Комплексное использование энергетических ресурсов в химико-технологических процессах получения кумола - один из наиболее эффективных методов совершенствования производства, позволяющий снизить выделение тепловых выбросов в окружающую среду, а также наиболее полно использовать энергетический потенциал.
Рассматриваемое производство можно разделить на две основные стадии:
- Стадия алкилирования бензола олефинами;
- Выделение изопропилбензола ректификацией.
Производство изопропилбензола включает более сотни аппаратов оригинальной конструкции. Работа каждого элемента влияет на графики энергопотребления и выхода вторичных ресурсов. Оценить эффективность работы такой системы и организовать систему утилизации вторичных энергоресурсов достаточно сложно.
Термодинамический анализ направлен на оценку степени термодинамического совершенства системы, а также определение потерь для каждого элемента и для всей системы.
На основании собранной о схеме информации были определены действительные значения тепловой мощности потоков на входе и выходе элементов схемы. Затем была проведена декомпозиция схемы на отдельные блоки. Для каждого элемента и всей схемы составлены материальный и тепловой балансы, найдены коэффициенты полезного действия.
На следующем этапе были определены значения эксергетической мощности потоков на входе и выходе из элементов каждого блока, составлены эксергетические балансы, определены эксергетичекие КПД и потери эксергии. С целью наглядного изображения энергетических и эксергетических балансов установки составляются диаграммы потоков энергии и эксергии. Диаграммы потоков теплоты отображают тепловые балансы аппаратов. Диаграммы потоков эксергии дают наглядное представление о термодинамическом совершенстве преобразований и оценивают потери в элементах схемы. На диаграммах отдельные элементы установки соединяются изображениями потоков, ширина полос которых соответствует значениями энергии и эксергии. Ширина полос, соответствующих определенным потокам эксергии, из-за необратимости происходящих в технологии и теплоэнергетических системах процессов передачи теплоты уменьшается, и полосы могут вообще исчезнуть.
Для оценки степени совершенства теплотехнологических процессов использовался подход, в котором при определении эксергетического КПД из числителя и знаменателя вычиталась эксергия, не претерпевшая в системе качественных изменений (транзитная эксергия).
Также был проведен анализ тепловой и термодинамической эффективности всей теплотехнологической схемы. Эксергетический КПД для схемы производства изопропилбензола составил 62%. Тепловой КПД всей схемы - 79%.
В результате проведения термодинамического анализа выявлены основные технологические и энергетические потоки, которые могут быть полезно использованы на производстве. К вторичным энергетическим ресурсам, образующимся в процессе производства изопропилбензола, можно отнести теплоту уходящих из скрубберов абгазов, неиспользуемую теплоту продуктов производства, теплоту образующегося конденсата.
По уровню тепловой мощности на первом месте находятся потоки ВЭР с оборотной водой. Наибольшей эксергетической мощностью характеризуются потоки парового конденсата.
На основании полученных результатов в дальнейшем можно разработать варианты систем комплексной утилизации ВЭР теплотехнологической схемы получения товарного изопропилбензола.
Работа выполняется в рамках гранта Президента РФ МК-4325.2007.8
Работа представлена на научную международную конференцию «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», Шарм-эль-шейх (Египет), 20-27 ноября 2008 г. Проступила в редакцию 25.10.2008.