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化工工藝及能量系統(tǒng)優(yōu)化

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途：本成果可以幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭能力。其技術(shù) 途徑是通過系統(tǒng)優(yōu)化，降低企業(yè)的用能及原材料消耗，進(jìn)而降低成本。可以起到節(jié)能、減排、增效、降耗的綜合效果。本成果以化工原理、化工熱力學(xué)、化工系統(tǒng)工程的原理和方法為基礎(chǔ)，以計算機(jī)模擬、過程集成為技術(shù)手段，著眼于整個系統(tǒng)的優(yōu)化，可以顯著降低企業(yè)的能量消耗和物料消耗，降低生產(chǎn)成本。其特點(diǎn)是使用成熟設(shè)備的優(yōu)化組合及優(yōu)化操作，通過加工過程的合理化及能量發(fā)生、利用、回收、輸送的合理化達(dá)到節(jié)能、降耗、增效、減排的目的，技術(shù)成熟可靠。大多數(shù)節(jié)能工作著眼于局部。例如，低溫?zé)峄厥罩恢塾诘蜏責(zé)嵩鯓踊厥眨?本成果則通過系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)法將低溫?zé)峤档阶畹停缓笤倏紤]其回收；根據(jù)能量守恒定律，低溫?zé)岬慕档停厝粠硗獠磕芰抗?yīng)的降低，因而，可以顯著降低外部能來能量消耗，同時，將低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的負(fù)荷降到最低。再如，精餾系統(tǒng)的 20天津大學(xué)科技成果選編 21 能量優(yōu)化，單純考慮精餾塔系統(tǒng)節(jié)能是一個局部優(yōu)化，但是，從整個裝置的角度考慮精餾塔系統(tǒng)的能量優(yōu)化則是一個整體優(yōu)化，整體優(yōu)化的節(jié)能效果會更顯著。隨著過程系統(tǒng)工程和熱力學(xué)分析兩大理論的發(fā)展及其相互結(jié)合與滲透，產(chǎn)生了過程系統(tǒng)節(jié)能的理論和方法，把節(jié)能工作推上了一個新的高度。主要包括： 1. 化工裝置潛力分析與瓶頸診斷 2. 工藝系統(tǒng)優(yōu)化 3. 化工能量系統(tǒng)分析與集成優(yōu)化 4 Total Site 能量系統(tǒng)優(yōu)化該技術(shù)成果適用于各類過程工業(yè)過程，包括石油化工、煤化工、精細(xì)化工、食品化工、制藥過程、鋼鐵、電力等，技術(shù)成熟可靠，沒有風(fēng)險，投資回收期可控制在 1 年以內(nèi)，也可根據(jù)工廠要求控制在 3 年以內(nèi)。技術(shù)原理與工藝流程簡介：（1）化工裝置潛力分析與瓶頸診斷采用數(shù)學(xué)及計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，修正模型參數(shù)，建立與現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)基本吻合的機(jī)理模型，尋求對工藝及設(shè)備的深刻理解，診斷系統(tǒng)及設(shè)備的潛力和瓶頸。通過計算機(jī)模擬與標(biāo)定計算，診斷裝置與設(shè)備的潛力及存在的瓶頸因素，通過少量的改造或操作優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)裝置擴(kuò)產(chǎn)或節(jié)能。（2）工藝系統(tǒng)優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)：采用夾點(diǎn)技術(shù)，有效利用反應(yīng)熱。對于吸熱反應(yīng)，則實(shí)現(xiàn)有效供熱。精餾系統(tǒng)：優(yōu)化精餾塔序列及回流比、采出量，采用夾點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精餾塔內(nèi) 部及外部能量系統(tǒng)的集成優(yōu)化，以及多效精餾、熱泵精餾、隔壁精餾等技術(shù)的優(yōu) 化運(yùn)用。換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：通過夾點(diǎn)技術(shù)分析節(jié)能潛力，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。對冷系統(tǒng)和熱系統(tǒng)采用。設(shè)備強(qiáng)化：采用計算機(jī)模擬技術(shù)優(yōu)化工藝操作及設(shè)備選型，通過選用高效分天津大學(xué)科技成果選編離、換熱、蒸汽回收裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備強(qiáng)化。設(shè)備強(qiáng)化同時帶來最小換熱溫差的變化，進(jìn)而，通過夾點(diǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備強(qiáng)化后的反應(yīng)系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)及換熱網(wǎng)絡(luò)的再優(yōu) 化。部分裝置的優(yōu)化效果可達(dá) 40%以上。本技術(shù)若用于工藝包效果會更好。（3）化工能量系統(tǒng)分析與集成優(yōu)化含換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化二項(xiàng)內(nèi)容。通過夾點(diǎn)分析和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對用熱及用冷過程的優(yōu)化，對新過程，一般可節(jié)能 20?40%，對已有過程，一般可節(jié)能 10?30%。蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化含鍋爐系統(tǒng)，蒸汽儲能，熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料系統(tǒng)等的優(yōu)化，節(jié)能效果在 10?30%范圍。（4） Total Site 能量系統(tǒng)優(yōu)化以夾點(diǎn)技術(shù)為核心，從各裝置的工藝優(yōu)化入手，首先實(shí)現(xiàn)能量需求側(cè)的優(yōu)化，然后對各裝置進(jìn)行夾點(diǎn)分析和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，使能量回收達(dá)到最優(yōu)，然后考慮各裝置之間的能量優(yōu)化，最后是公用工程系統(tǒng)的能量優(yōu)化。最終，做到全系統(tǒng)的能量優(yōu)化。Total Site 能量系統(tǒng)優(yōu)化是工廠能量優(yōu)化的最佳解決方案，可顯著提高系統(tǒng)能效。技術(shù)水平及專利與獲獎情況：該技術(shù)具有近 30 年的研究歷史，數(shù)千套裝置的工業(yè)實(shí)踐，是美國國家能源署首推的過程工業(yè)節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)。本項(xiàng)目組自 2008 年與英國曼徹斯特大學(xué)過程集成中心（CPI）展開合作，在近 20 年過程模擬優(yōu)化研究基礎(chǔ)上，消化吸收 CPI 的過程集成技術(shù)，經(jīng)過 10 余個工廠，近 30 套不同工業(yè)裝置（涉及石油化工、煤化工、精細(xì)化工、食品工業(yè)、制藥工業(yè)、電力等過程）的工業(yè)實(shí)踐，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。優(yōu)化過的典型工業(yè)過程有： 20 萬噸/年二甲醚裝置優(yōu)化 60 萬噸/年煤制甲醇過程優(yōu)化 10 萬噸/年水玻璃生產(chǎn)過程優(yōu)化 10 萬噸/年白炭黑生產(chǎn)過程優(yōu)化 2 萬噸/年大豆制油過程優(yōu)化 2 萬噸/年大豆蛋白生產(chǎn)過程優(yōu)化 22天津大學(xué)科技成果選編 120 萬方/天天然氣處理過程優(yōu)化 150 萬噸/年常減壓裝置優(yōu)化 20 萬噸/年催化裂化裝置優(yōu)化 4 萬噸/年氣分及 MTBE 裝置優(yōu)化 2 萬噸/年 HFC125 裝置優(yōu)化應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測：系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)是降低能耗和企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時，帶來節(jié)能減排的社會效益。節(jié)能減排勢在必行，系統(tǒng)優(yōu)化是幫助企業(yè)提高技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效技術(shù)途徑。應(yīng)用領(lǐng)域：石油化工、煤化工、精細(xì)化工、食品、制藥、電力等行業(yè) 合作方式及條件：面議

天津大學(xué) 2021-04-11

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