利用系统工程技术促进工业企业的节水减排.ppt

化工炼油企业节水减排的 过程系统工程方法,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六、一个大型石化企业的实施案例 七、结 论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,节水减排是一个世界性的问题，在中国尤其严重,地球上所有的水中，只有2.5%是淡水。 20世纪世界人口增加近三倍，淡水消耗量增加了6倍，其中工业用水增加了26倍，但水资源并未增加。20世纪末人均占有水量仅为世纪初的1/18。地球上的可饮用水正在面临枯竭。 另一方面，全世界每年排放工业废水4260*108m3,这使得可供人类使用的1/3淡水资源受到污染。 全球40%的人口得不到安全的饮用水。 全球80%的疾病与劣质饮用水有关。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（1）,我国是世界上13个贫水国家之一，我国人均水资源量仅有2300立方米左右，为世界人均占有量的1/4，居世界149个国家的第110位。是公认的“贫水国”。 近年来，用水紧张的状况日益加剧。据统计，全国669个城市中，有400个城市供水不足。据预测，到21世纪中叶，我国人口达到16亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到1750立方米，届时全国的大部分地区将面临水资源更加紧张、严重缺水的局面。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务(2),一、节水减排是刻不容缓的重要任务(3),除资源性缺水之外，结构性和水质性缺水又进一步加剧了问题的严重性。从世界范围看，由于工业发展迅速，排放的污水已使可供人类使用水量1/3 的淡水资源受到污染，约20%的人口缺乏安全饮用水。我国也不例外，全国700余条大、中河流近1/2受到污染，78%的城市河道不宜作饮用水源，50%的城市地下水已受到污染。 许多地方政府已明确了：“与本地区水资源承载能力相协调的经济结构体系”的发展规划思想,从“以需水能力定供水能力”的模式转变成”以供水能力定经济结构”的发展模式。 发改委提出：“量水而行”的方针。,虽然先进工业国家的工业用淡水量逐年增长，但排污水量却呈下降趋势。例如，美国2000年淡水用量比1975年上升138%，但其污水排放量却比1975年下降25.4 % 。,2.节水减排是国际发展重要趋势,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（4）,原因：提高废水回用率: 德国、日本、美国平均废水回用率70% 而我国的废水回用率只有20-30%。我国要求达到60%。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（5）,美国1975-2000年间水资源开发利用情况 （单位：亿米3/天）,时间,项目,1975,1985,2000,淡水使用量,淡水提取总量,流水排放总量,回用水量,工业循环回用,城市废水回用,平均回用率,18.99,28.19,45.30,13.74,13.49,12.53,9.26,5.27,0.026,28%,8.45,6.91,14.64,32.78,0.182,0.079,52%,72%,25年淡水使用量上升了1.4倍，污水排放量却下降了25%，原因是水回用量增加了6.2倍。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（6）,日本几个主要工业行业耗水及回用水状况万米3/天,1965,1996,化学工业,石油化工,纤维工业,电力工业,回用率%,耗水量,回用率%,49.2,850.6,83.0,39.5,4.9,24.4,25.8,87.4,80.5,178.6,17.7,90.2,849.1,158.6,72.6,耗水量,纸浆工业,钢铁工业,835.4,48.7,338.7,826.2,269.5,51.9,59.9,374.4,44.3,我国工业用水形势非常严峻 一是用水增长速度较快。1998年以来，我国工业用水年平均增长8.5%，工业年用水量已达到1130亿立方米，占总用水量的20%左右。 二是用水效率总体水平较低。我国工业用水效率与国际先进水平相差悬殊，1999年我国每万元工业增加值取水量为330立方米，约为日本的18倍，美国的22倍；工业用水重复利用率约53%，远低于发达国家75%的水平。 三是工业污水排放量大，污染严重。目前全国工业用水量占全国总用水量的20%，但排放的污水量却占全国污水排放总量的49%左右，绝大多数有毒有害物质随工业污水排入水体，致使许多城镇的饮用水源受到了不同程度的污染，部分水源被迫弃用，加剧了水资源的短缺。