PINCH STUDIE : PRAKTIJK CASE. Philip de Smedt CEFIC, Manager LVOC and aromatics Gastprofessor UGent

Transcriptie

1 PINCH STUDIE : PRAKTIJK CASE Philip de Smedt CEFIC, Manager LVOC and aromatics Gastprofessor UGent

2 INLEIDING Case : Pygas hydrogenatie fabriek + aromaten extractie fabriek. Vraag fabriek : verbeteren van energie efficientie met 10 % (verlaging energie faktuur met 400 keuro/jaar). Historiek : in 2005 reeds een debottleneck gebeurt die energie efficientie van de plant verhoogd met 30 % heeft verbeterd Plant had beperkte middelen om een gedetailleerde studie naar energieverbruik te doen. 2

3 PROCESBESCHRIJVING Pygas eenheid : standaard schema Aromaten plant 3

4 BENCHMARKING Benchmarking kan een goede manier zijn om te weten of je energie performance matig of goed is. Een aantal consultants zijn hierin gespecialiseerd (eg Solomon voor raffinaarderijen en krakers, PTAI voor polymeer eenheden en aromaten, PDC voor aromaten, ). Valkuilen : - op zelfde perimeter berekenen - Nood voor feedstock correcties? - Berekening van primaire energie conversie faktoren. 4

5 VERGELIJKING DESIGN MET ACTUELE OPERATIE Vergelijking van actuele operatie met design data toont verschillen : meer duty op fornuizen, minder duty via stoom. Globaal zelfde energie consumptie als per design Uit te leggen via - Interne optimisatie - Verschillen in feed compositie tussen design en realitiet. 5

6 START PINCH ANALYSE Scope van pinchstudie. - Bepaling van theoretisch minimum utilities consumptie. - Vergelijking van actuele utilities consumptie met minimum consumptie - Zoeken van een paar eenvoudige proces wijzigingen om energie verbruik te minimalizeren. - Studie uit te voeren door één proces ingenieur uit de centrale TP organisatie. Afspraak met plant. - Plant verantwoordelijk voor aanleveren van alle data, in het bijzonder een volledige warmte balans van de plant. - Evaluatie van haalbaarheid van voorstellen. 6

7 WELKE SOFTWARE Commerciele software : bv Supertarget van Aspentech : - Link met Aspen simulator - Naast target bepaling, ook een probleem oplosser. Geeft voorstellen om dichter tegen target aan te zitten. Freeware - Elsevier pinch tool : laat eenvoudig toe om minimum en maximum energie verbruik te bepalen met - Hint : 7

8 ELSEVIER PINCH TOOL Input : Stream Name Supply Temperature Target Temperature dt Min Contrib Heat Duty C C C kw HOT HOT COLD Output COLD Dtmin= 10 C 8

9 PINCH ANALYSE OP DESIGN CASE Bij design is het gebruikelijk dat er een volledige heat en massabalans wordt gegenereerd voornamelijk uit simulatie. Simulatie kan gebruikt worden om details alle flows (Tin, Tout, flow, Cp,..) te gegenereren. Indien nodig volledige heat curve. Coherente data set Design is vaak gebaseerd op slechts 1 à 2 cases. 9

10 PINCH ANALYSE OP BASIS VAN ACTUELE PLANT OPERATIE : PROBLEMEN Operatie van plant zal vaak afwijken van design, zeker in het geval van variabele voedingssamenstelling (bv raffinaarderij, kraker, aromaten eenheid). Plant opereert niet stabiel in de tijd. 10

11 PINCH ANALYSE OP BASIS VAN REELE PLANT OPERATIE : PROBLEMEN Niet alle gegevens altijd beschikbaar Gegevens niet altijd consistent (bv warmtebalans over exchanger). Bovendien kan in de loop van de tijd de operatie gaan afwijken door vervuiling of deactivatie van katalysator (start of run versus end of run condities) 11

12 AANPAK PINCHSTUDIE Opdelen in verschillende secties waartussen geen warmte integratie moet gezocht worden op basis van - Afstand tussen secties - Mogelijkheid tot onafhankelijk opereren van secties. Beslissing om plant op te delen in 4 secties : onderzoeken van extra potentiele energiewinst om 2 van 4 secties te combineren. Keuze van stabiele periode voor pinch analyse. Aanleveren van data door procesingenieur. Pitfalls - Gevraagd : Debiet, heat duty, Tin, Tuit, indien mogelijk langs beide kanten. - Resultaat : Mengeling van design data van actuele operatie data. Inconsistente data set. - Condensor data : Tin Tuit : heatcurve linear? Subcooling? - Sterk verlopende cp waarde op stromen waar meerdere warmtewisselaars in serie geschakeld. 12

13 OVERZICHT BELANGRIJKSTE RESULTATEN. Door warmte integratie ; theoretische reductie haalbaar van 4.5 MW (ca 10 % van totaal energieverbruik). Voor concrete voorstellen te identificeren : focus op heat exchangers die cross pinch gaan. Uitgewerkte voorstellen : reductie voorgesteld van 3.5 MW door installeren van 4 nieuwe warmte wisselaars en 6 warmte wisselaars die veranderd moeten worden. Spijtig genoeg niet alle voorstellen economisch haalbaar. Bij elk voorstel checken of de voorgestelde modificatie geen problemen geeft wanneer operatie gaat veranderen (eg EOR vs SOR). Voorstellen passeerden deze test, maar gerealiseerde benefit misschien niet steeds even groot als vastgesteld voor de referentie case. 13

14 VOORBEELD 1 : HEN SECTIE HEN sectie = distillatiesectie van de fabriek Pinch analyse Current MP (E4, E5, E6, E8, E9) Heating (kw) Minimum MP Heating (kw) Heating Gain (KW) % Potentieel : ca 1 t/h MP stoom. Aan kost van 25 EURO/ton, savings van ca 200 keuro/jaar. 14

15 VOORBEELD 1 : HEN SECTIE VOOR OPTIMIZATIE E KW A KW - Reference, date, place 15

16 VOORBEELD 1 : HEN SECTIE NA OPTIMIZATIE New 1112 KW A KW - Reference, date, place 16

17 VOORBEELD 1 : SECTIE HEN NA OPTIMALISATIE 17

18 EXAMPLE 2 : SECTIE 2 VOOR OPTIMIZATIE FUR 721 KW E KW E KW E KW E KW E KW E KW E KW E KW 18

19 VOORBEELD 2: SECTIE 2 NA OPTIMIZATIE FUR 721 KW E215 0 KW E KW E201 E202 NEW KW 1931 KW 1297 KW E203 E KW 473 KW NEW2 627 KW E KW NEW3 E KW 0 KW Gerealiseerd 1.9 MW op theoretisch totaal van 2.2 MW 19

20 CONCLUSIES Zelf in een fabriek die goed geoptimiseerd tijdens laatste debottlenecking, blijven opportuniteiten voor warmte integratie, zeker als door verschil in voeding, vereisten op product composities of proces optimisatie, actuele operatie verschilt van design operatie. Het grootste probleem op warmte integratie toe te passen op bestaande fabrieken is een opstellen van een consistente warmte en materiaal balans. Goede samenwerking nodig tussen proces ingenieur en de pinch tool specialist. 20