石化行业水资源优化利用网络分析

运用水夹点技术,对某石化企业进行用水网络优化研究.在流量恒定和流量改变两种条件下,对某石化企业9个用水操作原有用水网络进行初始设计和优化改进.结果表明,在流量恒定和流量改变条件下,通过用水网络初始设计节约新鲜水用量分别为19.17%和22.87%,对用水网络的初始设计和优化可简化用水网络,回用管路数分别由11条减少为6条和5条,优化后的用水网络分别节约新鲜水用量18.79%和22.47%.水夹点技术在工业用水节约和废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景.     

具有最简结构水回用网络的优化

当前对水回用网络的研究主要集中在如何构造新鲜水量最小的水网络, 却忽视了该水网络的不唯一性.为了降低水回用网络的费用,应考虑水网络的最简结构.今用连接数的概念来描述用水网络的结构复杂性.连接数就是新鲜水道与过程、过程与过程、过程与废水道之间连接个数的总和.今以最小新鲜水量和网络连接数为目标,在网络超结构的基础上,建立了多杂质水回用网络优化的数学模型.用该模型确定的用水网络,具有最小新鲜水用量和最简结构,因而具有很好的经济性.最后通过实例说明了本方法的有效性.     

过程全局夹点分析与超结构MINLP相结合的能量集成最优综合法

提出了过程全局夹点分析与超结构混合整数非线性规划 (MINLP)相结合的能量集成最优综合法 .各单过程内部换热优化匹配后 ,进行各过程剩余冷、热负荷与公用工程系统的全局夹点分析 ,确定全局热集成目标 ,在此基础上建立包含过程剩余热负荷产生各等级蒸汽、剩余冷负荷使用各等级蒸汽加热的各种可能匹配方案的公用工程换热网络超结构及其MINLP模型 ,采用混合连续进化算法求解得到过程与公用工程换热网络最优改造方案 .大型乙烯装置能量集成应用算例表明 ,可充分发挥全局夹点分析法确定改造目标的简洁实用性和超结构MINLP寻求最佳方案的优点     

双组分污染物系统用水网络优化研究

运用水夹点技术,对某石化企业9个用水操作进行用水网络优化研究。结果表明,单组分和双组分污染物用水网络初始设计分别节约新鲜水38.31%和19.17%;对初始设计用水网络的优化设计可简化用水网络,双组分污染物用水网络优化后回用管路数由11条减少为6条。水夹点技术在节约工业用水和废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景。     

污水回用网络优化设计的研究

在工业生产的各个用水过程中会产生大量污水，使污水最小化的一个有效的方法就是设计污水回用网络，以便使污水得到最大程度的回用，这样在满足用水要求的同时使新鲜水消耗最少，利用自适应模拟退火遗传算法对用水网络进行最优设计。     

水夹点技术在工程中的应用

阐述了水夹点技术的基本原理和没计步骤,并用水夹点技术进行了实例分析,设计了用水网络的优化方案.结果表明,使用水夹点技术进行网络优化设计,可以节约20%的新鲜水,节水效果较为显著.     

水级联法确定间歇用水过程的夹点及废水最小化

利用水级联分析法对间歇过程用水网络进行研究,确定过程的用水夹点及最小新鲜水用量和最小废水排放量,提出了间歇用水过程的全局夹点的概念,考虑了用水过程的流率限制,在水级联表格中用流率替代了传统水级联分析法中的传质量,识别过程中每个时间段的局部夹点及公用工程目标,通过全局夹点和局部夹点的比较,指出过程的用水瓶颈,设置储罐打破瓶颈,使用水网络公用工程目标最小化。通过实例对水级联分析法进行了详细的阐述,计算结果与文献一致,表明该方法是一种易于理解、直观且简便有效的确定间歇过程用水网络的夹点及最小公用工程的方法。     

再生循环水系统引入再生过程后夹点位置

引入再生循环的最优水系统可以最大限度地节约新鲜水的用量和减少废水的排放,是当前节水技术研究的重点。用水系统引入再生过程后,极限供水线会发生变化,从而水系统夹点个数以及位置都可能会发生变化。运用前人总结出的再生循环过程最佳供水线的构造方法,分析影响引入再生过程后夹点位置变化的因素,发现引入再生过程前后夹点位置的变化情况与以下因素有关：极限复合曲线上的凹点位置以及凹向极限供水线的程度和最高浓度用水单元水流率与新鲜水流率的关系,并分析得出夹点位置的变化规律,从而为用水网络的分析和设计提供理论性的指导。     

再生循环水系统引入再生过程后夹点位置

引入再生循环的最优水系统可以最大限度地节约新鲜水的用量和减少废水的排放,是当前节水技术研究的重点。用水系统引入再生过程后,极限供水线会发生变化,从而水系统夹点个数以及位置都可能会发生变化。运用前人总结出的再生循环过程最佳供水线的构造方法,分析影响引入再生过程后夹点位置变化的因素,发现引入再生过程前后夹点位置的变化情况与以下因素有关:极限复合曲线上的凹点位置以及凹向极限供水线的程度和最高浓度用水单元水流率与新鲜水流率的关系,并分析得出夹点位置的变化规律,从而为用水网络的分析和设计提供理论性的指导。     