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（7）,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（8）,2005年化学工业排放废水34亿吨/年，占全国工业废水排放总量的16%，居第一位； 2006年全国主要污染物化学需氧量COD和SO2排放总量不减反增：COD排放1431万吨，比2005年增长1.2%; SO2排放总量2594万吨，比2005年增长1.8%,中国石化行业耗水排废指标曾经落后严重,现在也有不小差距。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（9）,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（10）,炼油化工行业的单位产品水耗强度比较（2004年）,*注； 为2005年的平均数据,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（11）,正是在这样的背景下,去年7月1日胡锦涛总书记在视察青海中石油格尔木炼油厂时,做的重要指示是:“一定要注意节约用水,搞好循环利用,要提高水资源的利用效率.”这个指示意味着:如何进一步提高水资源利用效率已成为摆在所有炼油化工企业面前的头等大事。,一个现代化的石化企业，不仅工艺装置是全面在计算机的监控之下运行，水汽系统的运行也是全面信息化的。这包括以下一些方面： 水网络运行实时监测系统 锅炉用水的水质监测 循环水自动加药系统 污水处理实时监测系统 错误观点：往往认为水是一种取之不尽的廉价资源，不值得花费投资来对水的使用和排放进行像工艺装置一样控制和检测。认为利用计算机和信息技术来控制管理水汽系统是“杀鸡用牛刀”。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（12）,一、节水减排是刻不容缓的重要任务（13）,为什么是错误的？因为： 水是宝贵的战略资源，浪费水资源将对于子孙后代有罪； 水价格正在不断提高，排污价格愈来愈贵，节水减排关系企业成本效益，是企业降本增效具有战略意义的大事； 水的质量对保证工艺装置长周期运行至关重要。如果循环水质量不好造成结垢，轻则使传热恶化，重则造成堵塞停车。 节水减排具有重要社会效益，保护环境有利社区，改善企业形象。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六、一个大型石化企业的实施案例 七、结 论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,原料水,废 水 处理厂,原料水处理,过程1,过程2,锅炉给水处理,蒸汽系统,新鲜水,蒸汽,废水,排放,离子交换再生水,过程3,含杂质雨水,冷凝水损失,锅炉吹出水,二、节水减排的三步骤法,一个典型的化工厂水网络系统,二、节水减排的三步骤法,我们许多石化企业的供排水和水处理等公用工程都是随着生产装置的新建和扩建而逐步建成。即没有一次整体规划，更说不上是优化。往往存在小而全、重复建设等现象，计量仪表不全，甚至管网几经改造，企业自己都缺乏完整确切的图纸了。 面对这种现实，虽然我们的节水减排有很大空间潜力，但如何才能有计划、有步骤地一步一步把潜力挖出来，本身就需要一个明确的策略。这里我们提出“三步策略”，以便分清轻重缓急，逐步将节水潜力变成节水减排的现实。实现目标。,二、节水减排的三步骤法,“ “三步策略”： 第一步：做好水平衡，提高操作管理水平 第二步：水网络的分析与集成（废水回用） 第三步：污水再生利用,二、 节水减排的几种途径,面向的水量,大,小,全面做好基础计量 提高管理水平,系统分析水的回用,污水再生利用,图2 节水减排三步实施策略,大,小,二、节水减排的三步骤法,“ “三步策略”： 第一步：全面做好水平衡和基础计量工 作，提高操作管理水平 第二步：深入进行水网络的系统工程分 析与集成，大大提高水的回用率。 第三步：污水再生利用,第一步：全面做好水平衡和基础计量工作，提高操作管理 水平 为了在摸清底细的基础上进行水系统总体优化分析，将最容易挖掘的节水潜力挖到手，实现投资少、见效快、收益高的节水减排，应当首先进行以下几个方面工作： 将企业水系统的计量仪表配置进行整顿，强化计量，严格考核 、加强管理、开展群众性节水减排达标活动。 确认水系统的基础数据，做好各个装置的水汽平衡图表； 采用先进的循环水处理技术； 做好凝结水回收，力争达到锅炉给水标准（因为省一吨新鲜水 只有1.3-2.5元/吨，而省一吨锅炉给水为10元/吨）； 加强管理、严格考核、强化计量，开展群众性节水减排达标活 动。,二、节水减排的三步骤法,这里要着重强调循环水处理技术提高是一项投资少、见效快的措施。由于一般石化企业所用的新鲜水中，补充循环水用量占总新鲜水用量的40%-80%，所以如何降低这部分水用量显然占有重要地位。我国大多数石化企业循环水的浓缩倍数只有2.0-3.0，而国际上常常在5.0-8.0，所以，我们有很大的提高浓缩倍数的空间。 如果采取先进的化学药剂，加上自动控制的加药技术，完全有可能将浓缩倍数由2-3提高到5-7。