Temada
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 38

Prosessintegrasjon i Norge PowerPoint PPT Presentation


  • 94 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Temada g: “Prosess-systemteknikk - et Konkurransefortrinn for Norsk Industri” Granfos Konferansesenter, Lysaker, 24.01.01 Norge - et uland innen Prosessintegrasjon ? av Truls Gundersen Termisk Energi og Vannkraft Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet.

Download Presentation

Prosessintegrasjon i Norge

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Prosessintegrasjon i norge

Temadag: “Prosess-systemteknikk

- et Konkurransefortrinn for Norsk Industri”

Granfos Konferansesenter, Lysaker, 24.01.01

Norge - et uland innen

Prosessintegrasjon ?

av

Truls Gundersen

Termisk Energi og Vannkraft

Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 1


Hovedpunkter

Hovedpunkter

  • Hva er “Prosessintegrasjon” (PI) ?

  • Hvorfor bør Norsk Prosessindustri benytte PI til Planlegging og Design ?

  • Norge - en Pioneer innen PI på 80-tallet

  • Status på Prosessintegrasjon i Norge ved utgangen av år 2000 - et “uland” ?

    • Industri (representert ved Hydro og Statoil)

    • Undervisning og Forskning

    • Politikk og Myndigheter

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 2


Hva er prosessintegrasjon

Hva er Prosessintegrasjon ?

  • Integrasjon av prosessutstyr og strømmer samt betegnelse på design-metoder og fagområde

  • Varmeintegrasjon var utgangspunktet for metodene og er stadig et sentralt element

  • Begrepet Prosessintegrasjon benyttet på metoder ble først tatt i bruk på 90-tallet

  • Programmer innen det Internasjonale Energi-byrået og Nordisk Energi-forskning siden 1995

  • Bruk av Analogier har utvidet området

  • IEA’s definisjon (se neste overhead)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 3


Prosessintegrasjon i norge

The IEA Definition

of Process Integration

"Systematic and General Methods for Designing

Integrated Production Systems, ranging from

Individual Processes to Total Sites, with

special emphasis on the Efficient Use of Energy

and reducing Environmental Effects"

P R O C E S S

I N T E G R A T I O N

From an Expert Meeting

in Berlin, October 1993

IEA

OECD

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 4


Pinch metodikk var basis og er sentralt innen prosessintegrasjon

Pinch-metodikk var Basis og er Sentralt innen Prosessintegrasjon

  • Slagkraftige Grafiske Diagrammer

    • Systemforståelse og Målverdier

    • Composite & Grand Composite Curves

    • Exergy Diagrams [ T  C = (1 - T0/T) ]

  • Oversiktlige Representasjoner

    • Varmekaskade og “Strøm-grid”

  • Systematiske, Trinn-vise Metoder for Design og Optimalisering

    • Pinch Design Metode

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 5


Prosessintegrasjon i norge

R

S

H

U

R

S

R= Reaktorsystem

S= Separasjonssystem

H= Varmeintegrasjon

U= Utilitysystem

H

U

Dekomponering

Interaksjoner

Konseptuell Design og “Løken”

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 6


Prosessintegrasjon i norge

T (°C)

QH,min

300

QRecovery

250

Tmin

200

150

100

50

Pinch

QC,min

Q (kW)

0

2000

4000

6000

Samlekurver (Composite Curves)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 7


Prosessintegrasjon i norge

ST

270C - - - - - - - 250C

720 kW

H1

+ 720

230C - - - - - - - 210C

500 kW

C2

180 kW

- 520

200 kW

220C - - - - - - - 200C

2000 kW

720 kW

- 1200

880 kW

800 kW

180C - - - - - - - 160C

360 kW

400 kW

+ 400

C1

440 kW

160C - - - - - - - 140C

1800 kW

H2

+ 180

1980 kW

70C - - - - - - - - 50C

220 kW

+ 220

60C - - - - - - - - 40C

Tmin = 20°C

CW

Numeriske

Metoder

Inter-

valler

Temadag: Prosess-systemteknikk

Varme-

kaskaden

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 8


Prosessintegrasjon i norge

ST

T' (°C)

300

T0 = 260 QH,min = 1000

QH,min

+ 720

250

T1 = 220 R1 = 1720

- 520

200

T2 = 210 R2 = 1200

- 1200

150

T3 = 170 R3 = 0

+ 400

100

T4 = 150 R4 = 400

+ 180

50

T5 = 60 R5 = 580

QC,min

Q (kW)

+ 220

T6 = 50 QC,min = 800

0

500

1500

CW

Varme-

overskudds-

kurven

Temadag: Prosess-systemteknikk

Grand

Composite

Curve

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 9


Prosessintegrasjon i norge

Prosess

Pinch

180°

Utility

Pinch

170°

Utility

Pinch

200°

250°

HP

MP

270°

160°

H1

220°

60°

H2

50°

210°

C1

160°

210°

C2

150°

15°

20°

LP

CW

180°

160°

150°

Strøm-”grid” - en arena for Design

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 10


Prosessintegrasjon i norge

Pinch Punkt og Dekomponering

QH,min+

T (°C)

