化工工艺及能量系统优化

成果与项目的背景及主要用途：

本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术

途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到

节能、减排、增效、降耗的综合效果。

本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计

算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的

能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化

操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、

降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。

大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收，

本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守

恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外

部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的

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能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度

考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。

随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生

了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。

主要包括：

1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断

2. 工艺系统优化

3. 化工能量系统分析与集成优化

4 Total Site 能量系统优化

该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、

食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可

控制在 1 年以内，也可根据工厂要求控制在 3 年以内。

技术原理与工艺流程简介：

（1）化工装置潜力分析与瓶颈诊断

采用数学及计算机技术对现场采集的数据进行分析，修正模型参数，建立与

现场操作数据基本吻合的机理模型，寻求对工艺及设备的深刻理解，诊断系统及

设备的潜力和瓶颈。

通过计算机模拟与标定计算，诊断装置与设备的潜力及存在的瓶颈因素，通

过少量的改造或操作优化，实现装置扩产或节能。

（2）工艺系统优化

反应系统：采用夹点技术，有效利用反应热。对于吸热反应，则实现有效供

热。

精馏系统：优化精馏塔序列及回流比、采出量，采用夹点技术实现精馏塔内

部及外部能量系统的集成优化，以及多效精馏、热泵精馏、隔壁精馏等技术的优

化运用。

换热网络优化：通过夹点技术分析节能潜力，优化换热网络。对冷系统和热

系统采用。

设备强化：采用计算机模拟技术优化工艺操作及设备选型，通过选用高效分天津大学科技成果选编

离、换热、蒸汽回收装置实现设备强化。设备强化同时带来最小换热温差的变化，

进而，通过夹点技术，实现设备强化后的反应系统、精馏系统及换热网络的再优

化。部分装置的优化效果可达 40%以上。本技术若用于工艺包效果会更好。

（3）化工能量系统分析与集成优化

含换热网络优化和蒸汽动力系统优化二项内容。通过夹点分析和换热网络优

化技术，实现对用热及用冷过程的优化，对新过程，一般可节能 2040%，对已

有过程，一般可节能 1030%。蒸汽动力系统优化含锅炉系统，蒸汽储能，热电

联产，燃料系统等的优化，节能效果在 1030%范围。

（4） Total Site 能量系统优化

以夹点技术为核心，从各装置的工艺优化入手，首先实现能量需求侧的优化，

然后对各装置进行夹点分析和换热网络优化，使能量回收达到最优，然后考虑各

装置之间的能量优化，最后是公用工程系统的能量优化。最终，做到全系统的能

量优化。Total Site 能量系统优化是工厂能量优化的最佳解决方案，可显著提高

系统能效。

技术水平及专利与获奖情况：

该技术具有近 30 年的研究历史，数千套装置的工业实践，是美国国家能源

署首推的过程工业节能减排先进技术。

本项目组自 2008 年与英国曼彻斯特大学过程集成中心（CPI）展开合作，在

近 20 年过程模拟优化研究基础上，消化吸收 CPI 的过程集成技术，经过 10 余个

工厂，近 30 套不同工业装置（涉及石油化工、煤化工、精细化工、食品工业、

制药工业、电力等过程）的工业实践，积累了丰富经验。

优化过的典型工业过程有：

20 万吨/年二甲醚装置优化

60 万吨/年煤制甲醇过程优化

10 万吨/年水玻璃生产过程优化

10 万吨/年白炭黑生产过程优化

2 万吨/年大豆制油过程优化

2 万吨/年大豆蛋白生产过程优化

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120 万方/天天然气处理过程优化

150 万吨/年常减压装置优化

20 万吨/年催化裂化装置优化

4 万吨/年气分及 MTBE 装置优化

2 万吨/年 HFC125 装置优化

应用前景分析及效益预测：

系统优化的目标是降低能耗和企业的生产成本，同时，带来节能减排的社会

效益。

节能减排势在必行，系统优化是帮助企业提高技术水平，实现节能减排的有

效技术途径。

应用领域：石油化工、煤化工、精细化工、食品、制药、电力等行业

合作方式及条件：面议