浅析夹点技术在石油化工中的应用

由于世界能源危机越来越严重,石油化工中的过程集成一跃成为焦点话题,而夹点技术作为过程集成方法中最为实用的方法正在广泛使用。夹点节能技术（Pinch technology）作为一种新节能技术,是一种基于现代节能的火用分析理论（Exergy analysis）,同时又充分考虑了设备状况、能量利用与回收、经济状况、系统关联的系统综合优化的节能技术。它不仅建立了完备的系统总体节能理论,更突出的是：它形成了一种可行、实用和有效的节能增效技术。     

炼化企业全厂能量系统优化节能技术研究与应用实践

简要介绍了炼化企业开展全厂能量系统优化工作的方法思路和实施策略,针对炼化企业物流、能流转化及利用特点,阐述了综合考虑单元过程与设备、工艺装置、公用工程系统、罐区储运、低温热利用、蒸汽动力系统等全厂能量系统的集成优化方法及其实际应用过程。以某公司炼油全厂用能优化为案例,通过综合应用流程模拟、夹点分析、过程能量集成等手段对...     

化工过程系统用能评价与优化方法研究进展

介绍了现代化工过程系统中的几种用能评价与优化方法。通过介绍、比较夹点技术和火用分析法原理,提出了两者的适用条件和局限性,由此引入了结合夹点技术和火用分析法优点的能级分析法,详细分析了三者之间的联系及优缺点。同时论述了最新的能量优化方法进展,也是技术改进的发展方向。     

提纯回用氢网络的夹点变化规律

在氢系统中引入提纯装置可以经济有效地提高氢气的回用率,是氢系统中广泛采用的方法。但引入提纯回用过程可能会影响氢系统的夹点位置,还可能使氢系统出现多夹点。由于夹点对系统性能的分析与优化具有极其重要的作用,而夹点位置的变化则会影响到用氢过程的匹配。在氢夹点技术的基础上,通过图示分析法,研究了在不同提纯产品浓度下提纯回用过程的夹点变化规律和趋势,对于考虑提纯回用的氢网络集成具有重要的意义。     

基于模拟分析技术和随机搜索算法的化工过程能量集成方法研究

夹点和模拟分析技术已在化工能量集成中广泛应用.今以夹点技术为基础,对化工过程系统用能进行诊断,根据"过程用能一致性"原则提出能量集成改造方案,通过改变塔压实现塔顶冷凝器与塔底再沸器的热集成多效蒸馏.夹点技术实现的优化目标仅是热回收最大或公用工程能耗最小,不能实现包括设备整体费用最小的过程全局最优化.研究基于模拟技术,通过灵敏度分析,得到精馏塔各操作参数的样本映射数据,通过多项式拟合得到参数关联方程,并在遗传算法及模式搜索中设计过程费用函数,提出了将模拟分析技术与随机搜索算法相结合的,以过程费用函数最小化为优化目标的能量集成方法.工业实例的成功设计应用证明了其有效性和可行性.     

夹点分析法在化工过程全局用能优化的应用

介绍了夹点分析在化工过程全局用能优化中的应用，用夹点分析法在实现各工艺装置内部热量交换的基础上，进行过程全局的剩余热阱和热源与公用工程系统的能量集成，包括余热回收、联产功量、蒸汽系统设计和透平网络综合。应用实例表明，利用该方法可以大幅度实现节能，是现代化工企业节能的发展方向。     

复杂精馏塔的用能分析法

针对多组分分离复杂精塔的用能分析,结合精馏原理和夹点分析方法,采用塔的总曹线描述塔内能流沿的分布,并发展了复杂精馏塔的用能分析法。实例应用表明本文所提出的方法是指导分离系统用能优化和热集成的有效工具。     