则可将循环水补充水量节省20-40%，这不仅相应地减少了20-40%排废，而且有显著经济效益。,二、节水减排的三步骤法,第二步：水的回用水网络系统的优化 指工艺系统排出的各种废水不经处理或者经简单处理即可直接应用于循环水系统或工艺装置。也可以将这些相对污染不大的水集合起来，形成“中水道”，变成相对清静的水源以供全厂利用。这一步特点是投资费往往用于管道建设及过滤设备，费用不太高，可望短期或中期回收 第三步：污水再生利用 经过前两步处理后，排出污水量已大为减少。对不得不末端排出的污水，通过一定设备，如反渗透离子交换，软化等进行处理，使其达到回用标准，再返回系统中使用。这一步特点是设备投资大，投资回报周期长。,二、节水减排的三步骤法,不能一步到位 从最便宜和最有效的方法开始 行动阶梯:,节水,100 %,80 %,60 %,40 %,20 %,0 %,再设计,再生,再利用,提高控制,管理,投资成本,二、 节水减排的几种途径,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革 3.2 中水道 3.3 零排放 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六. 节水减排的分步实施策略 七. 结论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,新鲜水,P1,废水处理,T2,P2,P3,T2,T3,排放,三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革（1）,早期企业水网络直用直排,P1,P2,P3,废水处理,T1,T2,T3,排放,三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革（2）,水回用时代的水系统,三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革（3）,用水分布-处理分布化的水网络系统,三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革（4）,用水分布处理分布化的水网络,三、水网络系统的发展沿革 3.1 水网络系统的变革（5）,液体零排放的封闭式网络系统,三、水网络系统的发展沿革 3.2 中水道,中间水道的设置必要性 常规用水网络中考虑水的回用时各用水单元之间直接由管道连接。但对于用水单元多的大规模系统，这种结构却存在网络过于复杂、不便于运行和控制的缺点； 网络柔性不足 ：当生产中一个用水单元的水量、水质状况发生变化时，将影响其他用水单元的运行； 设置中间水道，具有简化网络的设计、运行和控制的优点，显著增加了网络的柔性。,三、水网络系统的发展沿革 3.2 中水道,废水处理厂,1,i,k,n,新鲜水供应,新 的 水 环 路 模 式,三、水网络系统的发展沿革,污水,新鲜水,中 水,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放 何谓“零排放” ？,所谓零排放是指将液体污水排放下降到零，而所有的杂质均浓缩到固体中去。简称ZLD（Zero Liguid Discharge）。由于以下一些原因，有些企业不得不考虑采用ZLD:： 当地环境保护要求特别严厉 企业靠近当地江河或饮用水源(水库) 十分缺水的地区 公众对工厂排污十分反感 经济上考虑：如果开发新的水源供水比全部回收 排水还昂贵时。,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放,零排放技术是综合应用膜分离、蒸发结晶和/或干燥等物理、化学、生化过程，将废水当中的固体杂质浓缩至很高浓度，大部分水已返回循环回用，剩下少量伴随固体废料的水，可以根据每个企业具体情况选择以下出路中一种，而不排出系统： . 蒸发/结晶 . 蒸发/干燥 . 太阳蒸发池自然蒸发 . 用于生产副产品,进入固体产品 . 喷入焚烧炉作为垃圾处理 . 被固体废料(例如飞灰)吸收，作为固体废料处理 由于其设备必须高耐腐蚀性材料(例如钛材)制造，因此价格昂贵。因此，采用前应当慎重进行可行性经济评估。,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放 San Juan Station, New Mexico,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放 Madero/PEMEX, Mexico - ZLD,集成 ZLD 系统 生物处理 Organic laden effluent from refinery Village sewage 物理/化学处理 Refinery inorganic waste streams Pretreatment for RO 反渗透Reverse Osmosis (RO) Significant volume reduction & economic water recovery Recovers good