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。     

煤制烯烃企业全厂能量系统优化策略及应用

为了实现煤制烯烃企业全厂能量系统优化,提出了煤制烯烃企业全厂能量系统基于单元、子系统和全局划分的渐进协同优化策略,包括全厂用能状况分析、工艺装置用能及换热网络优化、低品位热回收和优化利用、全厂蒸汽动力系统优化等步骤。应用上述优化策略,对某60万t/a煤制烯烃企业全厂能量系统优化进行研究,得到全厂各单元能耗分布,提出了甲醇合成和甲醇制烯烃单元换热网络优化、全厂蒸汽动力系统降低蒸汽减温减压量及低品位热合理匹配利用等节能方案,理论上可以提高全厂系统能效3%以上,年节约标煤10万t以上,投资回收期小于1 a。     

化工过程能量集成途径与实证

阐述了化工过程能量集成理论,指出化工企业能量集成有效途径。并结合磷化工企业黄磷尾气综合利用和硫铁矿制酸企业硫酸装置余热利用实践取得能量优化和污染物减排效果,揭示了化工企业实现节能减排路线,为化工企业解决用能瓶颈、制定化工过程系统能量集成策略提供科学依据。     

煤制天然气过程全局能量集成优化

我国正在大力发展煤制天然气项目实现清洁能源供给。然而现有煤制天然气示范项目存在能耗大、CO₂排放高、生产成本缺少竞争力的问题。本文从煤制天然气能量系统出发,通过全局能量集成实现煤制天然气项目的节能减排与经济效益的提高。根据煤化工示范项目特点,提出了煤制天然气过程全厂能量系统集成优化策略：建立了煤制天然气各单元过程模型,对全流程的物流和能流展开了详细的模拟计算;利用夹点技术对全厂内各单元过程的能量系统展开了用能分析;利用全局温焓曲线对全厂能量系统进行了分析,揭示出全厂能量利用效率低是由于高品位热量降质利用和低品位余热未得到合理利用引起的。通过装置间热回收集成和增设有机朗肯余热回收装置可有效地提高热回收率。通过全厂能量系统优化集成,燃料煤消耗由现有过程1.26t/kNm³（0℃、101325Pa标准状态）天然气下降到1.07t/kNm³天然气。由于公用工程系统消耗的减少,全厂能量利用效率由原来的57.2%提高到59.6%,同时CO₂排放可以由原来5.02t/kNm³天然气下降到4.66t/kNm³天然气。相比于现有过程,改进过程的总投资仅增加了2%左右,而单位生产成本由1.65CNY/Nm³下降到了1.59CNY/Nm³,对于年产20亿立方米煤制天然气厂每年可节约生产成本1.2亿元。     

过程系统能量流结构模型及其应用

综述了过程系统能量综合优化的能量流结构研究与进展；重点介绍了过程系统三环节能量流结构模型，该模型基于对过程系统中能量演变共性规律的认识，定量地描述了过程系统能量流在转换、利用、回收过程中的平衡关系；概述了按照能量流结构进行过程能量综合优化策略和方法；指出了过程系统能量综合优化中能量流结构的进一步发展可以包容其他相关方面，如环境、安全等。     

基于T-H图的全过程能量利用系统逐步优化综合策略

针对大规模复杂过程的能量利用提出了基于T-H图的逐步优化的综合策略。该策略以系统冷、热物流的T-H图为基础,分析系统能量集成的瓶颈和不合理的换热过程,指导系统引入热机、热泵,或进行工艺改进,从而增加或改变冷热物流,使T-H图发生改变。如此重复,通过多次改进,逐步调整冷、热物流在T-H图上的相对位置,构造出两条近似平行的冷、热物流曲线,使系统能量得到梯次合理的利用,从而达到最大限度降低系统公用工程消耗量的目的。该策略综合考虑了能量利用、转换环节的改进以及公用工程和工艺过程的有机结合,能够实现全过程能量利用的综合优化。应用这种策略,对甲醇制烯烃的能量利用系统进行了优化设计,结果表明所提策略是有效且简便易行的。     

集成炼油企业生产与能量系统的生产计划优化

炼油企业通常由物料生产系统与能量系统组成。传统的企业生产计划优化通常以生产系统物流优化为主, 能量系统基于物料生产优化结果进行产能优化以满足企业级能源供需平衡。此种优化方法不仅压缩了企业整体优化空间并且降低了燃料油与瓦斯等中间产品的利用率。基于装置能耗模型与能源供需以及中间产品的产耗质量平衡关系, 建立炼油企业生产系统与能源系统的集成优化模型, 通过求解MINLP模型进而实现企业生产物流与能流的集成优化。案例实践表明, 相较于传统分步优化方法, 集成优化方法不仅有效降低了全厂的生产成本, 并且实现了生产的节能减排。     

过程系统能量集成同步最优综合法

将换热网络超结构混合整数非线性规划多目标同步最优综合方法进一步扩展到与过程系统的联合优化,提出了改进的过程热集成同步综合方法,并以反应分离过程与换热网络能量集成为例,建立了同步优化超结构模型,采用混合整数非线性规划的遗传算法求解,可同时得到热集成系统最优的流程结构和操作条件。     

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。     

能量梯级利用理论下煤基液体燃料-动力多联产系统的集成与优化

在我国能源结构中,化石燃料占据主体地位,具有“富煤、少气、贫油”的特点,此种背景下,转化及传递煤炭资源时,需综合优化物质及能量的利用情况。集成煤基化工-动力多联产系统后,实现高效、低碳利用煤炭资源,且有利于将能源短缺等一系列问题有效解决,促进社会、环境及经济的和谐发展。能量梯级利用理论是集成煤基化工-动力多联产系统的基础,其可将物质转化及能量传递中多联产系统节能潜力的关键之处及基本规律真实的反映出来。基于此,在能量梯级利用理论基础上,分析了集成与优化煤基液体燃料-动力多联产系统的思路及方法。     

