫液的比焓；mg为从再生系统流出的回收气的质量流量，hg为所述回收气的比焓；Qads为回收气的单位解析反应热；mh为塔顶的回流量，Qc为塔顶回流的单位汽化潜热。
在本发明的一些实施方式中，所述单位解吸能耗的能量评估关系式：
其中，为单位解吸能耗；Δconhs＝hs-hco，其可近似看作饱和蒸汽的汽化潜热。
在本发明的另一些实施方式中，吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素包括富液的质量流量(即吸收再生系统吸收液的循环量)、贫富液温差和塔顶的回流量。
本发明中所述用语“富液”是指进入再生系统的富含回收气的流体；“贫液”是指富液经再生后，从再生系统流出的含有少量回收气的流体；“回收气”是指从富液中回收的酸性气体，该酸性气体包括H2S、CO2等；“饱和蒸汽”是指从再生塔底进入，用于提供解吸反应热的流体；“凝结水”是指饱和蒸汽与再生塔底流体换热后，从再生塔流出的流体。
本发明中用语“吸收液循环量”为富液的质量流量或贫液的质量流量。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种能源化工行业吸收再生系统能耗的全新评价指标-单位解吸能耗。该指标不仅能够真实的反应出系统能耗的实际大小，并且通过质能平衡的能耗分析方法找到降低单位解析能耗的方式。让炼化企业可以简单、精确的做好系统的能耗评估，进而为系统的节能减排打下良好的基础。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为吸收再生系统简化图。
图2为划定边界的再生系统流程图。
图3为简化后的再生系统流程图。
图4为实施例2中单位解析能耗与蒸汽单耗的对比图。
具体实施方式
为使本发明容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
如上所述，目前企业普遍使用蒸汽单耗来评估吸收再生装置的能耗状况。然而本申请的发明人通过对数十家企业的吸收再生的操作数据进行归类和整理发现，蒸汽单耗并不能很好的反应各个企业的吸收再生的能耗情况。用蒸汽单耗来进行评估有时甚至会得到与理论上得到证实结论相反的结果。因此，本申请的发明人提出了一个全新的能耗评价指标-单位解吸能耗。
在讨论单位解吸能耗之前，需明确一个问题，要想评估企业之间的吸收再生系统的能耗大小，首先应排除吸收再生系统外部的影响因素。从我们对吸收再生系统进行简化后的系统简化图(图1)可以看出，除了吸收再生系统内部影响能耗的因素以外，系统外回收气量的大小也可以影响系统的能耗。所以想要比较各企业之间的能耗差异，应在回收气量一定的情况下来进行比较。而目前企业使用较多的蒸汽单耗的能耗评价指标不仅没有把回收气量的影响排除在外，而且该指标不能反映出吸收液循环量大小对吸收再生系统能耗的影响。所以为了排除回收气量在能耗比较中的影响，我们提出一个全新的评价吸收再生系统的能耗指标-单位解吸能耗。其定义为每解吸一吨回收气所消耗的蒸汽量，单位为蒸汽t/回收气t。该指标和企业较多使用的蒸汽单耗指标比起来能够更加合理比较企业之间的吸收再生系统的能耗的大小。
因此，本发明所涉及的吸收再生系统的能耗评估方法，其以单位解吸能耗为评价指标；所述单位解析能耗的值越高，吸收再生系统的能耗越大。
在本发明的一些实施方式中，所述方法排除吸收再生系统外部的因素。即本发明所述方法对系统的能耗进行评估时，不考虑吸收再生系统外部的影响因素。
在本发明的另一些实施方式中，通过质能平衡的能耗分析方法，获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素。
在本发明的一些优选的具体实施方式中，所述质能平衡的能耗分析方法具体包括以下步骤：
(1)对再生系统流程图划清边界后，将所述流程图简化，获得简化后的再生系统流程图；通常以富液进闪蒸罐之前和贫液进冷却器之前来划定再生系统边界，划定边界的再生系统流程图如图2所示。优选地，分别根据富液、贫液、回收气、饱和蒸汽和凝结水的流向、质量流量以及比焓，将所述流程图简化，简化后的再生系统流程图如图3所示。