quality water for cooling tower 咸水的浓缩蒸发与结晶 Final recovery step Produces solids for landfill Recovers high purity water for boiler makeup treatment,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放 Madero Refinery ZLD System,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放,美国资源保护公司（Resource Conservation Co.International,RCCI）采用蒸发器将废水蒸发成高质量的蒸馏水回用，浓缩后的废水再经过结晶器把溶解在废水里的各种盐类结晶成固体，水几乎全部回收，从而实现了水的“零排放”。 RCCI自1974年以来已在美国和其他一些国家的170多座火力发电厂实现了“零排放”。近年来也在炼油厂、化工厂、煤矿、铀矿、炼铜厂实施“零排放”。,Madero/PEMEX, Mexico Oil Refinery ZLD System,First ZLD in Oil Refineries,MADERO / PEMEX 1999 MEXICO,CADEREYTA / PEMEX 1998 MEXICO,三、水网络系统的发展沿革 3.3 零排放 “零排放”决策的三大方面要素,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六、一个大型石化企业的实施案例 七、结 论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,过程系统工程技术的新发展Process-Integration,90年代兴起的PI “过程集成”技术在四个方面发挥作用： 提高原料的利用率 提高能量的利用率，降低能耗 减少排放 改进操作 方法论上最重要的突破夹点分析 Pinch-Technology 热力学与过程系统工程相结合的新方法,三、过程集成技术的应用效果（1）,80年代由英国ICI公司Bodo Linnboff和日本的梅田富雄分别独立首创,90年代夹点技术得到普及推广，已为设计公司普遍使用于热回收网络：（双节省） 新厂建设 节能 20-30% 节省投资 15-20% 老厂改造 节能 25-35% 投资 1-2年回收,95年-现在: 夹点原理由传热网络向传质网络推广，形成水夹点技术,夹点分析技术,三、过程集成技术的应用效果（2）,水集成技术的发展 1994年，英国 UMIST 的 Smith 教授领导进行了水系统集成的研究，并发表了著名的论文“废水量小化”（Wastewater Minimization) 给出了整个水系统的洞察，指出哪里是制约用水的瓶颈，最小新鲜水用量及最小污水产生量的目标值及如何考虑系统中污水的再生利用。 美国以 E1-Halwagi为代表的学派提出质量交换网络的概念，把水夹点分析放在一个更为普适的“质量交换网络”的大框架中去作为与热量集成相对应的质量集成方法的特例。,三、过程集成技术的应用效果（3）,90年代后期出版了一些专著： E1-Halwagi，通过“过程集成来防止污染：系统设计的工具”(Pollution Prevention Through Process Integration：Syestemmatic Design Tools,Academic Press: San Diego 1997) James G.Mann及Y.A.Liu（刘裔安），“工业水回用及废水量最小化”Industrial water reuse and wastewater minimization,Mc Graw-Hill 1999 2000年美国的Aspen Tech公司首先推出了Aspen Water商品化应用软件。,三、过程集成技术的应用效果（4）,节水减排教科书,理论指导下的水回用节水与没有理论指导的差别,三、过程集成技术的应用效果（5）,水集成理论解决的三大问题： 一个工厂用水网络的最小新鲜水消耗量（目标值） 最小污水生成的流量（目标值） 用水网络和排放处理系统流程集成的理论指导（包括老厂改造如何接近目标值的扭亏指南）,三、过程集成技术的应用效果（6）,三、过程集成技术的应用效果（7）,Monsanto公司（Wales,UK）在1994-95年第一次采用这个技术： 7 个工艺制造分厂 排出流集中到一起来调节 pH 值，然后排向河口 环保法规部门要求COD下降90% Monsanto 的最初建议： 新建中央 (生化) 污水处理厂 投资成本预估 US $ 1500万美元,水夹点应用实例(之一),Monsanto公司（Wales,UK）在1994-95年第一次采用这个技术：,方法手段 排废最小化 用水最小化 分布式排放处理 结果 节约用水30% ($0.3 million per year) COD下降76% ($0.7 million per year) 只有 14%污水由新的 (缩小的)污水处理厂处理 投资成本由原 US $ 1500万美元下降为$350万元 最终排污水处理体积减少了95% -Jane Peters, Monsanto 1995,三、过程集成技术的应用效果（8）,被授予英国化工学会1995年安全与环保大奖,台湾某石油化工厂（生产苯乙烯，ABS树脂等）每天用新鲜水5，430吨/天，排废水3，730吨/天。 