Energiesystemanalyse eines Düngemittelkomplexes:
Gespeichert in:
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 6]
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Titel: Energiesystemanalyse eines Düngemittelkomplexes
Autor: Radgen, Peter
Jahr: 1996
Inhaltsverzeichnis _V Inhaltsverzeichnis Symbole und Indizes IX 1 Einleitung und Zielsetzung 1 2 Methoden der Energiesystemanalyse 5 2.1 Massen- und Energiebilanz. 5 2.2 „Pinch“-Analyse. 6 2.2.1 Grundlagen. 6 2.2.1.1 Heiße und kalte Ströme . 6 2.2.1.2 Minimale Temperaturdifferenz. 7 2.2.1.3 Heiße und kalte Summenkurve . 8 2.2.1.4 Der „Pinch“ und seine Bedeutung für den Heiz- und Kühlbedarf eines Prozesses. 10 2.2.1.5 Das Wärmestromprofil. 12 2.2.1.6 Auswahl geeigneter Betriebsmittel . 14 2.2.2 Integration von Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen . 15 2.2.2.1 Wärmekraftmaschinen. 15 2.2.2.2 Wärmepumpen. 18 2.2.3 Gitterdarstellung eines Wärmeübertragernetzwerkes. 18 2.2.4 Abschätzung und Optimierung der Gesamtkosten eines Wärmeübertragernetzwerkes . 19 2.2.5 Vergleich von Summenkurven und Wärmestromprofil. 22 2.2.6 „Pinch“-Analyse eines Standortes. 22 2.3 Exergetische Analyse. 25 2.3.1 Grundlagen. 25 2.3.2 Berechnung der thermomechanischen Exergie eines Stoffstromes . 28 2.3.3 Berechnung der stofflichen und chemischen Exergie. 30 2.3.3.1 Umgebungsmodelle in der Literatur. 30 2.3.3.2 Wahl eines geeigneten Umgebungssystems und Berechnung der stofflichen Exergie. 32 2.3.3.3 Berechnung der chemischen Exergie. 33 2.3.4 Exergie der Wärme. 35 2.3.4.1 Exergie eines Wärmestroms und Exergieverlust durch Wärmeübertragung . 35 2.3.4.2 Exergetische Summenkurven. 36 2.3.5 Entwurf von Wärmeübertragernetzwerken mit Hilfe der
Exergie . 38 2.3.6 Exergetische Prozeßoptimierung. 41
VI Inhaltsverzeichnis 2.3.7 Allgemeingültige Regeln zum Auffinden von Exergieverlusten. 43 2.4 Optimierung von Wärmeübertragernetzwerken. 44 2.5 Thermodynamisches Minimum des Energiebedarfs der Prozesse . 50 2.5.1 Ammoniakerzeugung. 50 2.5.2 Harnstofferzeugung. 52 2.5.3 Düngemittelkomplex. 52 3 Beschreibung des betrachteten Düngemittelkomplexes 54 3.1 Der Ammoniakprozess. 55 3.1.1 Dampfspaltung. 56 3.1.2 Konvertierung. 59 3.1.3 Gasreinigung . 60 3.1.4 Methanisierung. 62 3.1.5 Synthesegasverdichtung. 63 3.1.6 Ammoniaksynthese. 64 3.1.7 Purgegasaufbereitung. 66 3.1.8 Kälteerzeugung. 67 3.1.9 HD-Dampferzeugung und Zusatzkessel. 67 3.1.10 Wärmeübertragernetzwerk der Ammoniakanlage. 68 3.2 Der Harnstoffprozess. 70 3.2.1 Verdichtung der Edukte. 71 3.2.2 Harnstoffsynthese. 71 3.2.3 Aufbereitung der Harnstofflösung. 74 3.2.4 Aufbereitung der Nebenprodukte und Rückgewinnung der Einsatzstoffe 75 3.2.5 Kondensat-Aufbereitung. 75 3.2.6 Granulation. 76 3.2.7 Wärmeübertragernetzwerk der Harnstoffanlage. 77 3.3 Energieversorgung und Dampfsystem. 79 4 „Pinch"-Analyse des Düngemittelkomplexes 81 4.1 Ermittlung der relevanten Prozeßdaten. 81 4.2 Analyse der Ammoniakanlage. 88 4.2.1 Wärmeintegrationsanalyse der Prozeßströme. 88 4.2.2 Berücksichtigung der HD-Dampferzeugung. 90
4.2.3 Weitere Maßnahmen zur Optimierung der Ammoniakanlage .102 4.3 Analyse der Harnstoffanlage. 104 4.3.1 Wärmeintegrationsanalyse der Prozeßströme. 104 4.3.2 Einsatz einer Wärmepumpe in der Harnstoffanlage . 107 4.3.3 Harnstoffanlage mit MD-Dampf Import. 109 4.3.4 ND-Dampferzeugung aus der Abwärme der Harnstoffanlage.110 4.3.5 Nutzung der Reaktionswärme aus dem Reaktor 21R001. 113 4.3.6 Analyse der Temperaturniveaus im Dampfsystem der Harnstoffanlage 114 4.4 Gemeinsame Analyse von Ammoniak- und Harnstoffanlage. 115
Inhaltsverzeichnis _ VII 4.4.1 Einfluß des Schlüsselparameters AT mm auf den Heizbedarf und den Flächenbedarf des Düngemittelkomplexes. 118 4.4.2 Optimierung der HD-Dampferzeugung in der Ammoniakanlage . . 119 4.4.3 „Pinch“-Analyse des Standortes mit den Standortsummenkurven . 124 5 Exergetische Analyse 127 5.1 Ammoniakanlage. 127 5.1.1 Prozeßluftverdichtung . . . . 128 5.1.2 Primär-Reformer.129 5.1.3 Sekundär-Reformer. 133 5.1.4 Konvertierung und Speisewasservorwärmung. 134 5.1.5 Kohlendioxidentfernung aus dem Synthesegas . 135 5.1.6 Methanisierung und Kondensatstrippung. 136 5.1.7 Synthesegasverdichtung. 137 5.1.8 Ammoniaksynthese und Ammoniakabscheidung. 138 5.1.9 Kälteerzeugung durch eine Kompressionskältemaschine. 141 5.1.10 Purgegas-Reinigung und Wasserstoffrückgewinnung. 142 5.1.11 Zusatzkessel. 143 5.1.12 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse der Exergieverlust- Analyse für die Ammoniakanlage. 144 5.2 Harnstoffanlage. 152 5.2.1 Harnstoffsynthese. 153 5.2.2 Kohlendioxidverdichter. 155 5.2.3 Abtrennung der inerten Komponenten . 156 5.2.4 Aufarbeitung des Prozeßkondensats. 156 5.2.5 Konzentrierung der Harnstofflösung. 157 5.2.6 Granulator. 158 5.2.7 Fließbettkühler. 159 5.2.8 Entstaubung. 161 5.2.9 Dampfsystem. 161 5.2.10 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse der Exergieverlust- Analyse für die Harnstoffanlage. 162 5.3 Zusammenfassung der
Ergebnisse der exergetischen Analyse . 168 5.4 Neue Verfahrenskonzepte zur Herstellung von Harnstoff.170 6 Vergleich der Ergebnisse 171 6.1 Zusammenfassende Beurteilung der „Pinch“-Analyse . 171 6.2 Zusammenfassende Beurteilung der exergetischen Analyse. 174 6.3 Vergleich von „Pinch“-Analyse und exergetischer Analyse. 177 7 Zusammenfassung und Ausblick 183 |
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