水夹点技术
冶金水夹点技术-2009全国冶金节水与废水利用技术研讨会PPT教学课件
2020/12/09
2009年冶金节水研讨会
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水夹点技术在冶金企业
Application of Water Pinch Technology
节水减排中的应用
in Water Reusing and Wastewater Reducing in Metallurgical Industry
首钢技术中心 张建红 E-mail:
2009年9月
2020/12/09
2009年冶金节水研讨会
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内容提要 ➢ 水夹点技术背景 ➢ 水夹点技术原理 ➢ 水夹点应用 ➢ 案例分析
2020/12/09
2009年冶金节水研讨会
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1. 水夹点技术背景
20世纪70年代提出并应用的夹点技术经过不断完善和发展，作为一种 简便有效的方法，应用在节能、降耗、减污等方面，能在不改变工艺的 条件下达到清洁生产的目的，收到良好的经济效益和环境效益。目前， 热交换网络的热夹点技术已趋于成熟，逐渐成为工厂节能设计和改造的 标准工程实践方法。
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4.水夹点技术案例分析
不处理，直接串级回用问题表
浓度
工序 工序 工序 工序
质量负荷
累积质量负荷 新鲜水流率
c /(mg/L) 1
2
3
4
M i /(kg/h)
Mi /(kg/h)
F /(t/h)
10.00
0Байду номын сангаас00
0.00
1.00
30.00
1.00
33.33
2.选定用水单元；一般选取用水量不小于5t/h的用水设备或 工序。
化工前沿讲座总结
前沿讲座总结报告听完了各位老师精心准备的前沿讲座课程，收获颇多。
下面我就谈谈自己通过听讲、查资料，经过思考后对化工领域的一些工艺和专业知识有了一定的理解，主要包括：甲醇转化制烯烃分子筛催化剂的设计制备及应用、炼化污水趋“零排放”及水系统优化先进技术综述、新型燃料电池电极催化剂的最新研究进展实例、清洁汽油生产技术现状及发展趋势、对二甲苯生产技术现状及发展、加氢催化剂研究新进展、石油烃类催化裂解生产低烯烃的基础研究、气体化合物相关的化学工程科学问题和汽油加氢改质过程反应动力学的研究进展。
一、甲醇转化制烯烃分子筛催化剂的设计制备及应用目前全世界石油资源紧缺，原油价格一路飙升（最近油价一直在下降），天然气也是大幅上涨，有价无市。
制备乙烯丙烯主要是以石油和天然气为原料，但目前丙烯市场供不应求，就衍生出了“甲醇经济”即在过渡期内利用有效方法直接将现存天然气资源转化为甲醇和二甲醚，或回收燃烧生成的2及空气中的2用化学法转化为甲醇和二甲醚，以液体的形式储存能量作为运输燃料；另一方面催化转化为乙烯、丙烯。
当然也可以发展以煤为原料的丙烯制备技术格外重要，即所谓的“煤代油”战略。
通过煤制合成气，进而制甲醇，这是一个比较成熟的工业过程。
而甲醇制低碳烯烃（——，）和甲醇制丙烯（——，）是最有希望替代石油路线制烯烃的工艺，甲醇转化化学历程：①甲醇生成二甲醚和水，并快速达到平衡过程②动力学诱导过程③第一个烃类分子的形成（键的形成）④初级烃转化为其它烃类的过程⑤催化剂的失活过程。
现目前甲醇是连接煤化工和石油化工的桥梁，面临的技术瓶颈是甲醇转化催化剂和过程的放大，但我国在甲醇转化的技术开发和工业化方面处于国际领先。
甲醇制烯烃技术的核心是分子筛催化剂的开发，催化剂是掌握和开发甲醇制烯烃成套技术的关键，催化剂的性质和性能将主要决定甲醇制烯烃技术的发展方向。
以改性—5分子筛为活性组分，德国鲁奇公司开发了固定床合成丙烯的工艺，的反应特征：对反应压力、反应空速敏感、需要严格控制反应空速、固定床反应器易实现对反应空速的控制、固定床反应需要催化剂具有较高的抗结焦能力、5具有良好的抗结焦能力，是首选催化材料。
水夹点技术在企业节水减排中的应用
第18卷第4期2006年12月江 苏 工 业 学 院 学 报JOURNAL OF J IAN GSU POL YTECHN IC UN IV ERSITYVol118No14Dec12006文章编号:1005-8893(2006)04-0043-03水夹点技术在企业节水减排中的应用Ξ杨瑞洪1,李定龙1,曹雨平2(11江苏工业学院环境与安全工程系,江苏常州213164;21扬州工业职业技术学院)摘要:水夹点技术是一种用于企业用水系统优化,以提高水的回用率为目标的过程集成技术。