采用水夹点技术改造： 改造投资 5.4万美元 改造结果： 用水量下降到4，348吨/天 节水： 1，082吨/天，20% 年经济效益：29.2万美元,三、过程集成技术的应用效果（9）,水夹点应用实例之二,三、过程集成技术的应用效果（10）,中国石化股份有限公司总裁办公室高级顾问美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学化学工程系刘裔安（Y.A.Liu)教授为组长的中国石化节水技术小组，从2004年6月开始在中国石化股份有限公司内部有计划、有系统地开展推广水夹点节水减排技术。2005年又对全公司的45家石化企业进行节水减排规划。 预计三年之内实施规划中的措施后，全公司耗水量下降40%以上，排污水量下降50%以上。32家炼油厂不但可以提前完成国家发改委提出“十一五”指标，而且在用水和排水两方面均可达到国际先进水平。,2004年起中石化开始大力推广应用水夹点技术,34家炼化企业2004年吨油取水比较（可研报告数据）,34家炼化企业2004年吨油取水比较 （可研报告数据）,34家炼化企业2004年吨油排水比较 （可研报告数据）,34家炼化企业2004年吨油排水比较 （可研报告数据）,中国石化32家炼油企业2004年吨油取水与排水平均值 (可研报告数据）,国际先进 水平 0.5,国际先进 水平 0.2,发改委“十一五”取水规划值 1.0,发改委“十一五”排水规划值0.8,镇海炼化炼油节水减排技术攻关成果,目标1：制定与落实节水减排方案，在三年内缓解中国石化各炼化企业 “十一五”发展带来的水资源和环境容量的瓶颈制约并减少对供水和污水治理的投入。,石油石化“十一五”规划与项目目标 发 改 委：吨油取水下降到1立方米以下; 项目目标：国际先进水平吨油取水0.5立方米以下。 发 改 委：吨油排水下降到0.8立方米以下; 项目目标：国际先进水平吨油排水0.2立方米以下。,目标1a：炼油吨油取水达到国际先进水平（0.5吨/吨原油）,发改委“十一”规划值1.0,国际先进水平,目标1b：炼油吨油排水达到国际先进水平（0.2吨/吨原油）,化工企业：腈纶、氯碱、塑料、橡胶、烯烃、化肥、化纤,巴 陵 分 公 司 化 工 取 水,目标1c：了解中国石化各化工企业取水、排水的现状 并确定节水减排后的先进水平,项目开展的方法 人员培训 组建专家队伍 现场调研 建立水平衡图 技术小组与企业建立节水减排方案 组织专家评审 方案执行规划,中国石化45家炼化企业节水减排的方案制定： 2004年6月14日2005年7月16日,a. 中国石化32家炼油企业节水减排预期效果,国际先进水平 0.4,国际先进水平 0.2,（2004年）,（2004年）,34家炼化企业实施前后吨油取水比较 （可研报告数据）,34家炼化企业实施前后吨油取水比较 （可研报告数据）,34家炼化企业实施前后吨油排水比较 （可研报告数据）,34家炼化企业实施前后吨油排水比较 （可研报告数据）,b.近年炼油吨油取水和排水情况,2.44,2.02,2.04,1.8,1.64,1.27,1.13,1.02,0.8,0,0.5,1,1.5,2,2.5,吨,油,取,水,吨,/,吨,原,油,1998年,2000年,2002年,2004年,2006年,国际先进水平,“十一五”规划目标,值,“十五”规划目标值,近年炼油吨油取水和排水情况,b. 预期效果：1998-2007年中国石化新鲜水用量,c.确定节水减排目标,中石化“十一五”期间分年度吨油取水、排水目标 2006年： 吨油取水0.9吨、 排水0.50吨; 2007年：吨油取水0.8吨、 排水0.41吨; 2008年：吨油取水0.7吨、 排水0.35吨; 2009年：吨油取水0.6吨、 排水0.30吨; 2010年：吨油取水0.5吨、 排水0.25吨; 其中镇海炼化： 2005年基本实现炼油废水“零排放”目标 回用污水549.2万吨，吨原油工业废水排放量0.07吨，吨原油新鲜水耗量0.42吨，达到了国际先进水平。,d. 45家炼化企业节水投资与预期效果,45家炼化企业项目总投资17.6亿元。 32家炼油企业（不包括燕山和镇海）： 每年用水量从5.528亿立方米降低到2.154亿立方米，每年可节水3.374 亿立方米 ，用水量可减少61%； 每年外排水量从1.957亿立方米降低到0.911亿立方米，每年可减排污水1.046 亿立方米 ，外排水量可减少53%。 节水减排项目执行后中国石化每年节水量5.68亿吨 (立方米) ，用水量可减少44.4%。,“十五”末期（2005年）与初期（2001年）相比，化工商品总量增长25.3%，新鲜水总用量大幅下降，累计降幅达45%，实现节水1.61亿吨。