Ученые Томского политехнического университета разработали способ, как снизить потребление энергоресурсов на нефтеперерабатывающих предприятиях. С его помощью им удалось сэкономить более половины топлива на исследуемом объекте. Специалисты вуза уверены, что таких результатов можно достигнуть практически на любом промышленном производстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy Conversion and Management (IF: 9,709; Q1).
В своей работе исследователи рассматривали процесс гидрокрекинга — переработки высококипящих нефтяных фракций для получения топлива на нефтеперерабатывающем заводе. Они предложили снизить затраты энергоресурсов с помощью оптимизации структуры технологических и тепловых потоков. Определенная последовательность теплообменных аппаратов привела к тому, что увеличился коэффициент полезного использования энергии. В результате на предприятии, где проводили исследование, расход топливного газа и мазута сократился на 54%, электроэнергии — на 20%.
«Например, у нас три тепловых потока. Первый мы нагреваем паром, второй поток охлаждаем водой, а третий нагреваем в печи. Чтобы сэкономить энергоресурсы, мы можем нагревать потоки номер один и три за счет второго. На реальном предприятии таких потоков десятки», — сказал научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Станислав Болдырев.
По словам специалиста, предложенный подход можно использовать как для реконструкции действующих предприятий перерабатывающего сектора экономики, так и для проектирования новых, более энергоэффективных производств, обладающих минимальным воздействием на окружающую среду. Подобная модернизация позволит предприятиям сократить издержки на производство конечных продуктов и снизить нагрузку на окружающую среду.
Экономия топлива на нефтеперерабатывающем заводе, где проходил эксперимент, привела к сокращению выбросов углекислого газа на 19 тысяч тонн в год. Это связано с общим снижением объемов сжигаемого топлива.
«Эта технология уже может быть использована для усовершенствования процессов в химической и газоперерабатывающей промышленностях, в переработке продуктов питания. То есть везде, где используют сырье, а также имеют дело с нагревом, охлаждением и химическими превращениями», — отметил Станислав Болдырев.
Для создания оптимальной структуры потоков ученые использовали пинч-технологию, принципы интеграции непрерывных технологических процессов, теорию графов и основы тепло-массообмена.
«Пинч-технология заключается в том, чтобы минимизировать общие энергозатраты в любой системе, где существуют потоки, которые необходимо нагревать и охлаждать. С их помощью можно рекуперировать тепловую энергию, то есть вернуть ее для повторного использования. В свою очередь теория графов позволила оптимизировать структуру и сформулировать математическую задачу. Она помогла минимизировать количество необходимых аппаратов: подобрать структуру теплообменной сети, в которой вместо десяти дополнительных аппаратов будет два. И, таким образом, уменьшить капитальные затраты для реконструкции производства», — добавил ученый.