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...     

低温过程多流股换热器网络综合

多流股换热器主要应用在低温过程领域.本文针对低温过程换热器网络的特点,基于流股虚拟温度的T-H图提出了利用遗传/模拟退火算法进行低温过程换热网络综合的方法.低温过程传热温差较小,在流股温差贡献值的选取上充分考虑了流股热力学平均温度的影响,使其取值更加合理;冷公用工程的利用不同于常温换热网络,温度越低其相应的费用越高,通过采用分批-逐次利用的原理分配冷公用工程,得到冷公用工程的温位及相应的匹配位置,能够有效地利用过程系统的传热温差,降低换热网络的操作费用;该方法利用虚拟T-H图法产生初始解,具有决策变量少,产生初始解均为可行的特点,能显著提高遗传模拟退火算法的计算效率,并适用于不同材质、不同传热膜系数网络的设计和优化;以国内某乙烯装置脱甲烷塔预冷系统综合为实例进行了分析.     

考虑蒸汽优化的工艺装置间热进出料

工艺装置在回收产品等热物流的热量预热进料或其他冷工艺物流中,利用夹点之下的热量适当增产蒸汽,提高装置能量回收效率。热进出料作为装置间热集成的重要方法,不仅减少了上下游装置总公用工程消耗量,而且能够通过合理改变上下游装置的夹点位置和总组合曲线趋势,优化装置生产蒸汽的压力等级和流量。基于夹点技术构建涉及热进出料物流的温焓线和工艺装置的总组合曲线,通过反转并平移热进出料物流的温焓线确定最高的热出料温度,同时考虑不同压力等级蒸汽对热量需求的差别优化蒸汽生产参数。提出的工艺装置热进出料及蒸汽平衡优化应用于渣油加氢和催化裂化装置的热进出料优化,结果表明不仅降低了上下游装置总公用工程量,而且提高了工艺装置生产蒸汽的品质,增加了能量回收利用效率。     

炼油能量系统优化技术导则的开发研究与实践

炼油能量系统优化是从炼油过程的全局出发,整体优化和系统改进炼油过程的能量利用状况。文章在分析炼油能量系统优化关联因素基础上,提出了将能量系统优化分解为企业总体用能改进、工艺装置优化、装置间热集成、低温热综合利用和公用工程系统优化等五个相互关联任务过程的实施策略,并通过开发能量系统优化技术导则协助指导该项工作的进行。     

高浓度甲缩醛生产过程换热网络优化

变压精馏工艺虽然是生产高浓度甲缩醛的主要方法，但该工艺存在能耗高的缺点。本文基于变压精馏分离甲缩醛和甲醇共沸物的工艺方法，利用Aspen plus软件对10万t/a高浓度甲缩醛生产过程进行模拟，基于模拟数据和Aspen Energy analyzer软件对该过程换热网络进行分析和优化。结果表明：在最小传热温差为10℃时，常规变压精馏工艺夹点温度为84.03℃(热物流)和74.03℃(冷物流),充分利用甲缩醛加压精馏塔塔顶物流潜热及塔底物流显热的换热网络节能效果显著，优化后的换热网络可节省热公用工程3.732 MW、冷公用工程3.701 MW,热节能率为33.68%。     

METSIM在亚熔盐铬盐清洁生产工艺流程设计中的应用

针对亚熔盐铬盐清洁生产工艺能耗大、热利用率低的问题及工艺放大的需求,采用METSIM软件对此工艺进行了物料和能量衡算,得到了各股物流的详细信息,为工艺放大提供参考;采用夹点技术进行换热网络优化,优化后的热交换网络可使热公用工程及冷公用工程用量分别减少31.5%和31.7%,总热利用率提高11.0%.     