换热网络操作夹点分析与旁路优化控制

换热网络夹点设计法是从设计的角度,针对某一给定的典型操作条件而进行的,而炼油化工过程的生产条件经常在一定范围内波动。在实际的生产中,换热网络的操作夹点和最小温差与设计值往往不尽相同,为换热网络的优化控制带来了一定困难。因而近年来对于换热网络夹点技术以及旁路优化控制方面的研究不断深入,但将夹点技术与换热网络控制集成的方法仍不成熟。本文从操作的角度求解并分析换热网络结构已定或网络正在运行情况下的操作夹点,定性分析操作夹点的变化规律,并提出在操作夹点附近设置旁路实现网络的旁路优化控制,从而将夹点技术应用于换热网络旁路优化控制中。实例仿真表明,这一旁路优化控制方法在满足控制要求的同时明显降低了网络的总公用工程,验证了其有效性。     

基于夹点技术的换热网络优化和Aspen的实现过程

介绍了夹点理论在换热网络集成优化过程的原理,和采用夹点理论对换热网络集成优化的步骤、物流匹配原则;通过某氯碱企业的一个实例,介绍了采用Aspen Energy Analyzer软件对换热网络的集成优化的过程。     

热集成复杂精馏系统综合的研究

将夹点分析法应用于热集成复杂精馏系统综合的换热网络设计中,避免了以换热网络结构作为独立变量,建立了一个以预分馏塔组分回收率、回流比及操作压力为连续变量,以分离序列和热耦合方式为离散变量的混合整数非线性规划(MINLP)模型。该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数。对多个五组分混合物分离问题进行了求解,并对不同优化方案的优化结果及其经济性作了比较和分析,结果表明采用热集成复杂精馏塔流程可以显著地降低系统的总费用,还表明该方法是求解热集成复杂精馏系统综合问题的有效方法。     

A rigorous targeting algorithm for resource allocation networks

Techniques of process integration can be applied to conserve resources such as energy, freshwater, cooling water, hydrogen, solvent, etc. Process integration methodologies are broadly classified into two categories: methodologies based on the mathematical optimization techniques and methodologies based on the conceptual approaches of pinch analysis. In this paper, a mathematically rigorous methodology is proposed to minimize the requirement of a natural resource in a chemical process industry. The proposed methodology combines the simplicity of the pinch analysis with the mathematical rigor of mathematical optimization techniques. Conservation of resource in a chemical process industry is posed as a network flow optimization problem and a simple algebraic methodology is proposed to solve the optimization problem. The proposed algebraic methodology is mathematically proved in this paper. The proposed algorithm is numerically faster than the general mathematical optimization methods used for solving optimal resource allocation problems.     

碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化

节能减排越来越受到人们的重视,夹点技术是目前应用最广泛的热集成技术之一。文章利用夹点技术对碳酸二甲酯合成工艺进行了系统用能分析,找出了用能状况不尽合理之处。将碳酸二甲酯合成及精馏四个单元作为一个系统整体考虑,提出了碳酸二甲酯合成及精馏单元的换热网络优化方案。优化后整个系统可以节约低压蒸汽33.7%,节约循环冷却水93.6%。     

国内换热网络综合方法研究进展与展望

换热网络作为大型工业企业的能量回收系统,对降低企业能耗、提高能量利用率具有重要作用,其设计方法一直是国内外学者的热点研究课题。本文介绍了我国换热网络综合方法的研究进展,对设计方法进行了分类阐述,分析了夹点设计方法、数学规划方法和优化算法的研究成果和存在问题。最后展望了同步综合方法和优化算法是未来的主要研究方向和重点,为指导综合方法的不断改进和实际应用服务。     

