MTBE合成与裂解联合装置的用能一致性

提出用能一致性原则,对ＭＴＢＥ合成与裂解联合装置全过程进行用能分析,从用能的角度上将过程系统一致起来,提高了系统的集成性;同时应用虚拟温度法及ＨＥＸＴＲＡＮ软件及自行开发的夹点分析软件对该系统进行用能分析及换热网络匹配,节能约２０％     

大规模过程系统能量优化综合的遗传模拟退火算法

为求解一般优化算法难以解决的大规模化工系统全过程用能优化综合问题,根据过程用能一致性原则,将其转换为一个大规模虚拟换热网络的求解问题．本文将改进的遗传算法和模拟退火算法有效地结合,增强了遗传算法的搜索能力,预防了传统遗传算法提前收敛的缺陷．数值计算表明,此算法显著优于求解优化问题的遗传算法和模拟退火算法,可处理热、冷流股数超过100的大规模过程系统的用能优化问题,取得了满意的结果．     

基于虚拟温度法的间歇过程换热网络结构优化

在用虚拟温度法得到的间歇过程换热器网络综合的基础上,对间歇过程换热网络的结构优化问题进行了研究。主要内容包括:在以时间段模型为基础,用虚拟温度法综合间歇过程得到的直接换热网络的基础上,寻找各时间间隔的子换热器网络内的热负荷回路;以一定的规则断开回路,对总换热器网络进行结构优化,使最后的总换热网络既能够减少换热单元数目,又满足年度总费用最小。     

传热管强化传热能质综合分析

依据能量有效利用的观点,利用热力学(火用)分析原理,对传热管换热过程进行了能质综合分析.在表征能质品位的(火用)参数基础上,将换热过程的传热特性和阻力特性有机地结合,提出了能质分析的无因次准则函数.根据该函数,以静态混合器强化传热管为例,简要分析换热过程的综合用能情况,从而探讨传热过程的热力学能量特性分析方法.     

乙烯装置预冷系统换热网络的节能优化

利用虚拟温度法(流股有效温位)对国内某乙烯装置冷箱系统进行用能诊断分析,找出过程系统的用能"瓶颈",并针对低温过程传热温差较小以及冷公用工程采用中间公用工程的特点,提出了低温过程多流股换热器网络的综合方法;该方法能够有效的利用冷热流股的有效温位,使冷公用工程的操作费用达到最小,得到合理的换热网络,并且在优化流股传热温差贡献值过程中,考虑了各流股温度、传热膜系数和换热器材质的影响,因此可以用于不同材质、不同传热膜系数低温换热网络的设计和优化;将该方法应用于国内某乙烯装置冷箱系统的综合中,与现场用能情况相比,冷公用工程用量降低了44.5%;结果表明该方法在工程中是可行的.     

以煤为原料中型合成氨厂节能分析

运用夹点技术分析了某化工厂中型合成氨装置的换热网络，发现现有换热网络中有较多能量利用不合理的地方。本文提出两套节能改造方案，方案一不改变现有装置的蒸汽利用系统，适当改变现有换热系统的物流匹配，充分利用现有换热网络余热，使合成氨综合能耗下降１０％；方案二根据工艺过程要求优化蒸汽利用系统，进行热电联产，合成氨综合能耗降低１７．９％。节能改造的投资回收期一年左右。     

夹点技术在换热流程优化中的应用

以塔河炼化1#凝结水系统换热流程为研究对象,针对1#凝结水系统在运行过程中存在的凝结水终端温度高、冷源流量不足、热量浪费等问题,利用夹点技术进行分析优化综合换热网络,并且对整个过程系统的能量进行分析与调优,实现过程系统的低能耗操作。通过优化改造及调整后,解决现场运行问题,并提出换热网络优化运行措施,对优化工作有一定的指导意义。     

醋酸裂解后续过程的能量回收

醋酸裂解是化工生产中的一个重要过程,其后续过程中存在着能量未充分回收利用的情况。文中利用夹点技术对醋酸裂解后续工艺的用能情况进行分析,经分析该系统为阀值问题,系统中热量过剩,故不需外加热源,所有冷物流升温所需的热量均由热工艺物流提供。但由于公用工程的引入,系统出现了2个公用工程夹点,仍需遵循夹点分析原则进行设计。针对现有的工艺流程的用能情况,利用夹点分析软件Aspen Energy Analyzer,依据夹点匹配的要求,同时考虑阀值问题的换热网络设计原则,文中提出了2种节能改造方案,并对2个方案的节能效果进行比较。经计算2个方案的节能效果均可达到40%以上,综合各方面因素考虑,方案1改造效果更好,应优先考虑。通过对醋酸裂解过程换热网络的改造,可减少冷热公用工程用量,节约成本,提高经济效益。     