考虑热泵的换热网络的过程改变分析

基于夹点技术原理,可以得到换热网络所需要的最小冷、热公用工程。采用合理的过程改变设计,可以进一步减少冷、热公用工程的消耗。在换热网络中布置热泵,可以有效地回收利用过程中存在的低温余热,同时减少冷、热公用工程的消耗,提高能量利用率。在夹点技术的基础上,定性分析了带热泵的换热网络中过程改变对冷、热公用工程用量的影响。研究结果表明,在受热泵影响的区域内,热泵可以将原本不能节能的过程转变为可以节能的过程改变。因此,当换热网络中带有热泵时,过程改变是否有利于节能还需要综合考虑热泵的影响。通过研究带热泵的换热网络中的过程改变,进一步拓展了过程改变的研究范围,所得结论可以作为判断过程改变是否有利于节能的依据。     

基于经济学观点确定换热网络传热温差

从分析和经济学的角度提出了确定换热网络最小传热温差的方法。在基于夹点技术温焓图的基础上,把冷、热公用工程物流的基本属性同工艺物流的组合曲线一起标示于温焓图上,组成平衡组合曲线。对平衡冷、热组合曲线进行分段积分,较精确地求取换热网络传热过程的损失。以损费用代替公用工程的能耗费用作为操作费用,确定经济目标函数,用以计算最佳的传热温差。该方法为合理地降低能源消耗指明了方向,同时揭示了能量在过程系统中演变和变化的本质。     

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.     

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。     

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％     

基于MVR热泵精馏的混合醇热集成分离工艺

机械蒸汽再压缩(MVR)热泵技术是把低品位的蒸汽通过压缩转变为高品位的蒸汽,循环用于热源的供热以减少能耗。而热集成技术则是合理的匹配冷热物流的换热,以提高物流的有效能利用率。鉴于精馏过程的高能耗和低热力学效率,本文以四元混合醇的分离为研究对象,把基于MVR热泵技术的热集成精馏工艺应用于该体系的分离,提出并研究了该体系带热集成与不带热集成各种MVR精馏工艺;以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,采用Aspen Plus 软件对各分离工艺进行模拟与优化,确定各分离工艺的操作参数与设备参数。研究结果表明,与常规顺序分离工艺相比,MVR精馏工艺节约能耗50%以上,节约年总费用约61%。带热集成MVR精馏工艺与不带热集成MVR精馏工艺相比,在能耗和年总费用方面,优势相当,但前者热力学效率提高了约9.5%。     

大规模复杂过程系统能量综合方法

针对过程系统工程的一个难点－－全过程系统能量综合,提出了“过程用能一致性原则”,从用能的角度上提高系统的集成性,将全过程系统的能量综合问题为相应的虚拟换热网络综合问题;并对大规模虚拟换热网络的求解进行了研究,提出了适用的分解策略;应用自行开发的过程用能夹点分析软件进行用能分析及换热网络匹配,实例分析节能效果显著。     

苯乙烯装置塔系热集成

精馏作为过程工业中最重要和最常用的分离手段, 是耗能最大的单元操作。精馏塔一般从再沸器输入热量, 从冷凝器取走热量, 利用某些塔高温位的冷凝热加热其他塔的再沸器, 并将单塔节能技术与过程集成相结合, 实现塔系的热集成, 可充分挖掘系统内部的节能潜力, 达到减少公用工程消耗的目的。本文通过对某化工厂的苯乙烯装置精馏塔系的分析, 通过各个塔的温焓图之间的关系, 提出了精馏塔系内部热集成的措施, 包括直接热集成、调压热集成和双效精馏与间接热集成耦合等3种方案。对于后两个热集成方案, 采用Aspen Plus模拟改造后精馏塔的变化并验证了方案的可行性。结果表明, 苯乙烯装置采用该热集成措施能明显节省高品位蒸汽的消耗, 降低能量费用。     

A novel conceptual design by integrating NGL recovery and LNG regasification processes for maximum energy savings

Natural gas liquids (NGL) recovery from shale gas needs large amounts of cold energy for cooling, while liquefied natural gas (LNG) regasification requires tremendous hot energy for heating. Thus, recycling the cold energy from LNG regasification process at a receiving terminal to assist the NGL recovery process has great economic benefits on both energy saving and high‐value product recovery. A novel conceptual design by integrating NGL recovery from shale gas and LNG regasification at receiving terminals has been developed. It first generates a process superstructure. Then, a simulation‐assisted mixed‐integer linear programming (MILP) model is developed and solved for the optimal process synthesis. Next, heat exchange network (HEN) design and analysis are performed to accomplish the maximum energy‐saving target. Finally, rigorous plant‐wide simulations are conducted to validate the feasibility and capability of the entire conceptual design coupling of separation and heat integration. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4673–4685, 2013     

