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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。其技術(shù) 途徑是通過(guò)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(jì) 算機(jī)模擬、過(guò)程集成為技術(shù)手段,著眼于整個(gè)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(guò)加工過(guò)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(guò)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?lái)外部能量供應(yīng)的降低,因而,可以顯著降低外 部能來(lái)能量消耗,同時(shí),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?jī)?yōu)化,單純考慮精餾塔系統(tǒng)節(jié)能是一個(gè)局部?jī)?yōu)化,但是,從整個(gè)裝置的角度 考慮精餾塔系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化則是一個(gè)整體優(yōu)化,整體優(yōu)化的節(jié)能效果會(huì)更顯著。 隨著過(guò)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(guò)程系統(tǒng)節(jié)能的理論和方法,把節(jié)能工作推上了一個(gè)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(guò)程工業(yè)過(guò)程,包括石油化工、煤化工、精細(xì)化工、 食品化工、制藥過(guò)程、鋼鐵、電力等,技術(shù)成熟可靠,沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn),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(jiǎn)介: (1) 化工裝置潛力分析與瓶頸診斷 采用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)操作數(shù)據(jù)基本吻合的機(jī)理模型,尋求對(duì)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(guò)計(jì)算機(jī)模擬與標(biāo)定計(jì)算,診斷裝置與設(shè)備的潛力及存在的瓶頸因素,通 過(guò)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(duì)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(guò)夾點(diǎn)技術(shù)分析節(jié)能潛力,優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。對(duì)冷系統(tǒng)和熱 系統(tǒng)采用。 設(shè)備強(qiáng)化:采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)優(yōu)化工藝操作及設(shè)備選型,通過(guò)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(shí)帶來(lái)最小換熱溫差的變化, 進(jìn)而,通過(guò)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(huì)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(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化二項(xiàng)內(nèi)容。通過(guò)夾點(diǎn)分析和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)用熱及用冷過(guò)程的優(yōu)化,對(duì)新過(guò)程,一般可節(jié)能 20?40%,對(duì)已 有過(guò)程,一般可節(jié)能 10?30%。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化含鍋爐系統(tǒng),蒸汽儲(chǔ)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?shī)A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(duì)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?jī)?yōu)化,最后是公用工程系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化。最終,做到全系統(tǒng)的能 量?jī)?yōu)化。Total Site 能量系統(tǒng)優(yōu)化是工廠能量?jī)?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(jiǎng)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(guó)國(guó)家能源 署首推的過(guò)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(guó)曼徹斯特大學(xué)過(guò)程集成中心(CPI)展開(kāi)合作,在 近 20 年過(guò)程模擬優(yōu)化研究基礎(chǔ)上,消化吸收 CPI 的過(guò)程集成技術(shù),經(jīng)過(guò) 10 余個(gè) 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(guò)程)的工業(yè)實(shí)踐,積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。 優(yōu)化過(guò)的典型工業(yè)過(guò)程有: 20 萬(wàn)噸/年二甲醚裝置優(yōu)化 60 萬(wàn)噸/年煤制甲醇過(guò)程優(yōu)化 10 萬(wàn)噸/年水玻璃生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化 10 萬(wàn)噸/年白炭黑生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化 2 萬(wàn)噸/年大豆制油過(guò)程優(yōu)化 2 萬(wàn)噸/年大豆蛋白生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化 22天津大學(xué)科技成果選編 120 萬(wàn)方/天天然氣處理過(guò)程優(yōu)化 150 萬(wàn)噸/年常減壓裝置優(yōu)化 20 萬(wàn)噸/年催化裂化裝置優(yōu)化 4 萬(wàn)噸/年氣分及 MTBE 裝置優(yōu)化 2 萬(wàn)噸/年 HFC125 裝置優(yōu)化 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè): 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(shí),帶來(lái)節(jié)能減排的社會(huì) 效益。 節(jié)能減排勢(shì)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