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1、第 页 华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文学校代码：10251 学 号：工工程程硕硕士士学学位位论论文文题 目： 乙烯氧氯化单元装置能量分析及节能研究 姓 名： 工程领域： 化 学 工 程 研究方向： 化学工艺 学校导师： 企业导师： 定稿日期：2010 年 12 月 1 日华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文 第 I 页I分类号： TQ203密级： U D C： 华东理工大学工程硕士学位论文乙烯氧氯化单元装置能量分析及节能研究答辩委员会主席： 教授 评 阅 人： 教授高工第 II 页 华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文II乙烯氧氯化单元装置能量分析及节能研究摘摘 要要随着近年
2、来能源的短缺，节能问题被提上了世界很多国家现代化发展的日程。化工产业作为耗能大户，具有很大的节能潜力。同时化工过程节能也是化学工程的重要内容。本文在分析化工单元过程设备节能的基础上，以上海氯碱化工有限公司乙烯氧氯化生产氯乙烯装置为研究对象，在比较了三种热力学方法的优缺点之后，选择火用分析法对乙烯氧氯化生产装置中化工过程中能量的转化、传递、损失情况进行分析，通过对各个设备的用能计算，定量给出了氧氯化单元生产装置的总效率，单元中各设备的能量损失、效率。论文还根据对氧氯化单元各设备的用能分析与计算结果，确定了节能改进的主攻方向，节能主攻设备为氧氯化反应器 DC201，脱轻组分塔 DA201，氧混合器
3、和空气压缩机 GB201，并有针对性地提出了一些改进建议与措施，研究结果对于氧氯化装置的节能改造具有一定的参考价值。关键词：节能，氧氯化，火用分析华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文 第 III 页IIIStudy on energy analysis and energy saving for the equipment of ethylene oxychlorination unit AbstractWith the continuing lack of energy in recent years, energy saving has been put forward on the
4、agenda of most countries in the world. As a major part of energy using, chemical industry has great potential in energy saving. Meanwhile, energy saving for chemical process plays an important role in chemical engineering. In this thesis, after the analysis of chemical process equipment unit and ene
5、rgy saving, the study is based on the ethylene oxychlorination process as the research object in Shanghai Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd. After making a compare between three thermodynamics methods for energy analysis, exergy analysis is proved as an useful tool to study the process, show how the en
6、ergy is converted, transferred and lost through the process and make quantitative analysis to get the energy utilization efficiency and energy loss data of the whole unit and each equipment. Based on the energy-use calculations and analysis of the equipment of the oxychlorination unit, the main dire
7、ction for improvement of energy-saving is decided in this paper. The energy-saving equipment for the main improvement is oxychlorination reactor (DC201), the light component tower (DA201), compressed oxygen and air mixer machine (GB201). Some energy saving suggestions and several improving measures