Integration of a Gas Fired Steam Power Plant with a Total Site Utility Using a New Cogeneration Targeting Procedure

A steam power plant can work as a dual purpose plant for simultaneous production of steam and elec-trical power. In this paper we seek the optimum integration of a steam power plant as a source and a site utility sys-tem as a sink of steam and power. Estimation for the cogeneration potential prior to the design of a central utility system for site utility systems is vital to the targets for site fuel demand as well as heat and power production. In this regard, a new cogeneration targeting procedure is proposed for integration of a steam power plant and a site utility consisting of a process plant. The new methodology seeks the optimal integration based on a new cogenera-tion targeting scheme. In addition, a modified site utility grand composite curve （SUGCC） diagram is proposed and compared to the original SUGCC. A gas fired steam power plant and a process site utility is considered in a case study. The applicability of the developed procedure is tested against other design methods （STAR？ and Thermoflex software） through a case study. The proposed method gives comparable results, and the targeting method is used for optimal integration of steam levels. Identifying optimal conditions of steam levels for integration is important in the design of utility systems, as the selection of steam levels in a steam power plant and site utility for integration greatly influences the potential for cogeneration and energy recovery. The integration of steam levels of the steam power plant and the site utility system in the case study demonstrates the usefulness of the method for reducing the overall energy consumption for the site.     

创新强化传热策略与应用提升炼化企业竞争力

强化传热是炼化企业实现绿色低碳发展和提升综合竞争力的有效途径。本文基于丰富的工程知识沉淀与炼化设计实践,通过系统梳理、总结,将炼化企业的强化传热工程策略划分为设备元件、工艺过程和全厂3个层次。通过梳理管壳式换热器等的工程应用方案,归纳了面向特殊工艺和介质的设备元件强化传热;通过总结芳烃、原油蒸馏、乙烯等装置热能/冷能利用,归纳了面向工艺与工程技术集成的工艺过程强化传热;通过总结全厂大系统回收与优化利用低温热资源、蒸汽系统梯级优化利用、循环水系统串级利用等,归纳了炼化企业全厂强化传热。强化传热工程策略在海南炼化公司、青岛炼化公司的实际应用表明,两者的综合能耗、单因能耗均达到国内先进水平。本文的阐述有望为强化传热工程策略的发展、完善,为丰富炼化工程强化传热内涵发挥积极的指导和示范作用。     

电厂CO2捕集工艺夹点分析与过程集成节能

电厂一乙醇胺（MEA）法烟气CO2捕集（CCS）工艺换热网络能量流密集,固有能耗高,对该工艺进行过程集成节能研究,具有重要意义。对CO2捕集工艺换热网络的夹点分析说明该换热网络存在跨越夹点的热量传递。冷热物流的总复合曲线特征说明了CO2捕集工艺固有能耗高的特性。对换热网络进行调优并提出了节能技术方案：（1）在夹点之上利用MEA贫液的部分高温位热量加热预吸附塔再生气;(2)采用MEA再生塔产生的湿CO2混合物作为驱动热源,跨越夹点设置一台氨吸收式制冷机以替代CO2液化所需部分制冷量。基于过程集成节能提出的换热集成节能措施可有效降低CO2捕集工艺固有能耗,使蒸汽耗量降低21%,冷却水耗量降低17.2%,CO2液化所需低温冷却公用工程降低43.4%。     

Energy integration of industrial sites with heat exchange restrictions

Process integration methods aim at identifying options for heat recovery and optimal energy conversion in industrial processes. This paper introduces a targeting method, which includes heat exchange restrictions between process sub-systems. The problem is formulated as a MILP (mixed integer linear programming) problem, which considers not only restricted matches but also the optimal integration of intermediate heat transfer units and the energy conversion system, like heat pumping and combined heat and power production. Moreover a new mathematical formulation is presented to chose optimal heat transfer technologies. For solutions avoiding the energy penalty, the composite curves of optimal heat transfer units have to be embedded between the new generated hot and cold envelope composite curves. The application of the method is illustrated through an industrial example from the pulp and paper industry.