(2)根据简化后的再生系统流程图，列出质量平衡关系式和能量平衡关系式；即min＝mout和Qin＝Qout。式中min＝mr+ms，mout＝ml+mg+ms，Qin＝mshs+mrhr，Qout＝mshco+mlhl+mghg+mgQads+mhQc。
将所述质量平衡关系式和能量平衡关系式联立化简后，获得单位解吸能耗的能量评估关系式；
其中，为单位解吸能耗；Δconhs＝hs-hco，其可近似看作饱和蒸汽的汽化潜热；mr为进入再生系统的富液的质量流量，hr为所述富液的比焓；ms为进入再生系统塔底的饱和蒸汽的质量流量以及从再生系统流出的凝结水的质量流量，hs为所述饱和蒸汽的比焓，hco为所述凝结水的比焓；ml为从再生系统流出的贫液的质量流量，hl为所述贫液的比焓；mg为从再生系统流出的回收气的质量流量，hg为所述回收气的比焓；Qads为回收气的单位解析反应热；mh为塔顶的回流量，Qc为塔顶回流的单位汽化潜热。
(3)由于Δconhs＝hs-hco可近似看作饱和蒸汽的汽化潜热；而再生塔底的温度几乎不变，蒸汽热量主要以潜热为主，因此，此处忽略其显热，且蒸汽汽化潜热为定值。hg、Qc和Qads分别为回收气的比焓、塔顶回流的单位汽化潜热和回收气的单位解吸反应热，对于相同工艺和反应的吸收再生系统这三个量的数值变化不大。mg为回收气的质量流量，为了排除回收气量对能耗的影响，所以我们将mg也设为不变。因此，根据所述单位解吸能耗的能量评估关系式，所获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素包括富液的质量流量(吸收液循环量)mr、贫富液温差hl-hr和塔顶的回流量mh。
1)mr为富液的质量流量(吸收液循环量)。在其它条件不变的前提下，mr越小，富液中H2S含量越高(解析相同的回收气量(酸性气量))，单位解吸能耗值越低，进而系统的能耗越小。
2)hl-hr为贫富液的比焓差值。比焓与温度呈正相关，在其他条件不变的情况下，贫液进冷却器前温度越接近于富液换热前温度，则hl-hr越小，蒸汽耗量越小。该焓差值可体现在富液进再生塔温度上，即富液经换热进再生塔的温度越高，相当于系统的热量利用越完全，则单位解吸能耗值越低，进而系统的能耗越小。
3)mh为塔顶的回流量，主要与贫液的品质和塔效率有关，但以贫液的品质为主导，当其它条件不变时，贫液的品质越好，回流量越大，则单位解吸能耗值越高，进而系统的能耗越大。另外，体现在塔效率上面，塔效率越高，回流量相应会略有降低，单位解吸能耗值也会降低。
实施例
实施例1：企业之间实际生产数据的蒸汽单耗和单位解吸能耗对比
表1为国内能源化工企业吸收再生系统的实际生产数据。
分别对企业A和B、C和D、E和F、G和H进行比较。
从表1可知，A和B两个企业的回收气量相差不多，但A企业的蒸汽耗量为19.93t/h，B企业的蒸汽耗量为14.7t/h。但是从蒸汽单耗比较来看，A企业蒸汽单耗反而比B企业的蒸汽单耗小。然而通过比较两个企业的单位解吸能耗可以看出，A企业的能耗大于B企业能耗。同时通过吸收液循环量(富液的质量流量)可以看出，造成A企业能耗偏高的原因就是因为吸收液循环量过高。因此A企业要想节约系统能耗，需要考虑降低吸收液循环量(富液的质量流量)。
C和D两个企业的情况和企业A和B类似，D企业的蒸汽耗量是C企业的三倍。但是从蒸汽单耗来看，C企业的蒸汽单耗反而是D企业蒸汽单耗的1.5倍，这和实际相差甚远。然而从单位解吸能耗来看，D企业的单位解吸能耗不仅比C企业高，而且符合3倍的关系。由此单位解析能耗更能准确反应企业能耗的差异。同理，造成D企业能耗高的原因同样是吸收液循环量(富液的质量流量)过高。
E和F两个企业的蒸汽单耗相差不多，但是实际蒸汽耗量，F企业是E企业的十一倍，该结果已经与实际完全背离。相反通过比较单位解吸能耗，F企业的单位解吸能耗是恰好是E企业单位解吸能耗的十一倍。
