Energy integration of nitric acid production using Pinch methodology

Abstract

Pinch methodology was applied to the heat exchangers network (HEN) synthesis of nitric acid production. The integration is analyzed in two ways, and the results are presented as two different solutions: i) the first solution is based on the original heat transfer equipment arrangement and ii) in order to eliminate the shortages of the first solution the second HEN was obtained using process simulation with optimized process parameters. Optimized HEN, with new arrangement of heat exchangers, gave good results in energy and process optimization.

U ovom radu je pokazano kako se primenom Pinch metodologije omogućava smanjenje ukupnih zahteva za dodatnim grejanjem i hlađenjem unutar procesa. Primenom Pinch metodologije analizirana je mreža razmenjivača toplote u postrojenju za proizvodnju azotne kiseline u Petrohemijskoj industriji-Kutina u Hrvatskoj. Razmenjivači toplote, grejači i hladnjaci, zajedno sa procesnim strujama koje se greju i hlade, čine mrežu razmenjivača toplote. Pored procesnih struja i razmenjivača toplote koji služe za razmenu toplote između procesnih struja, u razmatranje se uključuju i pomoćni medijumi za grejanje i hlađenje. Ova analiza može dovesti do znatnih energetskih i ekonomskih ušteda unutar postrojenja. U ovom radu sinteza mreže razmjenjivača toplote u postrojenju za proizvodnju azotne kiseline je izvršena korišćenjem programskog paketa HINT. U radu su prikazana dva rešenja energetske integracije: i) rešenje bazirano na originalnim podacima i pristupu datom u literaturi [11] i ii) rešenje zasnovano na procesnim parametrima nešto izmenjenim u cilju poboljšanja integracije. U oba rešenja broj instalisanih uređaja za razmenu toplote je 17. Predložena optimalna vrednost minimalne razlike temperatura toplih i hladnih struja od 38°C je zadržana u drugom rešenju, dok je u prvom, kako je to detaljno prikazano u rezultatima, u pojedinim delovima mreže ova vrednost izmenjena. Zadržavanjem optimalne minimalne razlike temperatura unutar procesa, kao i drugačijim rasporedom aparata, izbegnuto je i prenošenje toplote kroz Pinch u drugom rešenju. U oba slučaja se ne zahteva dodatno grejanje procesnih struja, tako da se ne koriste pomoćni fluidi za grejanje. Dobijeni rezultati pokazuju da su ukupni troškovi rada postrojenja na godišnjem nivou smanjeni za oko 14% što je jasan dokaz da se primenom Pinch metodologije i boljom energetskom integracijom procesa mogu postići značajne finansijske uštede u industrijskim postrojenjima.