integraçao energética
DESCRIPTION
Eficiência energéticaem processos químicosTRANSCRIPT
-
Eficincia energtica em processos qumicos
Roger J. Zemp
-
um processo qumico ...
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 2
-
processo qumico ...
transformar matria prima em produtos, atravs de operaes de mistura, reao e separao
exemplos refinaria de petrleo usina de acar e lcool amnia ...
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 3
-
processo qumico ...
para manter o balano de massa ...
aquecimento resfriamento vaporizao condensao
... necessrio um balano de energia
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 4
-
trocadores de calor
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 5
-
processo qumico
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 6
processoqumico
matriaprima produtos
energia
energia
como adicionar e remover energia?
-
FT - Unicamp 7
utilidades
forno vapor dgua ar gua de resfriamento criogenia
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 8
sistema de vapor
combustvel
ar
caldeira
CO2
vapor dgua
processos
condensado
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
gua
energia eltrica
gua
-
caldeira industrial
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 9
-
FT - Unicamp 10
sistema de gua de refrigerao
processosar
gua
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
gua
vapor
-
torre de resfriamento
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 11
-
Eficincia energtica
reduzir consumo de utilidades:
isolamento trmico reduzir desperdcios eliminar vazamentos operar processo de forma estvel ...
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 12
-
FT - Unicamp 13
um processo tpico
270 160210
210
50
160
220 60
130
reagentesproduto
reciclo
sada reator
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 14
uso de utilidades
3200
2500
1980
3520
2000
2000
vapor: 5700 + 2000
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
gua: 5500 + 2000
-
FT - Unicamp 15
podemos fazer melhor?
recuperar energia no prprio processo!
transferncia de calor: fluido quente mais quente que fluido frio
balano de energia calor cedido = calor recebido
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
16
tentativa de integrao A
160210
210
50
160
220
130
reagentes produto
reciclo
sada reator270
60
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 17
o trocador
270 160
210 50
H = 1980 kW
H = 3200 kW
assim
270 160
210 50
q = 1980 kWq = 1220 kW
149
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
18
resultado
1980
160210
210
50
160
220
130
reagentes produto
reciclo
sada reator
1220
270
149
60
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 19
completando a integrao ...
1980
160210
210
50
160
220
130
reagentes
produto
reciclo
sada reator
1220
270
149
60
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 20
o trocador
220 60
210 160
H = 3520 kW
H = 2500 kW
220
210 160?
60?
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
21
escolhendo T ...
210 160
q = 2640 kWq = 1620 kW
177,6
q = 880 kW
T = 20 C
recuperao de energia: funo de T
220 180 60
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 22
projeto final A
1980
160210
210
50
160
220
130
reagentes
produto
reciclo
sada reator
1220
270
880
149
60
178
1620
180
2640
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 23
160210
210
50
160
220
130
reagentes
produto
reciclo
270
60
sada reator
880
1620
360
192,4
projeto final B
3000
200
520
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
24
resumo
consumo de energia / kW
rejeio de energia /kW
nmero de trocadores
sem integrao
5700 5500 4
integrao A
2840 2640 5
integrao B
1080 880 6
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
E um processo mais complexo?
processos reais: mais de 4 correntes ... muitas opes de integrao o engenheiro no tem tempo para identificar
e avaliar todas as opes
qual o menor consumo de energia possvel?
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 25
-
Anlise PINCH
surgiu na dcada de 80 abordagem sistemtica para anlise do
consumo energtico em processos qumicos Centre for Process Integration UMIST uso de conceitos termodinmicos e de
transferncia de calor
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 26
-
FT - Unicamp 27
correntes frias
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
H
3200 2500
T
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 28
processo frio
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
2200 3500
H
T
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 29
correntes quentes
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
3520 1980
H
T
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 30
processo quente
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
2200 9002400
H
T
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 31
composite curves
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
H
T
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
FT - Unicamp 32
metas de consumo de energia
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
H
T
1000
800
T = 20 Cpinch
2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
33
as curvas em mais detalhe ...
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
H
T
pinch
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
Estimativa de metas
mtodo grfico viso do processo pode ser aplicado a processo industriais
complexos (procedimento numrico) s exige conhecimento do balano de
energia do processo
estimativa de metas antes do projeto detalhado !
