Download
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Prosessintegrasjon i Norge PowerPoint Presentation
Download Presentation
Prosessintegrasjon i Norge

Prosessintegrasjon i Norge

163 Views Download Presentation
Download Presentation

Prosessintegrasjon i Norge

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. “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

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. 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

  34. 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

  35. 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

  36. 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

  37. 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

  38. 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