📄 利用excel软件优化氢气使用成本.htm
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<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN"><!-- saved from url=(0061)http://www.spc.com.cn/spcspc/Chinese/tep/2004/200405/gl-1.htm --><HTML><HEAD><TITLE>利用Excel软件优化氢气使用成本</TITLE><LINK href="利用Excel软件优化氢气使用成本.files/style.css" rel=stylesheet><META http-equiv=Content-Type content="text/html; charset=gb2312"><META content="MSHTML 6.00.2800.1515" name=GENERATOR></HEAD><BODY bgColor=#ffffff background=利用Excel软件优化氢气使用成本.files/bbggxxkw.gif><DIV align=center><B><FONT size=3>利用Excel软件优化氢气使用成本<BR><BR></FONT></B></DIV><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=360 align=center border=0> <TBODY> <TR> <TD height=20> <P align=center><B>孔令健</B></P></TD></TR> <TR vAlign=center> <TD height=20> <DIV align=center> <P align=center>（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，淄博，255408） </P></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE><BR> <B>摘要：</B>分析了齐鲁石化公司范围内的适宜作制氢原料的气体资源，并运用线性规划法对制氢原料和公司氢气使用进行优化，建立了齐鲁石化公司氢气使用成本的线性规划模型，并提出了氢气的优化原则。<BR><BR><B> 关键词：</B>氢气 原料 成本 优化 <P> 随着高含硫原油和重质原油加工比例的增大，以及原油加工深度和环境保护对油品质量要求的不断提高，加氢工艺得到愈来愈广泛的应用，炼油厂对氢气的需求量也在不断增加。在加氢装置中氢气成本所占比例达到30%以上，因此降低氢气使用成本，提供更多更廉价的氢气，已成为发展加氢技术，提高炼油厂综合经济效益的关键。炼油厂氢气使用成本的优化包括制氢原料优化和对公司新区氢气合理使用两个方面，本文将线性规划技术运用于齐鲁石化公司的生产实际，建立了齐鲁公司氢气使用成本的线性规划模型，并用Excel对模型进行了求解。</P><P><B>1 氢气平衡优化可行性分析</B><BR><BR> 齐鲁石化炼油厂加氢装置的用氢来自炼油厂制氢装置生产的氢气和公司新区氢气。炼油厂有两套制氢装置（2×40 000 m<SUP>3</SUP>／h），是采用轻油水蒸气转化制氢工艺，公司新区氢气是来自公司新区的电解装置和乙烯裂解装置的副产氢气。炼油厂制氢装置设计原料为石脑油、抽余油，不仅导致制氢成本居高不下，而且消耗大量的化工原料，影响了炼油厂的增值效益；另外由于炼油厂自身加工流程和装置构成特点，副产大量的难以液化的烃类气体，通常是打入瓦斯管网作燃料气。这类气体主要成分是氢碳比较高的低分子烃类，若将这类低价值的炼厂干气作制氢原料，无疑将会降低制氢成本。<BR> 根据齐鲁公司炼油和化工装置的特点，有可能作制氢原料的烃类气体是炼厂干气、乙烯裂解装置的甲烷氢以及胜利油田的天然气。炼厂干气主要有：催化干气、焦化干气以及加氢和重整装置的干气，各原料的组成见表1。</P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=600 align=center border=0> <TBODY> <TR> <TD height=20> <DIV align=center><B>表1 各种原料组成</B></DIV></TD> <TD> <DIV align=center>%</DIV></TD></TR></TBODY></TABLE><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=600 align=center border=0> <TBODY> <TR> <TD bgColor=#000000 colSpan=7 height=2></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>项目</DIV></TD> <TD width=92> <DIV align=center>催化干气</DIV></TD> <TD width=79> <DIV align=center>焦化干气</DIV></TD> <TD width=91> <DIV align=center>加氢干气</DIV></TD> <TD width=89> <DIV align=center>重整干气</DIV></TD> <TD width=75> <DIV align=center>甲烷氢</DIV></TD> <TD width=80> <DIV align=center>天然气</DIV></TD></TR> <TR> <TD bgColor=#000000 colSpan=7 height=1></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>氢气</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>27</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>8.2</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>77.8</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>76.8</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center>4.1</DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>7.2</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>甲烷</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>24.4</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>50.1</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>9.5</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>8.3</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center>94.5</DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>88.5</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>乙烷</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>10.6</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>18.1</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>5.6</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>5.2</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center>0.01</DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>1.5</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>乙烯</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>10.8</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>3.7</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>0.7</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