乙烯和合成氨耗新水定额分别下降了34.5%和54.6%。,中国石油化工与销售股份公司“十五”节水概况,新鲜水消耗量（万吨）,化工商品量（万吨）,中国石油化工与销售股份公司“十五”节水概况,三、过程集成技术的应用效果（12）,中国石油天然气股份公司于2004年制订炼化企业节水减排优化方案的制订和实施企业规范（由西安交大和圣金桥信息技术公司起草）。其中把利用水夹点技术列为要求必须采用的先进技术。 中石油已在以下单位进行了试点： 大庆石化、大港石化、玉门炼油厂、辽河炼油厂等； 乌鲁木齐石化炼油厂、辽阳化纤、兰州石化、锦州石化 等；,* 及*是实施建议的技术措施后的预计的节水量及经济效益。,表一：圣金桥信息技术公司节水减排的项目业绩,2.炼油版块七家企业炼油用水状况,2007年七家企业炼油吨油耗水、吨油排污指标现状,与国内同行企业，国际先进水平均存在差距，故具有很大的节水潜力。,2.七家企业用水状况,七家企业炼油循环水浓缩倍数现状,七家分公司的循环水浓缩倍数相差较大，最高为5.6，最低仅为2.0。 平均值为3.75，循环水浓缩倍数有待提高。,2.七家企业用水状况,七家企业炼油其它用水指标现状,1.目前各分公司的工艺水回用率普遍偏低，平均值仅为42.3%； 2.蒸汽冷凝水回用率有待提高。 3.污水回用率普遍偏低。,5.七家企业实施效果预测,七家炼油企业优化总预计投资及经济效益情况,5.七家企业实施效果预测,七家炼油企业优化后吨油耗水、吨油排水指标预期情况,5.七家企业实施效果预测,七家炼油企业优化后其它主要用水指标预期,注：蒸汽冷凝水回用率为蒸汽冷凝水回用量与可回收蒸汽冷凝水总量之比。,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六、一个大型石化企业的实施案例 七、结 论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,我们应如何考虑所有这些可能的替代方案，并获得一个对 我们现场最优化的用水策略方案? _必须对整个现场的水网络系统进行过程系统分析 系统的过程集成方法可分为两大类： 水夹点分析法(90年代） 数学规划方法（90年代后期-21世纪） 近来也有将以上两种方法组合应用，用水夹点分析法来获得一个明确的概念流程方案作为数学规划法的初始模型，然后在此基础上去进一步用优化算法来达到最优解,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,水夹点分析 洗涤塔中的水含杂质质量传递模型,水进口 Climi,in,水出口 Climi,out,过程流股出口,过程流股进口,m i,tot (kg/hr),1.用水单元简图,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,m(kg/hr),质量传递,水流,工艺物流代表一个用水操作,污染物浓度,传递的质量负荷 m,污染杂质,浓度-质量负荷曲线,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,一个工艺用水单元 I有三个基本约束极限： （1）进口流中质量含量极限浓度Climi,IN （2）出口流中质量含量极限浓度Climi,out （3）被传递的总质量负荷mi,tot 注意：极限进口浓度Climi,IN和极限出口浓度Climi,out就被认定为水流的极限进出口浓度，由此可求出极限水流率filim,极限处理工艺数据的概念,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,新鲜水流,代表用水操作 i 的富污染物的工艺物流,浓度(ppm),质量负荷（kg/hr),极限水流率的概念关系图,极限出口浓度,极限进口浓度,斜率= 1/flim =C/m,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析: 关键杂质浓度组合曲线,关键杂质质量负荷(kg/hr),关键杂质浓度 (ppm),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质质量负荷(kg/hr),关键杂质浓度 (ppm),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质质量负荷(kg/hr),关键杂质浓度 (ppm),水夹点分析:关键杂质浓度组合曲线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析: 供水线,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析: 最小新鲜水用量的供水线,关键杂质质量负荷(kg/hr),关键杂质浓度 (ppm),水夹点分析:水夹点决定过程最小新鲜水用量,关键杂质浓度 (ppm),关键杂质质量负荷(kg/hr),水夹点分析:新鲜水夹点的重要含义,关键杂质质量负荷(kg/hr),关键杂质浓度 (ppm),新鲜水夹点：关键杂质浓度,鲜水与 水回用,水回用,没有水回用时最小用水配置图,能否使用水进一步下降 ？