G和H两企业与A和B、C和D两对企业类似，不再赘述。
实施例2：同一企业实际生产数据的蒸汽单耗和单位解吸能耗对比
通过Aspen Plus软件按照该企业实际生产数据进行建模，通过改变系统的吸收液循环量(富液的质量流量)来看蒸汽耗量、蒸汽单耗以及单位解吸能耗的变化。结果如图4所示。
从图4可以看出，随着吸收再生系统吸收液循环量(富液的质量流量)的增加，系统的蒸汽耗量在增加，但是蒸汽单耗却在减小。然而单位解析能耗随着蒸汽耗量的增加而增加。所以从同一系统比较来看，单位解析能耗依然能够准确反应系统的能耗。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种吸收再生系统的能耗评估方法，其以单位解吸能耗为评价指标；所述单位解析能耗的值越高，吸收再生系统的能耗越大。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法排除吸收再生系统外部的因素。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过质能平衡的能耗分析方法，获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述质能平衡的能耗分析方法具体包括以下步骤：
S1，对再生系统流程图划清边界后，将所述流程图简化，获得简化后的再生系统流程图；
S2，根据简化后的再生系统流程图，列出质量平衡关系式和能量平衡关系式；将所述质量平衡关系式和能量平衡关系式联立化简后，获得单位解吸能耗的能量评估关系式；
S3，根据所述单位解吸能耗的能量评估关系式，获得吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中，以富液进闪蒸罐之前和贫液进冷却器之前来划定再生系统边界。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤S1中，分别根据富液、贫液、回收气、饱和蒸汽和凝结水的流向、质量流量以及比焓，将所述流程图简化。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述质量平衡关系式为：min＝mout；其中，min＝mr+ms，mout＝ml+mg+ms；
其中，mr为进入再生系统的富液的质量流量；ms为进入再生系统塔底的饱和蒸汽的质量流量以及从再生系统流出的凝结水的质量流量；ml为从再生系统流出的贫液的质量流量；mg为从再生系统流出的回收气的质量流量。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述能量平衡关系式为：Qin＝Qout；
其中，Qin＝mshs+mrhr，Qout＝mshco+mlhl+mghg+mgQads+mhQc；
其中，mr为进入再生系统的富液的质量流量，hr为所述富液的比焓；ms为进入再生系统塔底的饱和蒸汽的质量流量以及从再生系统流出的凝结水的质量流量，hs为所述饱和蒸汽的比焓，hco为所述凝结水的比焓；ml为从再生系统流出的贫液的质量流量，hl为所述贫液的比焓；mg为从再生系统流出的回收气的质量流量，hg为所述回收气的比焓；Qads为回收气的单位解析反应热；mh为塔顶的回流量，Qc为塔顶回流的单位汽化潜热。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述单位解吸能耗的能量评估关系式：
其中，为单位解吸能耗；Δconhs＝hs-hco。
10.根据权利要求3-9中任意一项所述的方法，其特征在于，吸收再生系统内部影响单位解吸能耗的因素包括富液的质量流量、贫富液温差和塔顶的回流量。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190604 |