300

250

Overskudd

200

Temadag: Prosess-systemteknikk

150

Underskudd

100

50

QC,min+

Q (kW)

0

2000

4000

6000

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 11


Prosessintegrasjon i norge

Generaliseringer vha. Analogier

  • Varme-Pinch som Konsept fra 70-tallet

    • Hohmann (71), Umeda (77-79), Linnhoff (77-79)

    • Konsept  Industriell Metodikk, UMIST (83 - idag)

  • Masse-Pinch ved Analogi Varme  Masse

    • El-Halwagi og Manousiouthakis (89-90)

  • Vann-Pinch: en Spesialisering av Masse-Pinch

    • Wang og Smith (94)

    • Minimalisere Avløpsvann (og Ferskvann) ved Optimal Bruk, Gjenbruk, Regenerering og Resirkulering

    • Design av Distribuerte Renseanlegg

  • Hydrogen-Pinch: Kvalitet vs. Mengde

    • Towler og Alves (96-99)

    • Optimal Bruk, Gjenbruk og Oppgradering av Hydrogen-rike Strømmer i Oljeraffinerier (H2 som Kjemikalium)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 12


Prosessintegrasjon i norge

QH,min

T

C

Varme

Pinch

Water

Pinch

Watermin

QC,min

Q

m

Hovedresultater fra Pinch-metodikk

Temadag: Prosess-systemteknikk

  • Konseptet med Samlekurver (Composite Curves)

    • Generell anvendelse når “mengder” har en “kvalitet”

    • Varme & Temperatur, Masse & Konsentrasjon, etc.

  • Et To-trinns Approach: Målverdier før Design

  • En fundamentalDekomponering ved Pinch

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 13


Prosessintegrasjon omfatter mer enn pinch metodikk

Prosessintegrasjon omfattermer enn Pinch-metodikk

  • Pinch-metoder er ledende når det gjelder Industrielle Anvendelser

  • Optimaliseringsmetoder kommer

    • Spesielt Matematisk Programmering

    • Binær-variable og Diskrete Beslutninger

    • Viktig del av Hybride Metoder

  • Eksergianalyser for del-oppgaver

  • Hva med Kunnskapsbasert metoder ?

    • Design er for “Open-Ended” !!

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 14


Hvorfor prosessintegrasjon

Hvorfor Prosessintegrasjon ?

  • Strategiske Målsetningsverdier

  • Systematiske Designmetoder

  • Slagkraftige Metoder for

    • Strategisk Planlegging

    • Konsept-fasen av en Prosessutvikling

    • Detailed Engineering

Temadag: Prosess-systemteknikk

Ledende Internasjonale Industri-selskaper:

“PI is a Major Design and Planning Technology”

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 15


M lsetningsverdier

Målsetningsverdier

  • Energi-relaterte

    • Minimum Ekstern Oppvarming og Avkjøling

    • Optimale “Load & Level” for flere Utilities

    • Minimum Shaftwork for Kjølekretser

  • Utstyrsrelaterte

    • Færrest antall Varmevekslere (Enheter / Skall)

    • Minimum Total Heteflate i Varmevekslerne

  • Total Årlig Kostnad sfa. f.eks. Tmin

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 16


Systematiske designmetoder

Systematiske Designmetoder

  • Pinch Design Metode for Initiell Design

    • Regler for Match av Varme/Kalde Strømmer

    • Tentative Beslutninger kan evalueres:

      • Kvalitativt vha. Grafiske Diagrammer

      • Kvantitativt vha. Numeriske Algoritmer

  • Optimalisering gjennom Evolusjon

    • Redusere Antall Varmevekslere

    • Betraktninger vedr.

      • Økonomi

      • Kompleksitet

      • Regulerbarhet

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 17


Prosessintegrasjon i norge

Dekomponering og Korrekt Integrasjon

Prosess-

kaskade

Destillasjons-

kolonne

Varme-

pumpe

Damp-

turbin

QH,min

QReboiler

QHP,out

QST,in

Over

Pinch

Temadag: Prosess-systemteknikk

WST

WHP

Q = 0

Under

Pinch

QHP,in

QST,out

QCondenser

QC,min

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 18


Mer kvantitative betraktninger vha grand composite curve

Mer Kvantitative Betraktninger vha. Grand Composite Curve

  • Forbruk/Produksjon av Utilities

  • Design av Fyrt Ovn med Forvarming

  • Integrasjon av Destillasjonskolonner

  • Korrekt bruk av Varmepumpe

  • Varme/Kraft Betraktninger

    • Bruk av Mottrykks-/Ekstraksjons-turbiner

    • Integrasjon mellom Prosess og Termisk Kraftverk (f.eks. Gasskraftverk)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 19