某合成氨厂氨合成工段换热网络的模拟与优化

降低化工过程系统用能的手段之一就是应用系统能量综合技术,对整个系统进行用能的分析及调优,确定整个换热网络最佳的流程结构,在满足过程工艺物流初、终温要求的基础上,使其具有最少的设备投资费用和操作费用.基于夹点设计为主要方法,以年平均费用最小为目标,利用化工模拟软件SIMSCI HEXTRAN对某大型合成氨厂氨合成工段进行模拟,发现传热温差较大,用能状况有不尽合理之处,提出改善建议,并给出优化结果.     

换热网络集成与优化研究进展

首先回顾了上世纪80年代初期提出的以夹点技术和数学规划法为代表的经典换热网络集成优化方法,进而分别论述了近期换热网络集成优化的主要进展,包括考虑压降、结垢和换热器详细设计等实际问题的换热网络集成优化方法;针对不断升级的环境问题,考虑全生命周期分析、二氧化碳捕集和水系统的换热器网络集成优化方法;以及为进一步提升能量利用效率,将换热网络的边界扩展至多个装置,甚至工业园区的能量系统优化方法。最后展望了今后换热网络集成优化的发展趋势与方向。     

基于子网络强制进化的大规模换热网络优化

换热网络优化是典型的混合整数非线性规划（MINLP）问题,此问题的非线性约束以及到处存在的局部极值,使得最优解的获得尤其困难。特别是对于大规模网络来说,当物流数目增加时,可行的结构数目呈指数增长,目前还没有一种有效的算法来解决此类问题。应用改进的混合遗传算法,首先对换热网络进行初始优化,对初步优化结果进行子网络的划分,然后进行基于官能团（子网络）的重组、分解和交叉操作,获得了很好的结果。     

SePTA—A new numerical tool for simultaneous targeting and design of heat exchanger networks

Pinch Analysis is an established insight-based methodology for design of energy-efficient processes. The Composite Curves (CCs) is a popular Pinch Analysis tool to target the minimum energy requirements. An alternative to the CCs is a numerical technique known as the Problem Table Algorithm (PTA). The PTA however, does not show individual hot and cold streams heat cascades and cannot be used for design of heat exchanger networks (HEN). This paper introduces the Segregated Problem Table Algorithm (SePTA) as a new numerical tool for simultaneous targeting and design of a HEN. SePTA shows profiles of heat cascade across temperature intervals for individual hot and cold streams, and can be used to simultaneously locate pinch points, calculate utility targets and perform SePTA Heat Allocation (SHA). The SHA can be represented on a new SePTA Network Diagram (SND) that graphically shows a heat exchanger network together with the amount of heat exchange on a temperature interval scale. This paper also shows that SePTA and SND can be a vital combination of numerical and graphical visualisation tools for targeting and design of complex HENs involving stream splitting, threshold problems and multiple pinches.     

与换热网络热集成的精馏塔压优化

调整精馏塔的操作条件是节省塔能耗的有效途径之一，然而在对已有装置进行用能优化时，需同时考虑精馏塔操作条件对塔能耗和换热网络能耗的影响。基于装置所有流股的冷热复合曲线，针对跨夹点的精馏塔，同时考虑了精馏塔的再沸、冷凝以及过程流股，分析了塔压变化对装置公用工程消耗的影响，并对某连续重整装置汽提塔进行了案例分析。结果显示，塔压降低可使冷凝器能耗增加，再沸器能耗减小，而对于塔顶塔底出装置流股，塔压降低可节省冷却公用工程但增加加热公用工程。装置总体的节能效果为塔顶冷凝器、塔底再沸器和塔顶塔底出装置流股节能效果的综合作用。对某连续重整装置汽提塔分析表明，塔压降低200.0 kPa时，其加热公用工程用量将减少577.5 kW。     

Application of the Microsoft Excel Solver tool in the solution of optimization problems of heat exchanger network systems

Optimization of heat exchanger networks (HEN_S) is a field of interest in Chemical Engineering. The aim is to use the residual heat of process streams to raise the temperature of other process streams which are cold, thus minimizing the use of hot and cold utilities. The usual way to deal with this task is to pose a linear programming problem according to a transshipment model in order to minimize either the general services consumptions or the number of hot and cold stream matchings required. This optimization is subjected to several restrictions given by the energy balances corresponding to each heat exchange.The high number of variables and equations obliges the use of specific software to solve these problems, e.g. GAMS (General Algebraic Modelling System). However, this software is not intuitive and requires a long time of training and a certain level of practice for the students to adequately use it.This work describes the use of Microsoft Excel-Solver for the sequential solving of HEN_S optimization problems according to the transshipment model. Solver is a much simpler, intuitive and easily available tool for the students who, besides, usually learn how to use it in the first years of their degree, in Informatics or similar subjects. Thus, it is not necessary to spend extra time in the teaching of the software, time that may be devoted to other contents.This paper presents an example of HEN_S problem proposed in the subject Simulation and Optimization of Chemical Processes corresponding to the Joint Master in Chemical Engineering of the Rey Juan Carlos University and the Autónoma University of Madrid and solved by the students using Excel-Solver.     