甲醇合成及精馏单元的能效优化

甲醇生产工艺普遍存在能耗、水耗过高的问题,对该工艺进行过程集成节能研究,具有重要的意义。以60万t/a煤制甲醇装置为背景,将处于上下游关系的甲醇合成及精馏单元作为一个系统考虑。利用夹点技术对该系统的用能现状和换热网络进行了分析,找出了违背夹点设计原则的不合理换热匹配。在此基础上,通过充分回收系统高温热源尤其是甲醇合成塔出塔合成气的能量,提出了2种现行换热网络的优化方案。方案1:节约低压蒸汽34.8%,节约脱盐水和循环冷却水21.1%,其中节约1.2 MPa低压蒸汽2 277.7 kW,节约0.3 MPa低压蒸汽20 544.4 kW;方案2:节约低压蒸汽30.8%,节约脱盐水和循环冷却水18.7%,其中节约1.2 MPa低压蒸汽6 027.0 kW,节约0.3 MPa低压蒸汽14 157.5 kW。当1.2 MPa与0.3 MPa低压蒸汽价格差距较大时,选择方案2较合理。     

A simple synthesis method for studying thermally integrated distillation sequences

In this paper an improved method for studying processes for separation of multicomponent mixtures is presented. A thermodynamically oriented procedure was developed for the analysis and synthesis of the best heat‐integrated distillation system. Systematic ranking of possible schemes was used in order to verify the best structure of a heat‐integrated distillation system. An integrability criterion was introduced for the selection of the most promising heat‐integrated sequences. Distillation columns were studied according to their ability for heat integration. The proposed selection of possible distillation columns sequences using rising integrability criteria gave a good approximation of the best heat‐integrated distillation column sequences according to their total annual cost. Computational simulation of the process and pinch analysis were used for thermodynamic optimization of energy consumption. The method is illustrated with five‐ and six‐component example problems.     

A systematic approach for synthesizing combined mass and heat exchange networks

Mass and heat are very important resources in the process industry. Numerous approaches have been proposed for the optimization of either mass or heat exchange networks. Since the process usage of mass and heat is typically intertwined, it is important to account for such interactions. The objective of this paper is to introduce a systematic method for the simultaneous synthesis of combined mass- and heat-exchange networks (CMAHENs). The proposed method is based on a novel approach that incorporates the mass pinch technology (MPT) for mass exchange networks (MENs) synthesis and the pseudo-T-H diagram approach (PTHDA) for the heat exchange networks (HENs) synthesis. New bypass streams are included in the structural representation of the problem to expand the search space. A combined optimization approach is applied to minimize the total annualized cost of the CMAHEN. Finally, two cases are solved to illustrate the application of the proposed method.     

夹点技术在煤气化制甲醇工艺中的应用

采用夹点技术对某30万t/a煤气化制甲醇项目的换热网络进行了分析,明确了渣水处理单元、变换热回收单元、低温甲醇洗单元、甲醇合成及精馏单元消耗公用工程的目标值和设计值,揭示了各单元的工艺优化方向和节能潜力。夹点分析结果表明:把整个系统集成起来作为一个有机结合的整体来看待,优化匹配的机会大大增加,节能潜力巨大。     

性质集成研究进展

性质集成以一种基于性质的方法来分配和操纵流股及过程单元,跟踪、调整、分配和匹配整个系统的多种性质,是一种新的系统设计方法,是过程集成的新的分支。本文分别从单性质集成、多性质集成的图示法和数学规划法以及过程与分子同时设计方法等方面阐述了研究进展,其中着重介绍了性质夹点和三元性质集成的图示法,并对进一步的研究进行展望。     

Integrated water resource management through water reuse network design for clean production technology: State of the art

This article considers new and existing technologies for water reuse networks for water and wastewater minimization. For the systematic design of water reuse networks, the theory of the water pinch methodology and the mathematical optimization are described, which are proved to be effective in identifying water reuse opportunities. As alternative solutions, evolutionary solutions and stochastic design approaches to water system design are also illustrated. And the project work flow and an example in a real plant are examined. Finally, as development is in the forefront in process industries, this paper will also explore some research challenges encountered in this field such as simultaneous water and energy minimization, energy-pinch design, and eco-industrial parks (EIP).