,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,利用水回用达到最佳供水配置,新鲜水 56.67t/h 0ppm,废水 56.67t/h 101.46ppm,操作1,操作2,6.67t/h 0ppm,操作1,50t/h 50ppm,50t/h 0ppm,16.67t/h 75ppm,50t/h 75ppm,操作2,6.67t/h 75.0ppm,33.33t/h 75ppm,20t/h 75ppm,20t/h 100ppm,20t/h 75ppm,操作3,操作3,20t/h 125ppm,20t/h 100ppm,C,A,B,D,E,F,新鲜水用量和污水排放量由68t/h下降到达56.67t/h,降低18%。,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,水夹点应用实例分析,新鲜水 125.0t/h,23.1t/h,60.00t/h,12t/h,100ppm,650ppm,500ppm,废水 125t/h,系统现有用水流程图,100ppm,过程2 Dm=6kg/h,过程3 Dm=15kg/h,过程4 Dm=6kg/h,30.00t/h,过程1 Dm=3kg/h,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,过程杂质进出口数据,水夹点应用实例分析,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,水夹点应用实例分析,P-1in,-,1,i,n,-,i,P-2in,P-3in,P-4in,杂质,0,0.05,.,0,5,0.10,.,1,0,.,1,5,0,.,.20,.,0.25,0.15,边际节水 效益,$/ppm,松弛过程2的入口浓度Cin效益最为明显,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,水夹点应用实例分析,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,过程1,过程2,过程3,过程4,新鲜水 43t/h,16t/h,23t/h,16t/h,16t/h,废水 43t/h,4t/h,优化设计的用水流程图,27t/h,新鲜水的用量由原来125t/h降到43 t/h!,水夹点应用实例分析,五、水网络系统的优化原理,水网络系统的超结构模型,数学规划方法,minFjw j s.t. Fjw+Fi , kFj,kFj,out = 0 jN,iPj,kRj k i Fhw Lh Ch,outlim = 0 hH Fi,j(Ci,outCj,in)FjwCj,in = 0 jH,iPj I Fi,j(Ci,outCi,out)FjwCj,out+Lj = 0 jH,iPj I CjCjlim jH CiCilim iPj,新鲜水用量最小化模型,五、水网络系统的优化原理水夹点技术的进展,由于这种技术在过程工业中有迫切需求及巨大的潜在效益，国外的软件公司都在力争将这些成果转化为便于利用的应用软件工具。2000年美国的Aspen Tech公司首先推出了Aspen Water商品化应用软件。英国的Linnhoff March公司也有自己的水夹点应用软件，但以咨询服务为主要业务。 综上所述，如果我们采用这种技术，节约新鲜水用量15-20%是有把握的。相应可以减少基建投资，减少污水排放。,Aspen Water : 建模环境,一、节水减排是刻不容缓的重要任务 二、节水减排的三步骤法 三、水网络系统的发展沿革 四、过程集成技术的应用效果 五、水网络系统的优化原理 六、一个大型石化企业的实施案例 七、结 论,化工企业节水减排的过程系统工程方法,目 录,六. 节水减排的分步实施步骤,采集水系统基础数据，进行水平衡测试。在水平衡测试过程中，可能需要增加一些测量仪表以及必要的试验手段，包括管网测漏。 炼油厂用水及排出废水的现状调查，对其用水系统的水平衡进行计算机模拟计算及数据校正。绘制全厂水平衡图、提出水平衡报表。 与工艺工程师共同确定主要用水设备的极限浓度值。进行必要的极限浓度试验，以获取一些用水设备的极限浓度值。 用系统工程的方法在计算机上进行系统的夹点分析计算。 进行合理化用水分析，包括冷凝水回收/循环水/生产工艺用水全面优化. 进行废水回用的水处理方案论证。 提出节水减排的可行性技术方案.,第一阶段:水平衡测试,第二阶段:水系统优化阶段,摸清企业用水现状。如水系管网分布情况，各类用水设备、设施、仪器、仪表分布及运转状态，用水总量和各用水单元之间的定量关系，获取准确的实测数据。 为企业节水潜力分析提供基础数据。依据掌握的资料和获取的数据进行计算、分析、评价有关用水技术经济指标，找出薄弱环节和节水潜力。 为企业用水网络优化提供基础数据。依据企业水平衡数据，采用水夹点技术优化用水网络，使得企业新水用量趋于最小。 为企业制定节水减排方案提供基础数据。