介绍了水夹点技术的基本原理,利用水夹点技术寻找用水系统最少新鲜水用量,即夹点,并以夹点为节水目标引入数学方法分配水源,设计最优用水网络。
最后,应用该方法进行实例分析,节水成效显著。
关键词:水夹点技术;水分配;用水网络中图分类号:X703;TU991131 文献标识码:AApplication of W ater Pinch T echnology in W ater Conservation andW astew ater R eduction in E nterprisesYAN G Rui-hong1,L I Ding-long1,CAO Yu-ping2(1.Department of Environmental and Safety Engineering,Jiangsu Polytechnic University,Changzhou 213164,China; 2.Yangzhou College of Industrial Technology)Abstract:Water pinch technology is one of water system integration technologies which is used in water-using network optimal design to improve the level of wastewater reuse.The principles of water pinch technology is in2 troduced,minimum fresh water consumption pinch can be found with the water pinch technology,and mathe2 matical mothed is brought in to distribute water resource,and design the optimal water-using st, the method was applied to analyze an example,the effect was obvious in water saving.K ey w ords:water pinch technology;water allocation;water-using network 早在20世纪80年代,水的优化分配问题就已被提出,当时主要采用数学规划理论,且针对仅含单杂质污染组分的用水系统[1]。
热经济学
——
夹点技术
于海涛、郭亮、罗坚
contents
•夹点技术的原理 •夹点技术的应用
一、夹点技术简介
1978年末,Bodo Linnhoff等人首先提出了过程换热 网络中描述能量流的一种新方法,这种方法引入了 热力学概念,叫做“过程综合” 。1983年Linnhoff 和Hindmarsh把这一概念表达为夹点(Pinch Point) 技术。
(3)计算设计目标，判断是否最优
(4)阈值问题
如果未达到最优，改变△T min的值，重新进行设计，以 得到最优或接近最优的换热网络结构。
换热网络中，只有那些既需要加热公用工程，又需要冷却 公用工程的换热网络才存在夹点，而那些只需要一种公用工 程的问题，我们称之为阈值问题，这类网络有其特殊性，应 采取不同的设计方法。阈值问题，减小传热温差，公用工程 用量不变。但一部分公用工程的品质降低(加热公用工程温度 降低或冷却公用工程温度升高)，使其费用降低;同时换热面 积增大，设备费用增加。所以仍然存在优化问题。在只需要 加热公用工程的n值问题，可以将其视为只有夹点之上部分， 应从低温侧开始设计，以保证较低温度下的热能传给冷流体， 而对于只需要冷却公用工程的n值应从高温侧设计，以保证较 高温度下的冷流体能从热流体获取热量。
参考文献
（1）胡海兰.夹点技术理论及其求解方法讨论.（2011） （2）王利文，陈保东，王利权，王平仪.夹点理论及其在换热网 络中的应用.（2005） （3）王俊美，陈金华.夹点技术的原理与最新应用.(2010) （4）孟继安，牛继舜，王立安.夹点技术基本原理与应用.（1997）
（5）朱玉琴，周丹黎.利用夹点技术分析优化换热网络.（2008）
图3 TH图上夹点的意义
水夹点技术及其工程应用综述
水夹点技术及其工程应用综述孟立红;乔琦;刘景洋【摘要】水夹点技术是针对企业用水系统，设计新鲜用水量最小、废水排放量最小进而达到经济效益最优的一种过程集成技术，是近年来企业节水减排研究的热点技术之一。
本文概括地介绍了水夹点技术的提出与发展以及国内外重点在水系统集成优化应用方面的进展；对重点行业水夹点技术的工程应用实例进行了剖析；从可用性和效果上分析了水夹点技术简洁直观、易于理解的优点；指出了在多杂质系统应用中存在的问题与局限性；探讨了这一技术与其他分析工具相结合应用于企业水系统优化的途径。