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 34
-
Anlise Pinch
permite: identificar o consumo mnimo de energia de um
processo avaliar o potencial de aumento de recuperao
de energia avaliar o impacto de incluir (ou no)
determinadas correntes no sistema de recuperao de energia
calcular o impacto ambiental
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 35
-
36
projeto da rede de trocadores
como projetar uma rede de trocadores de calor para atingir a meta?
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
37
projeto da rede
por onde comeamos?
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
60
50
160
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
38
dividir o problema no pinch
T
pinch
H
T
pinch
H
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
39
correntes
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
60
50
160
180
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
40
acima do pinch
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
18 1620
22 880
20 1000
50 2500
180m cp H
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
41
trocadores processo-processo...
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
18 1620
22 880
20 1000
50 2500
180m cp H
880
620
1000
190
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
42
utilidade
1000
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
18 1620
22 880
20 1000
50 2500
180m cp H
880620
1000
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
43
abaixo do pinch
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
160
60
50
160
180
18 360
22 2640
20 2200
m cp H
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
44
alocao de trocadores ...
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
160
60
50
160
180
360
2200
18 360
22 2640
20 2200
m cp H
440
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
45
rede final
160
60
50
360
2200
440
1000
sada reat.
produto
reagentes
reciclo
270
220
210
210
160
180
880620
1000
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
processo final
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 46
-
47
comentrios
caso utilidade quente utilidade fria no trocadores
sem integrao 5700 5500 4
manual A 2840 2640 5
manual B 1080 880 6
metas 1000 800 7
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
48
qual utilidade?
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
H
T
T = 20 Cpinch
?
?
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
49
deslocamento vertical ...
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
H
T
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
50
distncia horizontal
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
H
T
0 1000 2000
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
51
grand composite curve
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
52
mesmo BE que as CCs
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
autosuficientepinch
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
53
utilidades disponveis
utilidade Tsat / C, T custo / ($/kW ano)
vapor alta presso 250 200
Vapor mdia presso 200 170
vapor baixa presso 150 140
gua de resfriamento 25 a 40 20
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
54
utilidades: HP e AGR
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
HP
AGR
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
55
utilidades: HP, MP, AGR
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
HP
MP
AGR
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
56
HP, AGR e gerao de LP
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
HP
AGR
LP
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
57
todas as utilidades ...
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
AGR
LP
HP
MP
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
58
metas de cogerao...
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
H
T
AGR
LP
HP
MP
W
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
impacto ambiental e econmico
cada utilidade est relacionada com um certo consumo de combustvel e/ou gua
a anlise pinch permite avaliar o impacto ambiental e econmico do uso das utilidades diosponveis
escolha do melhor conjunto de utilidades!
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 59
-
60
Anlise PINCH
estabelecer metas de consumo de energia (antes de fazer o projeto!)
mtodo sistemtico para projetar uma rede de trocadores de calor
anlise de processos existentes
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria
-
e ainda:
estimativa de custos de investimentos estimativa de retorno de investimento para
modificao de processos existentes interao processo-utilidades: cogerao,
refrigerao sistemas de gua de resfriamento reutilizao de gua em processos
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 61
-
Roger J. Zemp
Faculdade de Engenharia Qumica [email protected]
FT - Unicamp 2011 Reduo do Consumo de Energia na Indstria 62
Eficincia energtica em processos qumicosum processo qumico ...processo qumico ...processo qumico ...trocadores de calorprocesso qumicoutilidadessistema de vaporcaldeira industrialsistema de gua de refrigeraotorre de resfriamentoEficincia energticaum processo tpicouso de utilidadespodemos fazer melhor?tentativa de integrao Ao trocadorNmero do slide 18completando a integrao ...o trocadorescolhendoT ...projeto final ANmero do slide 23resumoE um processo mais complexo?Anlise PINCHcorrentes friasprocesso friocorrentes quentesprocesso quentecomposite curvesNmero do slide 32as curvas em mais detalhe ...Estimativa de metasAnlise Pinchprojeto da rede de trocadoresprojeto da rede dividir o problema no pinchcorrentesacima do pinchtrocadores processo-processo...utilidadeabaixo do pinchalocao de trocadores ...rede finalprocesso finalcomentriosqual utilidade?deslocamento vertical ...distncia horizontalgrand composite curvemesmo BE que as CCsutilidades disponveisutilidades: HP e AGRutilidades: HP, MP, AGRHP, AGR e gerao de LPtodas as utilidades ...metas de cogerao...impacto ambiental e econmicoAnlise PINCHe ainda:Nmero do slide 62