Many chemical plants consume large amounts of energy and their energy costs contribute a significant portion of the total operating cost. Heat exchanger network has been incorporated in the plants to reduce these energy costs. Well-designed heat exchanger network can reduce the total operating cost.
The improved heat recovery system is very important for the styrene monomer plant, because the styrene monomer process has high temperature endothermic reactions, and the heat of reactions is supplied by high temperature steam utility. Due to this reaction heat, lots of cold utilities are also required to cool down the effluent of the reactor for downstream processes. This plant consumes much energy cost, which is almost one half of the total operating cost.
In this study, the current heat exchanger network of the styrene monomer plant was analyzed by pinch analysis. The analysis results show that opportunities for improving the current heat exchanger network exist. Using this analysis result, three heat exchanger networks are proposed. All new heat exchanger networks have better performances than the current one. Among them, the evolved system 2 has the best economical efficiency.
대부분의 화학 공장들은 흐름의 가열과 냉각을 위해 많은 에너지 비용을 지출한다. 열 교환망은 공정의 열 흐름을 나타내는 개념적인 구조로서 에너지 비용에 밀접한 관련을 가진다. 열 교환망의 효율이 좋다면 좀더 많은 열 에너지가 회수될 수 있고, 따라서 에너지 비용을 절감 할 수 있게 된다.
스타이렌 모노머 생산공정도 많은 에너지를 요구하는 공정중의 하나이다. 스타이렌 모노머 생산을 위한 주 반응이 높은 온도에서 이루어지는 흡열 반응이기 때문에 이 온도를 유지하기 위하여 많은 열 에너지를 사용 하게 된다. 게다가 반응기 이후의 공정을 위해 온도를 다시 낮춰주어야 하므로 냉각을 위한 유틸리티 또한 많이 필요로 하게 된다. 때문에 스타이렌 모노머 공장은 총 조업 비용의 절반 정도를 에너지 비용으로 쓰고 있다.
본 연구에서는 이러한 에너지 비용을 절감하기 위해 현재 공정의 열 교환망을 분석하고 개선 가능성을 찾아보았다. 분석 결과 현재의 열 교환망은 약간의 개선 가능성을 가지고 있었고, 이 결과를 이용하여 몇 가지의 새로운 열 교환망을 제안하였다. 각 열 교환망은 현재의 그것보다 더 높은 효율을 가지고 있었으며, 최종적으로 효율과 경제성을 함께 가지고 있는 열 교환망을 제안하였다. 분석과 열 교환망 구성에는 핀치 분석 및 설계 기법을 사용하였다. 핀치 기법은 열 교환망 합성 방법중의 하나로 설계자의 아이디어와 공정의 특성을 쉽게 반영 할 수 있는 장점이 있다.