【期刊名称】《中国环保产业》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】4页(P35-37,41)【关键词】水夹点技术;节水减排;工程应用;系统优化【作者】孟立红;乔琦;刘景洋【作者单位】中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室,北京100012;中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室,北京 100012;中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室,北京 100012【正文语种】中文【中图分类】X703我国水资源日益匮乏，水污染日趋严重，在这样一个严峻的形势下，节约工业用水与减少废水排放量成为了紧迫任务。
从20世纪80年代开始，全世界普遍开始研究工业用水节约的新理论与新技术，经过了二十余载的探索，越来越多的水夹点技术运用于企业节水减排，并且已经取得了一定的成果[1-3]。
从深度上，水夹点技术针对的是单杂质的用水网络优化；从广度上，过去的研究主要集中在石化行业、炼油厂及钢铁业等行业。
水夹点技术为我国工业节水减排工作做出了巨大贡献，但是，用于多杂质水网络系统的优化还存在一定的局限性[4、5]。
在已有研究的基础上，本文总结了水夹点技术结合数学规划法在水系统集成优化上的应用，并对这一集成技术进行了更为深入的探讨。
夹点技术最初由Bobo Linnhoff提出，是一种换热网络合成技术，主要用于解决换热网络系统中的瓶颈问题—温度夹点问题，属过程集成技术早期的一个重要进展。
夹点技术最新应用
夹点技术最新应用[摘要]：文章对夹点技术在水、制浆造纸、焦化、精馏塔、co2减排各方面利用作用和突出效果进行分析，表明了夹点技术在化学工业中占有重要地位，是分析节能减排很好的技术。
[关键词]：夹点技术应用领域节能中图分类号：c819 文献标识码：c 文章编号：1009-914x（2012）32- 0543-01能源是人类赖以生存和推动社会进步的主要物质基础，安全、可靠的能源供应和高效、清洁的利用能源是实现社会经济持续发展的基本保证。
但是目前能源消费急剧增加，造成能源供应紧张，而容易被利用的能源数量有限。
为解决资源日益匮乏的局面，除了积极寻求新的替代资源外，对资源加以节约使之被高效利用更是至关重要。
于是世界各国都在积极寻找各种办法，以求更充分地利用能源和更有效地节约能源。
20世纪70年代提出并应用的夹点技术经过不断地完善和发展，在节能、降耗、减污方面，证明是一种简便有效的技术措施，能在不改变工艺的条件下达到清洁生产的目的，收到良好的经济效益和环境效益，值得在工业生产中推广应用[1-2]。
1、夹点技术应用效果[5]（1）降低能耗通过改进能量回收系统及公用工程系统节约能量费用，实现区域热联合，充分利用废热或废料发生热量；（2）提高生产能力，改进质量控制通过解除过程系统瓶颈而不改动加热炉及主要机泵设备，可达到增产的目的；（3）降低投资费用对工厂建设投资和操作费用加以评估，并提出解决办法，可在少投资或不投资、少增加或不增加能耗的条件下完成公用工程改造和扩建，提高能效。
（4）降低环境污染可以用排放废气或废液最少为目标进行优化设计，减少三废，降低温室效应。
2、夹点技术应用领域2.1 水夹点技术应用水夹点技术的核心思想[6]是使水的回用量和出水中污染物的浓度达到最大，并找出设计问题中的瓶颈，预测出设计中的最小用水量。
然后通过改造现有的用水网络以使水回用最大化和废水产生最小化。
王炜亮[7]运用夹点技术对某石化企业进行用水网络优化研究，结果表明，在流量恒定和流量改变的条件下，通过用水网络初始优化设计节约的新鲜水用量分别为17.17%和13.72%。
水夹点技术
石化企业水夹点技术的应用随着水资源被严重污染和大量浪费，水已成为严重短缺的资源。
工业用水节约与废水减量成为人类持续发展的重要前提之一。
石化行业是工业用水的大户，在石化企业生产中实施水夹点技术后，循环水场的耗水量所占比例越来越大，充分重视并利用这一特点，再借助于使用可靠的水夹点技术改造中的关键工艺设备后，减少循环水的耗水量，并将其设定为最终回用项目点，石化企业的零排放将变得现实可行。
水夹点技术是由热夹点技术引申而来的。
夹点是指一个点、一个数值。
热夹点是换热网络中一个温度点，此点具有的特性是是：“夹点以上不用冷源，夹点以下不用热源”意思是在换热网络中，处于热夹点温度以上的物料可用处于热夹点温度以下物料冷却，不用另外用其它冷源冷却，处于热夹点以下的物料不用热源加热仅用热物料加热即可。
相应的水夹点的原则是在用水工艺过程中夹点以上位置的工艺过程用水不必用新鲜水（泛指，可用夹点以下用水过程的排水），夹点以下位置工艺过程用水只能用新鲜水。