基于杂质赤字的再生回用水网络集成图示法

将氢网络中基于剩余率的集成优化法扩展至水网络，以杂质浓度为基础进行分析，提出了基于杂质赤字的再生回用水网络图像集成优化方法。该方法无需图像试差和迭代，通过构建浓度-流量图和杂质赤字图，可确定未考虑再生回用的水网络夹点位置及最小新鲜水用量。并在此基础上，考虑再生装置和水网络的优化以及二者的集成，分析水网络的新鲜水节省量与杂质脱除率、再生水源流量及再生废水浓度的定量关系；构建定量关系图确定最小新鲜水用量随各参数的变化关系、夹点位置、最大新鲜水节省量以及一定再生条件下的极限及最优提纯参数。案例分析表明，该方法简单、高效，对于各工况下的水网络，均可使新鲜水消耗量及废水排放量减小，为工艺设计和操作提供重要的参考。     

多杂质用水网络最优化设计——水质分析及数学规划法

在多杂质用水系统中,各操作出水水质会以不同杂质为主要因素,难以直接比较水质优劣,本文提出了水质分析与数学规划法相结合的用水网络最优化设计方法,对进出口水的极限数据进行分析得出水质状况并对它们按优劣进行排序,优先将排在前面的、节水效果好的操作作为供水源,在水量足够的情况下,对后面的操作不予考虑,以此来简化用水网络超结构模型,然后利用GAMS软件对经过简化后的超结构进行非线性规划并求解,通过两个例子的分析,证明了本方法的有效性。     

THE USE OF NONLINEAR PROGRAMMING TO OPTIMAL WATER ALLOCATION

Environmental protection, shortage of fresh-water and rising costs for wastewater treatment are all convincing motives for reducing fresh-water consumption and wastewater discharge of the chemical, petrochemical, petroleum refining and other process industries. Maximizing water reuse, regeneration re-use, and regeneration recycling within the chemical plant, as well as optimal distribution of waste streams for end-of-pipe treatment can reduce fresh-water usage and wastewater discharge, while they are also significant in shrinking capital investment in wastewater treatment systems.

Optimal assignment and design of water consuming, regenerating, and treatment systems is a complicated task that can be mathematically formulated as mixed integer non-linear programming (MINLP). In the present article the superstructure based 'Cover and Eliminate' approach with NLP is applied with the tools of the GAMS/M1NOS/CONOPT package and compared to previous results. After introducing the problem in the context of chemical process synthesis, a mathematical model is described and the use of the methodology is explained. Experience with the use of GAMS is discussed. Several case studies are solved including basic examples from the literature and their variants.

The main conclusion is that the application of the mathematical programming for the optimal water allocation problem is essential owing to the broad variety of the specification opportunities. The complex nature of re-use, regeneration re-use, and recycling with multiple pollutants and multiple treatment processes cannot be simultaneously taken into account by conceptual approaches. It is also shown that the assumption on the independency of contamination rates, generally applied in earlier works, are not necessarily valid; and the NLP approach can deal with the more reliable specifications.     

水系统集成技术在甲醇厂的应用

水系统集成技术是把整个工业用水系统作为一个整体来看待,并考虑水质、水量的分配,从而使系统用水的重复利用率达到最大,同时废水排放量最小。甲醇企业是用水和废水排放的大户,将水系统集成技术应用于甲醇工业,具有重要意义。文中结合水系统集成技术的工业应用现状,总结了水系统集成技术在工业企业中应用的一般步骤,具体分为以下几步:选定目标系统,明确水源水阱,确定关键污染物组分和极限进出口浓度,生成初始网络和用水网络调优。并以某甲醇厂简化的用水系统为实例,采用文中所提出的一般应用步骤,对用水网络进行了优化,获得了新鲜水节水率达34.5%的节水效果。     

Optimisation of petroleum refinery water network systems retrofit incorporating reuse,regeneration and recycle strategies

Scarcities in freshwater supply and increasingly stringent rules on wastewater discharges have emerged as major environmental concerns for petroleum refineries. Hence, this work attempts to develop an optimisation framework for refinery water network systems design and retrofit that integrates the complementary advantageous features of water pinch analysis (WPA). The framework explicitly incorporates water minimisation strategies by first postulating a superstructure representation that embeds all feasible flowsheet alternatives for implementing water reuse, regeneration and recycle (W3R) opportunities. Subsequently, a nonlinear programming (NLP) model is formulated based on the superstructure and computational experiments on a real‐world case study are conducted using the GAMS/CONOPT3 modelling language platform. Post‐optimality analysis on the numerical results are performed to achieve the desired water reuse quality, hence presenting a viable framework to aid decision‐making in water network systems synthesis. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

应用夹点技术确定再生水用量

工业节水及废水减排已成为过程工业持续发展的前提之一。运用目标导向的夹点分析技术对过程用水网络系统进行系统地分析,可确定过程用水、再生水用量和废水排放量的最小目标。以固定再生出口浓度为基准,提出基于累积流量-累积污染质量负荷组合曲线图的夹点分析方法来确定用水网络的最小再生水流量,并给出了详细计算步骤和案例验证。     

Optimal design of single‐contaminant regeneration reuse water networks with process decomposition

Water network with regeneration schemes (e.g., regeneration reuse, regeneration recycling) can reduce freshwater consumption further than water network merely with direct reuse. Regeneration reuse, compared with regeneration recycling, can additionally avoid unexpected accumulation of contaminants. Owing to these features, process decomposition can help to reduce freshwater usage and wastewater discharge of regeneration reuse water systems and achieve the results, which graphical method delivers. In this article, the effect of decomposition on water‐using process and further on regeneration reuse water system is briefly analyzed on the concentration‐mass load diagram. Then a superstructure and three sequential mathematical models, which take process decomposition into account, are in turn developed to optimize single contaminant regeneration reuse water systems. By several examples, the reliability of the models is verified. Moreover, several decomposition strategies are summarized to realize the regeneration reuse water network, which attains the targets from graphical method. The results indicate that postregeneration concentration has a major impact on the scheme of process decomposition. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009