Prosessintegrasjon i norge

T (°C)

HP

250

Forbruk:

HP:400 kW

MP:600 kW

CW:600 kW

Produksjon:

LP:200 kW

Energi kostnad:

166,000 $/yr

MP

200

Alternativt:

HP:1000 kW

CW: 800 kW

Energi kostnad:

216,000 $/yr

150

LP

100

50

Q (kW)

CW

0

0

500

1500

Grand Composite og Utility-nivåer

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 20


Prosessintegrasjon i norge

T' (°C)

200

A

170

140

110

B

80

50

Q (kW)

20

0

500

1000

1500

2000

Grand Composite og Destillasjonskolonner

(samt Inndampere)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 21


Prosessintegrasjon i norge

Grand Composite og Varmepumpe

T (C)

190

160

Q2

130

Temadag: Prosess-systemteknikk

W

Kompr.

100

Q1

70

Q

40

0

500

1500

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 22


Prosessintegrasjon i norge

W

Turbin

VHP

T(C)

HP

300

MP

250

LP

200

150

100

Q

Fyring

Grand Composite og Varme/Kraft

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 23


Prosessintegrasjon i norge

Prosessintegrasjon og Software

  • SuperTarget fra Linnhoff March

  • Aspen Pinch fra Aspen Technology

  • HX-Net fra Hyprotech

  • HEXTRAN fra Simulation Sciences

  • HEATNET fra Natl. Engng. Lab. (NEL)

  • STAR og SPRINT fra UMIST

  • Diverse mindre programmer

    • PRO_PI fra Chalmers Teknikpark

    • PINCH-LENI fra EPFL (Lausanne)

    • Etc., etc.

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 24


Prosessintegrasjon i norge

Prosessintegrasjon og Økonomi

  • PI adresserer både utstyr og energi !!

  • ENØK-prosjekter har dårlig økonomi

    • Energi er svært rimelig, selv med 30 $/fat

    • Elektrisitet ekstremt rimelig i Norge pga. Vannkraften

    • CO2-”spøkelset” gir et visst “push”

  • ENØK-prosjekter må kombineres med andre Ombyggingsprosjekter (økt produksjon)

  • PI kan benyttes til å fjerne Flaskehalser

    • Økt Varmeintegrasjon før Fyrt Ovn i Oljeraffinerier

    • Hindre store investeringer i Damp/Kraft-systemer

    • Ny Hydrogen-Pinch metodikk kan spare Raffineriene for store investeringer i nye Hydrogen-anlegg

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 25


Hvorfor prosessintegrasjon1

“Globale”

betraktninger

Diagnose

Innovasjon

Hvorfor PI ?

Har ikke råd

til å la være !

Smarte

løsninger

Økonomi

Hvorfor Prosessintegrasjon ?

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 26


Norge en pioneer innen pi p 80 tallet

Norge - en Pioneer innen PI på 80-tallet ?

  • Forskning

  • Undervisning

  • Software

  • Industri-prosjekter

Temadag: Prosess-systemteknikk

Vil vise at Norge i det minste var en

“Leading Follower”

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 27


Norge p 80 tallet forskning

Norge på 80-tallet - Forskning

  • NTNF-prosjekt i perioden (ca.) 1981-83

    • Prof. Per A. Løken, Damp og Forbrenning, NTH

    • Norsk Hydro (F-senter)

    • Rafinor (Mongstad-raffineriet)

    • Borregaard (?)

    • Andre ??

  • Norsk Hydro støttet Konsortium ved UMIST

    • Var en av seks “Founder Members” i juni 1984

    • “Process Integration Research Consortium” ved UMIST har vært (og blir) støttet av ledende, ofte multi-nasjonale selskaper innen en rekke bransjer

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 28


Norge p 80 tallet undervisning

Norge på 80-tallet - Undervisning

  • Inst. for Damp og Forbrenning ved NTH

    • “Systemanalyse av Varmetekniske Prosesser” (fra 83)

    • Professor Per A. Løken (senere Svein Berg)

  • Inst. for Kjemiteknikk ved NTH

    • “Prosess-simulering” (fra 83-88) - med noe PI

    • “Prosess-syntese” (fra 89-99)

    • Prof. II Truls Gundersen, Norsk Hydro

  • Annen Opplæringsaktivitet

    • NIF-kurs (Per A. Løken)

    • Interne Hydro-kurs (82 og 83)

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 29


Norge p 80 tallet software

Norge på 80-tallet - Software

  • Inst. for Damp og Forbrenning ved NTH

    • “Interheat” utviklet av Prof. Per A. Løken fra 1982

    • Brukere: BP, Norsk Hydro, flere (?)