在循环水场所做的大量工作相当于降低夹点位置，使新鲜水用量减少，排水量减少。
水夹点技术的三个层次是回用（直接持续使用）、循环重复使用、再生后再使用。
在石化企业中，供水系统的上水均为井水或河水；企业运行中产生的废水全部进入排水系统，作为污水处理。
传统的流程图如下。
图1 传统的供水排水系统流程图企业运行中，循环水场产生的废水流股来源如下图图2 石化企业循环水产生废水流程图水夹点技术是过程集成工程设计领域在环境保护方向的突破，通过寻求物料和能量间的最佳匹配来实现全过程的费用最小化和废物产生量最小化，且实现无液体排放，符合清洁生产要求。
在技术分析的夹点注意关键工艺设备的寻求和应用，提高水夹点的多杂质耐受度，重复利用率客观实在，使石化企业实现零排放成为可能，如此在清洁生产的同时会获得更大的企业效益和环境效益。
水夹点技术在节水减排中的应用_汤小玲
环境保护水夹点技术在节水减排中的应用汤小玲1,2 戴友芝11.湘潭大学化工学院(湖南省湘潭市411105)2.中国石油化工股份有限公司长岭分公司(湖南省岳阳市414012)摘要:介绍了水夹点技术,利用浓度间隔图表和浓度组合曲线寻找最少新鲜水用量夹点,在夹点上方的用水操作可采用水回用而实现节水减排,应用水夹点技术对焦化用水操作进行了详细分析。
关键词:水夹点 水回用 延迟焦化装置 经济效益1 水夹点技术简介水夹点技术[1]由英国曼彻斯特理工学院的YP Wang 和Robin Smith 于1994年首次提出,将20世纪90年代得到极大发展的过程集成技术应用于新鲜水用量最小化、废水产生量最小化和废水处理系统设计。
水夹点技术包括三个方面的内容:一是通过对用水操作进行分析,判别一个预先的新鲜水消耗和废水产生的最小值;二是通过水回用、再循环技术,设计一个用水网络以实现新鲜水消耗和废水产生量的目标值;三是通过有效的过程改变,改造现有的用水网络以使水回用最大化(即减少新鲜水用量)和废水产生最小化。
2 用水操作描述图1是工业用水操作的一种简便分析方法,图中的杂质可以是SS,COD 、盐含量等一切限制工业排放水回用的因素,图中过程流股从相反方向逆流与水接触。
图2是杂质浓度及其与杂质传质负荷的示意图,由图1,2可知:只要富杂质流和贫杂质流两个流股中存在推动力,贫杂质流就可以回用于富杂质流。
3 水夹点技术应用选取某炼油厂用水系统中的焦化单元进行分析,焦化用水对回用水的水质要求不高,且用水操作中已含有循环过程(见图3)。
焦化冷焦、除焦用水不是连续流,而是序批式。
3.1 数据提取焦化各用水操作中既有水量补充,也有水量损失,用水过程中还有水处理。
图3中标明的损失又分为蒸发损失(不带走质量负荷)和流失损失(焦炭出厂流失的废水带走的质量负荷,不能回收),计算废水排放量时要包含增加和损失的水量。
计算质量传递时可不考虑补充水,补充水和沉焦池可看作再生装置,沉焦池上的浮油通过溢流排放。
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石化企业水夹点技术的应用
随着水资源被严重污染和大量浪费，水已成为严重短缺的资源。
工业用水节约与废水减量成为人类持续发展的重要前提之一。
石化行业是工业用水的大户，在石化企业生产中实施水夹点技术后，循环水场的耗水量所占比例越来越大，充分重视并利用这一特点，再借助于使用可靠的水夹点技术改造中的关键工艺设备后，减少循环水的耗水量，并将其设定为最终回用项目点，石化企业的零排放将变得现实可行。
水夹点技术是由热夹点技术引申而来的。
夹点是指一个点、一个数值。
热夹点是换热网络中一个温度点，此点具有的特性是是：“夹点以上不用冷源，夹点以下不用热源”意思是在换热网络中，处于热夹点温度以上的物料可用处于热夹点温度以下物料冷却，不用另外用其它冷源冷却，处于热夹点以下的物料不用热源加热仅用热物料加热即可。
相应的水夹点的原则是在用水工艺过程中夹点以上位置的工艺过程用水不必用新鲜水（泛指，可用夹点以下用水过程的排水），夹点以下位置工艺过程用水只能用新鲜水。
在循环水场所做的大量工作相当于降低夹点位置，使新鲜水用量减少，排水量减少。
水夹点技术的三个层次是回用（直接持续使用）、循环重复使用、再生后再使用。
在石化企业中，供水系统的上水均为井水或河水；企业运行中产生的废水全部进入排水系统，作为污水处理。
传统的流程图如下。
图1 传统的供水排水系统流程图
企业运行中，循环水场产生的废水流股来源如下图
图2 石化企业循环水产生废水流程图
水夹点技术是过程集成工程设计领域在环境保护方向的突破，通过寻求物料和能量间的最佳匹配来实现全过程的费用最小化和废物产生量最小化，且实现无液体排放，符合清洁生产要求。
在技术分析的夹点注意关键工艺设备的寻求和应用，提高水夹点的多杂质耐受度，重复利用率客观实在，使石化企业实现零排放成为可能，如此在清洁生产的同时会获得更大的企业效益和环境效益。