center>1.4</DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>丙烷</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>1.6</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>8.1</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>3.0</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>5.7</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>0.79</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>丙烯</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>7.8</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>5.3</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>2.1</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>正丁烷</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>0.2</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>1.0</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>1.9</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>异丁烷</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>0.7</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>0.5</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>2.1</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>正丁烯</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>0.2</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>1.9</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>0.6</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>0.11</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>异丁烯</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>0.5</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>1.6</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center>0.7</DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center>0.22</DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>二氧化碳</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>2.7</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>1.0</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>空气</DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>13.5</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>0.5</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD width=94 height=20> <DIV align=center>硫化氢，10<SUP>-6</SUP></DIV></TD> <TD width=92 height=20> <DIV align=center>500</DIV></TD> <TD width=79 height=20> <DIV align=center>500</DIV></TD> <TD width=91 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=89 height=20> <DIV align=center>10</DIV></TD> <TD width=75 height=20> <DIV align=center></DIV></TD> <TD width=80 height=20> <DIV align=center></DIV></TD></TR> <TR> <TD bgColor=#000000 colSpan=7 height=2></TD></TR></TBODY></TABLE><P> 催化干气中烯烃占了20%左右，另外还有烷烃、硫化氢、空气等杂质，一般不宜直接作制氢原料，须经预处理如深冷分离法、中冷油吸收法、吸附分离法或采用Alker 工艺、Mobil-Budger和Mosant-Lummus工艺生产乙苯，从而除去乙烯等组分，才能使催化干气更适宜作制氢原料。由于催化干气做制氢原料工艺处理过程较复杂，而且齐鲁公司烃类气体资源丰富，所以目前催化干气一般做燃料，不做制氢原料。<BR> 焦化干气的主要成分是甲烷、乙烷、丙烷等低碳烃类，氢碳比高，另含有少量的烯烃和硫化物。少量的烯烃可用固定床加氢技术使之饱和，硫化物包括无机硫（主要为H2S）和有机硫（主要为甲醇硫和乙醇硫等）也可通过加氢使有机硫转化为无机硫，通过氧化锌脱硫槽来使含硫量降至0.5 mg/m<SUP>3</SUP>以下，因此焦化干气可以用做制氢原料。<BR> 甲烷氢是乙烯裂解装置产生的不凝气。裂解原料在裂解炉中发生了复杂的大分子断链反应，在生产乙烯、丙烯等目的产物的同时，产生了大量低分子烃类气体。甲烷氢中含甲烷94%以上，几乎不含其他杂质,非常适宜作制氢原料。<BR> 天然气来源于胜利油田，通过管道输送。天然气中甲烷含量将近90%，杂质少，烯烃含量少，几乎不含硫，是优质的制氢原料。<BR> 加氢干气和重整装置的干气由于含氢量较高,一般为70%~80%,可以直接进变压吸附装置(PSA)提取纯度为99.5%的氢气。</P><P><B>2 利用Excel进行制氢原料优化的方法及步骤<BR><BR>2.1 模型确立</B><BR><BR> 建立氢气使用成本模型的目的，是为了优化齐鲁公司内部烃类气体的资源配置，优化制氢原料，提高企业的氢气管理水平，根据这个目的，所建立的线性规划模型必须真实反映生产实际、操作简便。采用线性规划法所要建立的齐鲁公司氢气使用成本模型是一个线性静态模型，它以2003年生产的实际情况作为参照，能够真实反映生产实际情况。<BR><BR>2.1.1 确定决策变量<BR><BR> 确定氢气使用成本线性规划模型的决策变量，在模型中变量比较明确，就是用于制氢的几种原料，即：制氢原料轻油、炼厂气、甲烷氢、天然气以及新区氢气5个变量为目标函数的决策变量，它们在模型中以Xi表示。<BR><BR>2.1.2 确定目标函数<BR><BR> 确定氢气使用成本线性规划模型的目标函数，具体表达式如下：<BR> C<SUB>min</SUB>＝2 500X<SUB>1</SUB>＋0.86X<SUB>2</SUB>＋1.94X<SUB>3</SUB>＋0.8X<SUB>4</SUB>＋5 739X<SUB>2</SUB>＋A<BR> 其中，C为制氢成本（元／t）； X<SUB>1</SUB>～X<SUB>5</SUB>为目标函数的决策变量，分别表示轻油、炼厂气、甲烷氢、天然气、新区氢气5个决策变量，常数A为氢气辅助生产成本，2003年制氢装置的平均辅助生产成本为2 198元／t，X<SUB>i</SUB>的系数为各决策变量2003年平均价格，详见表2。</P><P align=center><B>表2 2003年制氢原料及新区氢气平均价格</B><BR></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=450 align=center border=0> <TBODY>⌨️ 快捷键说明
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