8、are proposed and evaluated for the oxychlorination unit.Keywords: energy saving, oxychlorination, exergy analysis第 IV 页 华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文IV目 录第 1 章 前言11.1 国内外能源利用状况.11.2 我国化学工业用能特点及节能潜力.21.3 节能的意义.41.4 本课题的研究内容.4第 2 章 化工单元过程与设备节能途径分析5 2.1 化工单元过程与设备的节能.52.1.1 流体流动及流体输送机械52.1.2 换热62.1.3 蒸发62.1.4 精馏
9、72.1.4 反应82.2 新型节能技术.82.2.1 热管换热器82.2.2 热泵92.2.3 蓄热器102.2.4 膜分离102.2.5 变压吸附11第 3 章 氯乙烯生产装置工艺简介12 3.1 氯乙烯生产技术及其发展概况.123.1.1 氯乙烯单体的工艺技术发展123.1.2 国内氯乙烯工业概况123.1.3 国外几个主要生产厂家技术特点简析133.2 平衡法氧氯化工序及流程介绍.14第 4 章 乙烯氧氯化单元装置用能计算与分析184.1 热力学能分析方法.184.2 计算方法.224.3 氧氯化单元各装置用能计算.234.3.1 加热器 M-EA206 用能计算244.3.2 氧混合
10、器 M-PF201 用能计算.254.3.3 加热器 M-EA205 用能计算274.3.4 反应器 DC201 用能计算.304.3.5 泵 M-GA207AB 用能计算33华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文 第 V 页V4.3.6 泵 M-GA208AB 用能计算344.3.7 急冷塔+冷凝器+泵 M-DA201+M-EA201+M-GA201AB 用能计算.354.3.8 碱洗塔+冷凝器+泵 M-DA202+M-EA202+M-GA202AB 用能计算374.3.9 冷凝器 M-EA203 用能计算.404.3.10 冷凝器 M-EA204 用能计算434.3.11 泵AB 用能计
11、算45203GAM 4.3.12 气液分离器 M-FA207 用能计算.464.3.13 冷凝器 M-EA207 用能计算514.3.14 气体压缩机 M-GB201 用能计算524.3.15 整个氧氯化单元整体用能计算与分析544.3 讨论.58第 5 章 改进措施595.1 反应器 DC201 出口气体热量的利用.595.2 氧氯化反应器.595.3 加热蒸汽系统的节能.635.4 其它节能手段.645.4.1 气体压缩机效率的提高655.4.2 仪表节能65第 6 章 结论67参考文献68致谢70第 2 页 华东理工大学华东理工大学工程硕士学位论文 0第 1 章 前言1.11.1 国内外
12、能源利用状况国内外能源利用状况能源是指可以直接或通过转换为人类生产与生活提供能量和动力的物质资源，是发展国民经济和保障人民生活的重要物质基础。世界各国经济、技术发展的事实表明，能源消耗与国民经济的发展有着密切的关系，它不仅关系到一个国家经济的增长和社会的可持续发展，也关系到国家的安全和外交战略。例如，从70年代开始，发生了石油危机，主要工业国家国民生产总值的增长率普遍下降。1975年，美国由于短缺1.16亿吨标准煤，使国民生产总值减少了930亿美元；日本由于短缺0.6亿吨标准煤，国民生产总值减少了485亿美元。其他工业国家也相类似。据分析估算，由于能源不足引起的国民经济损失大约为能源本身价值的
13、20-60倍。由于能源消费急剧增加，造成能源供应紧张，而容易被利用的能源资源有限，因此，世界各国都在积极寻找各种方法，更加有效地开发和利用能源。据美国能源信息署最新预测：2010年世界能源需求量将达105.99亿吨油当量，2020年达128.89亿吨油当量，2025年达136.50亿吨油当量，年均增长率为1.2%。欧洲和北美洲两个发达地区能源消费占世界总量的比例将继续呈下降的趋势，而亚洲、中东、中南美洲等地区将保持增长态势。新中国建立以来，中国能源工业在许多领域已接近或赶上世界先进水平，中国地大物博、资源丰富，自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位。煤炭现有储量为
14、10024.9亿吨，经查可采储量893亿吨；石油的资源量为930亿吨，天然气的资源量为38万亿立方米，现已探明的石油和天然气储量只占资源量的约20%和约3%；水力的可开发装机容量为3.78亿千瓦，居世界首位；新能源与可再生能源资源丰富，风能资源量约为16亿千瓦，可开发利用的风能资源约2.53亿千瓦，地热资源的远景储量为1353.5亿吨标准煤，探明储量为31.6亿吨标准煤，太阳能、生物质能、海洋能等储量更是属于世界领先地位。我国的能源虽然丰富，但我国人口众多，我国人口占世界总人口21%，已探明的煤炭储量占世界储量的11%、原油占2.4%、天然气仅占1.2%。人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为十分之一。而且我国能源浪费严重，能源利用率低下。我国大多数高耗能企业的耗电量都高于发达国家，能源利用效率与世界先进水平相差lO多个百分点，单位产品能耗比发达国家高出10-40以上，重要用能产品比发达国家消耗高出25-90，平均高40以上。因此如何合理利用能源成了一个世界性的重要话题，节能降耗、走可持续的发展道路是我国经济发展的唯一选择1,2。经过 50 年的发展，目前中国能源工业已经形成了以煤炭为主、多能互补的能源生产体系，在一次能源生产和消费总量中的比重大约为：煤炭 75%，石油 17%，天然气 2%，一次电