依据企业水平衡数据，企业可以更加合理地制定废水处理、凝水回收、提高循环水浓缩倍数等节水减排方案。,节水减排的分步实施步骤 6.1 水平衡 为什么要进行水平衡测试？,本企业的主要生产厂（如炼油厂、合成树脂厂等）； 辅助生产厂（仪表厂、机械厂） 不考虑厂界外生活区用水。,节水减排的分步实施步骤 6.1 水平衡 炼化企业水平衡测试包括哪些范围？,用水包括 ：,生产用水。包括地表水、深井水、除盐水、循环水、硫磺净化水、蒸汽及其凝结水的使用。 生活用水。办公楼、浴池、食堂、绿化、基建用水以及消防用水。,工艺废水（包括含硫污水、含碱污水、含油污水） 蒸汽凝结水排放 循环水排污、锅炉排污、除盐水排污等 生活污水,排水包括：,区域范围包括 ：,1、 准备阶段 2、水平衡测试方案制定 3、 现场实际测试 4、 数据汇总分析 5、 水平衡测试报告编写,节水减排的分步实施步骤 6.1 水平衡 水平衡测试工作阶段及方法,1、 准备阶段,思想准备 组织准备 技术准备 （1）对测试人员进行培训，掌握测试技术，明确测试任务。 （2）进行必需的资料准备（企业概况、待查水源、厂区给排水管网情况） （3） 确定石化公司水平衡测试范围，划分用水单元 （4） 绘制子系统水网络方块图 （5） 测试点现场确认 （6） 切实可行的水平衡测试方案 4.技术准备 （1）按照现场测试需要，备齐水表、流量计、秒表、计量容器等各种必需测量具 。 （2）按照测试方案安装、校验计量仪表。 （3）编制好各种测试和统计记录表格,3.2 水平衡测试方案制定,水平衡测试方案主要内容 前言 陈述本次水平衡测试的目的和达到的目标，必要时给出方案中出现的术语的解释。 明确水平衡测试的组织机构 详细列出水平衡测试领导小组、工作小组人员的名称、职责分工、联系方式等。 明确水平衡测试的范围 详细列出水平衡测试的范围，按分厂详细到车间或装置，指定各个分厂的负责人。,水平衡测试组织机构表举例,X X石化项目启动会,共计36个部门，100人,三期培训班 人数300余人,水平衡测试表举例,节水减排的分步实施步骤 6.1 水平衡 培训班教材/水平衡测试指导手册 /水平衡报告模板样本,水平衡调查、测试报告,吉林石化公司的水平衡调查包括：炼油厂、聚乙烯厂等23个生产及辅助生产企业，共计166个生产车间的135套生产装置和66个辅助部门,续,本次测试从2007年10月15日开始至10月19日结束,水平衡调查、测试报告,3.5 水平衡测试报告编写,公司（二级生产厂）水平衡测试方案,水平衡测试目的、范围概述 水平衡测试时间及基准 水平衡测试步骤和方法概述 主要测试工作描述,公司（二级生产厂）用水及技术应用现状,公司（二级生产厂）生产概况 公司（二级生产厂）用水状况（供水系统、排水系统描述） 公司（二级生产厂）节水技术应用现状,生产厂各主要车间水平衡测试结果及分析,各车间用水概况简介 车间水平衡表 车间水平衡图 各分厂（车间）存在问题及节水潜力分析,3.5 水平衡测试报告编写,公司水平衡测试结果及分析,本次测试用水的生产及消耗情况 上年度生产及用水情况 各类用水情况消耗分析（图表） 公司用水经济指标分析,公司存在的问题及节水潜力分析,2.1 水平衡调查、测试和结果,吉化公司总用水平衡图,N=4时循环水系统水平衡图,3.4 数据汇总及分析,用水指标分析,工业用水总量 工业用水重复利用率 万元工业产值用水量 单位产品用水量 循环水的浓缩倍率 工艺用水回用率 蒸汽冷凝水回用率 生活用水总量及所占总量比率,节水减排的分步实施步骤 6.2 水系统的优化,水系统的优化 制水系统 送水管网及排水管网 生产工艺装置用水系统 生活用水系统 循环水系统 冷凝水系统 污水深度处理及回用,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,制水 制新鲜水 制化学水,东区各工艺分厂：(炼油厂、催化剂厂。等),低温冷凝液回用技术,高温凝液回用技术,锅炉、废热锅炉及蒸汽管网,西区各工艺分厂： （化肥厂、烯烃、橡胶厂。等）,各循环水场,污水处理厂,深度处理回用厂,生活用水,水 源,水夹点技术原理数学规划法,数学规划方法的应用步骤,确定系统中所有限制污水回用的杂质,对所有二次水源进行水质分析,填写二次水源水质表,确定每个水阱进水中各杂质的最大允许值,求解模型,得到初步回用方案,对初步方案进行修正,数学规划法在炼油厂的应用,水夹点技术原理数学规划法在炼油厂的应用,优化前流程,水夹点技术原理数学规划法在炼油厂的应用,确定系统中所有限制污水回用的杂质,部分二次水源水质,水夹点技术原理数学规划法在炼油厂的应用,确定系统中所有限制污水回用的杂质,对所有二次水源进行水质分析,填写二次水源水质表,水夹点技术原理数学规划法在炼油厂的应用,部分水阱极限数据,确定系统中所有限制污水回用的杂质,对所有二次水源进行水质分析,填写二次水源水质表,确定每个水阱进水中各杂质的最大允许值,水夹点技术原理数学规划法在炼油厂的应用,确定系统中所有限制污水回用的杂质,对所有二次水源进行水质分析,填写二次水源水质表,确定每个水阱进水中各杂质的最大允许值,求解