炼油及石油化工企业的能源优化技术

总结了国内炼油及石油化工企业使用的系统能源优化技术与工具,包括能耗计算与评价、能源资源的综合优化利用、热集成方法、能量平衡与用能分析、蒸汽动力系统优化、低温余热的回收利用和各种计算机软件等,分析了存在的不足之处,提出了今后发展的建议。     

Soft-sensing modeling and intelligent optimal control strategy for distillation yield rate of atmospheric distillation oil refining process

It is a challenge to conserve energy for the large-scale petrochemical enterprises due to complex production process and energy diversification. As critical energy consumption equipment of atmospheric distillation oil refining process, the atmospheric distillation column is paid more attention to save energy. In this paper, the optimal problem of energy utilization efficiency of the atmospheric distillation column is solved by defining a new energy efficiency indicator — the distillation yield rate of unit energy consumption from the perspective of material flow and energy flow, and a soft-sensing model for this new energy efficiency indicator with respect to the multiple working conditions and intelligent optimizing control strategy are suggested for both increasing distillation yield and decreasing energy consumption in oil refining process. It is found that the energy utilization efficiency level of the atmospheric distillation column depends closely on the typical working conditions of the oil refining process, which result by changing the outlet temperature, the overhead temperature, and the bottom liquid level of the atmospheric pressure tower. The fuzzy C-means algorithm is used to classify the typical operation conditions of atmospheric distillation in oil refining process. Furthermore, the LSSVM method optimized with the improved particle swarm optimization is used to model the distillation rate of unit energy consumption. Then online optimization of oil refining process is realized by optimizing the outlet temperature, the overhead temperature with IPSO again. Simulation comparative analyses are made by empirical data to verify the effectiveness of the proposed solution.     

新节能脱甲烷系统

在某30万t乙烯装置低压脱甲烷系统的基础上,应用流程模拟技术开发出一套新的节能的脱甲烷系统。新系统在流程中引入膨胀机,有效避免了气体节流的能量损失;调整、优化了原有的工艺参数,减少了直接节流到塔压的裂解气量;对系统换热网络重新进行了匹配,更加合理利用了各股物料的冷量,使脱甲烷塔回流比、甲烷压缩机负荷以及乙烯冷剂消耗均有所降低。模拟结果表明,新系统总计节能达到1377 kW。     

过程工业中具有能量集成的用水网络优化设计

Effective utilization of water and energy is the key factor of sustainable development in process industries, and also an important science and technology problem to be solved in systems engineering. In this paper,two new methods of optimal design of water utilization network with energy integration in process industries are presented, that is, stepwise and simultaneous optimization methods. They are suitable for both single contaminant and multi-contaminant systems, and the integration of energy can be carried out in the whole process system, not only limited in water network, so that energy can be utilized effectively. The two methods are illustrated by case study.     

石化企业能源优化系统设计与应用

石化工业是高能耗行业,发展面临资源紧缺的约束。基于信息化和工业化深度融合的能源管理系统,大幅度提高了能源的定量管理水平,在支撑企业节能方面应用前景广阔。中国石化应用信息技术构建能源管理信息系统促进企业实现节能,取得了较好的效果。论文阐述了能源优化系统的整体规划,并基于石化业务特点进行了能源优化系统的功能设计。以蒸汽动力优化系统为例,分析了优化系统的业务功能,并从机理模型构建、数据检测、数据校验、在线优化以及在线模型校验等方面论述了优化流程。最后,从中国石化下属的三家试点企业的应用成效出发,为石化企业推进节能降耗信息化建设提供参考。     

氮肥生产能量系统优化项目实施总结

介绍了氮肥生产能量系统优化项目工程的主要内容,包括变换流程由中串低改为全低变、利用低位能余热、采用蒸发式冷凝器代替冷却排管冷凝器、采用高效分离内件、脱碳系统增设能量回收装置、用水力喷射器代替蒸汽喷射器、采用高效蒸发式氨冷器、尿素系统增设预分离器和主要机泵增设变频装置、氨合成循环机改用透平循环机、改用次高压循环流化床锅炉并配备背压发电机组等措施,并对改造项目的节能量进行了核算分析。项目投用后,节能效果明显,达到了预期目的,吨合成氨总能耗（折标煤）由1．84t降至1．60t。     

炼化企业节能节水及装置扩能改造瓶颈辨识探讨

炼化企业是耗能用水大户,随着国家对节能减排要求的逐渐严格,炼化企业节能节水工作面临较大的压力.过程系统集成优化技术把炼化生产过程作为统一整体考虑,可最大化实现节能节水效果.过程系统作为一个有机的整体,系统中必然有一些单元过程构成系统节能节水的瓶颈,辨识这样的系统瓶颈,并研究相应的解瓶颈策略,可使节能节水取得事半功倍的效果.本文在对炼化企业能量系统和用水网络常用的优化技术和方法进行介绍的基础上,重点分析了炼化企业节能节水瓶颈辨识的研究进展,主要涉及节能瓶颈、节水瓶颈以及装置扩能改造瓶颈的辨识等方面的研究进展.当前的研究主要集中在单一网络的瓶颈辨识,下一步的研究方向应从单功能网络逐步推进到耦合网络.