Retrofitting of the Heat Exchanger Network with Steam Generation in a Crude Oil Distillation Unit

Steam generation through hot streams has an important impact on the utility consumption of a crude oil distillation unit. Retrofitting of the heat exchanger network with steam generation in a crude oil distillation unit is studied with regard to efficient energy usage. The grand composite curve is employed to provide insights into the steam generation problem, and a mixed‐integer linear programming model, presented previously for heat integration through hot discharges/feeds and steam generation, is used to obtain the optimal parameters for steam generation. Three heuristic rules are then proposed to determine suitable hot streams for steam generation. Finally, the heat exchanger network is modified based on pinch technology. After the retrofit, the hot and cold utility decrease.     

Supply and target based superstructure synthesis of heat and mass exchanger networks

This paper presents new methods for the optimisation of superstructures involving heat exchanger networks (HENs) and mass exchanger networks (MENs). The techniques developed in this study explore the use of key variables (namely supply temperatures/compositions and target temperatures/compositions) in HENs and MENs to define the intervals of superstructures. Such superstructures are modeled as mixed integer non linear programmes (MINLP) with the objective of minimisation of the total annual cost (TAC) for each network. The superstructures presented in this paper are derivatives of the interval and supply based superstructures (IBMS and SBS) developed previously. Two different superstructures are developed in this paper: the first uses the supply temperature/composition of hot/rich streams and the target temperature/composition of cold/lean streams (denoted supply and target based superstructure, S&TBS), while the second superstructure uses the target temperature/composition of hot/rich streams and the supply temperature of cold/lean streams (denoted target and supply based superstructure, T&SBS). Five HEN examples and three MEN examples are presented. The results obtained compare well with those in the literature.     

酮苯脱蜡装置节能减排一体化

对企业的能量系统进行集成优化,可以提高能源的利用效率,并同时减少装置的用水量和CO2的排放量。本文针对某酮苯脱蜡装置,对其现行的换热网络进行了夹点分析,提取了物流数据,找出了用能不合理之处和装置的能量目标,通过计算获得该装置的节能潜力为4228.3 kW。考虑该装置实际的状况,提出对部分物流进行重新匹配的热集成优化方案,结果表明可分别节约1456.4 kW的加热公用工程和524.2 kW的冷却公用工程。对优化后方案进行的经济性分析显示,该方案每年可节约278.5万元的能量费用、减少0.3万吨污水和9078.2吨CO2的排放。对酮苯脱蜡装置进行一体化的优化可以降低能耗和成本,本文提出的优化方案对相关装置的节能减排也具有一定的指导作用。     

化工过程系统用能诊断和调优的“夹点分析”法

把热力学与系统工程的方法相结合，进一步将“夹点分析”应用于化工过程系统的用能诊断及调优。首先，从能量的角度将以能量驱动的过程单元如，反应器、精馏塔、压缩机等与换热器网络中的冷、热流股统一起来；然后，利用格子图，总组合曲线（ＧＣＣ）、扩充的总组合曲线（ＥＧＣＣ）、分离的总组合曲线（ＳＧＣＣ）等诊断工具，对化工过程系统进行用能诊断，给出相应的调优措施，并将该方法应用于实际的化工过程。     

采用换热器负荷图指导换热网络改造的新方法

目前大部分图形工具仅适用于以节能为目标的换热网络(HEN)设计或者改造。能量回收量的增加往往伴随换热单元数的增多,而换热单元数对设备投资费有较大影响。采用换热器负荷图(HELD)提出一种系统化的换热网络改造新方法。新方法基于夹点分析,在改造区间中选择匹配目标,重新构建改造用HELD,从而简化问题;通过在水平方向上平移热流股曲线实现跨夹点负荷的重新分配,完成节能目标,并结合经验规则,尽可能减少改造后换热网络的换热器数目。以一个工业造纸厂为例,对其进行节能改造方案设计,相较于文献报道结果,得到两个节能目标值相近且换热器改动数目更少的新方案,验证了新方法的有效性。