    • Markedsføres idag som HEATNET av NEL

  • Norsk Hydro - F-senter / Porsgrunn

    • Utviklet Prototypen “SuperTarget” i 1984

    • Prototyp var utgangspunktet for ledende software innen Prosessintegrasjon på markedet idag:

      • SuperTarget fra Linnhoff March

      • Aspen Pinch fra Aspen Technology som er en videreutvikling av Advent fra Union Carbide

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 30


Norge p 80 tallet industrien

Norge på 80-tallet - Industrien

  • Norsk Hydro

    • Deltok i Per A. Løken’s NTNF-prosjekt

    • Kampanje i perioden 1982-83 gjennomgikk omlag 10 sentrale landbaserte prosesser

    • Hydro hadde 3 Pinch-eksperter før 1984

  • Mongstad-raffineriet

  • Borregaard

  • Papirindustrien

  • Meierier

  • Flere ?

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 31


Norge p 80 tallet konklusjon

Norge på 80-tallet - Konklusjon

Om ikke Norge var en Pioneer

innen fagområdet

Prosessintegrasjon på 80-tallet,

så var Norge i det minste en“Leading Follower”

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 32


Status p prosessintegrasjon i norge ved utgangen av r 2000

Status på Prosessintegrasjon i Norge ved utgangen av år 2000

  • Undervisning

    • NTNU og Høgskolesektoren

  • Forskning

    • NFR og Nordisk Energiforskning

  • Prosessindustrien

    • Hydro og Statoil

  • Politikk

    • Gasskraftverk og “ENØK-organ”

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 33


Pi i norge idag undervisning

PI i Norge idag - Undervisning

  • Prosessintegrasjon er nå undervist til mer enn 1500 norske Sivilingeniører

  • Prosessintegrasjon og Syntese undervises ved tre institutter:

    • Kjemisk ProsessTeknologi ved NTNU

    • Termisk Energi og Vannkraft ved NTNU

    • Prosessteknikk ved HiT (Siv.ing-delen)

  • Basis Pinch-analyser undervises i økende grad ved Ingeniørhøgskolene

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 34


Pi i norge idag forskning

PI i Norge idag - Forskning

  • Sverige har et stort PI-program (STEM)

    • 4 mill. SEK pr. år 1997-2000

    • 6 mill. SEK pr. år 2001-2003

  • Finland har et tilsvarende program (fra 2000)

  • Nordisk Energiforskning

    • PI ett av 7 del-programmer siden 1995

    • 2 norske stipendiater pr. dags dato

  • Det Internasjonale Energibyrået (IEA)

    • PI med 7 medlemsland siden 1995

    • T. Gundersen “Operatør” uten norsk medlemsskap

  • Ingen NFR-midler til Prosessintegrasjon

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 35


Pi i norge idag hydro

PI i Norge idag - Hydro

  • Fortsatt medlem av “Process Integration Research Consortium” ved UMIST

    • Koster (i medlemsavgift) ca. 18,000 £/år

  • Ingen rapporterte PI-prosjekter siden 1993

  • Et stort Konsern-program om “Energi og Klima” hadde ikke PI på agendaen

  • Internt Seminar/Møte ved F-senter:

    • Professor Robin Smith ved UMIST

    • Informasjon og Diskusjon vedrørende mulige Samarbeidsprosjekter UMIST/Hydro

    • Null (0) oppmøte utover kontaktperson

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 36


Pi i norge idag statoil

PI i Norge idag - Statoil

  • Stor “interesse” for Prosessintegrasjon

    • T. Gundersen holdt intern-kurs for 15 ansatte over 7 dager i april/mai 1999

    • PI har vært tema på flere “Sommerprosjekter”

  • Energi-effektiviteten på Kårstø

  • Synergi-gevinster MeOH og Gasskraft

  • Lisens på SuperTarget er sagt opp

  • PI-tjenester kjøpes eksternt/utenlands

    • “Varme-Pinch” analyser fra MW Kellogg samt Linnhoff March

    • “Hydrogen-Pinch” analyser fra UOP

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 37


Pi i norge idag politikk

PI i Norge idag - Politikk

  • Plassering av Gasskraft-verk

    • Interaksjon med Industri / Samfunn ?

    • Synergi-gevinster ?

    • Total Energivirkningsgrad ?

  • “ENØK-organ” til Trondheim

    • Hurra !! (selvsagt bedre enn Oslo ??)

    • Transport vs. “Tjeneste-ytende” vs. Industri/Bergverk. ENØK-potensiale ?

  • AS Norge: Mye viktigere å “gjøre noe” enn å gjøre noe “riktig” ??

Temadag: Prosess-systemteknikk

Prosessintegrasjon i Norge

T. Gundersen

No. 38


  • Login