本書系統(tǒng)介紹了識(shí)別能源利用問題的方法，并針對(duì)節(jié)能、二氧化碳減排和捕集制定了解決方案。將能量利用理論與實(shí)用方法相結(jié)合，主要內(nèi)容包括單元操作和過程單元的熱力學(xué)分析；各種工藝物流和公用工程的能量和?計(jì)算；三環(huán)節(jié)能量/? 分析模型；設(shè)備、工藝單元和整個(gè)工廠的能量/?平衡；節(jié)能方法與技術(shù)；管道和設(shè)備優(yōu)化；夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用； CO2 捕集和利用，10個(gè)不同情景的案例研究；燃?xì)廨啓C(jī)、FCCU再生CO燃燒與能量回收、煙氣輪機(jī)能量回收系統(tǒng)優(yōu)化、低溫位熱能回收利用等關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)。
陳安民是加拿大注冊(cè)專業(yè)工程師，在石化和石油天然氣行業(yè)擁有 30 多年的經(jīng)驗(yàn)。 他是能源集成、溫室氣體減排、工程設(shè)計(jì)、過程模擬和優(yōu)化方面的專家。 他獲得北京石油大學(xué)石油工程碩士學(xué)位。 最近，他擔(dān)任雪佛龍公司的高級(jí)工藝顧問，負(fù)責(zé)雪佛龍 Kitimat 液化天然氣、天然氣加工、TCO 石油和天然氣設(shè)施的項(xiàng)目，提出和實(shí)施了去除乙烷氣體火炬項(xiàng)目，該項(xiàng)目取得了顯著節(jié)省投資保護(hù)環(huán)境的功效，并在 2020 年獲得雪佛龍 TCO 管理表彰和獎(jiǎng)勵(lì)。 在雪佛龍期間，他還領(lǐng)導(dǎo)了 Kitimat LNG 項(xiàng)目的能源整合和溫室氣體減排計(jì)劃，顯著節(jié)省了成本，并在休斯頓舉行的Chevron FE 2014 世界會(huì)議上發(fā)表了關(guān)于 Kitimat LNG 項(xiàng)目的能源整合和溫室氣體減排的演講。
1熱力學(xué)基礎(chǔ)(001)
1.1基本術(shù)語(001)
1.1.1體系與環(huán)境(001)
1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)(002)
1.1.3寂態(tài)和基準(zhǔn)狀態(tài)(003)
1.1.4能量(003)
1.1.5可逆過程和不可逆過程(003)
1.1.6用能過程、用能過程熱力學(xué)(004)
1.2能量的形式和基準(zhǔn)狀態(tài)(004)
1.2.1能量的形式(004)
1.2.2基準(zhǔn)狀態(tài)的確定(005)
1.3熱力學(xué)第一定律(007)
1.3.1熱力學(xué)第一定律的一般表述(007)
1.3.2穩(wěn)定流動(dòng)體系的能量平衡方程(007)
1.3.3總能量平衡方程式在不同條件下的形式(009)
1.3.4熱力學(xué)第一定律在石油化工過程中的應(yīng)用(011)
1.4熱力學(xué)第二定律(012)
1.4.1熱力學(xué)第二定律的表述(012)
1.4.2熱變功的最高限度，卡諾因子(012)
1.4.3第二定律的用能過程表達(dá)式及意義(013)
1.4.4?的概念及計(jì)算(014)
1.4.5用能過程的?平衡方程(016)
1.5節(jié)能與碳減排(018)
參考文獻(xiàn)(018)
2熱物理能量及?的計(jì)算(019)
2.1過程熱效應(yīng)的能量和?的計(jì)算(019)
2.1.1物流顯熱能及?的計(jì)算(019)
2.1.2相變潛熱的能量及?計(jì)算(022)
2.1.3反應(yīng)熱效應(yīng)及反應(yīng)?(024)
2.1.4混合熱及?(028)
2.2石油及其餾分能量和?的計(jì)算(030)
2.2.1Nelson焓圖擬合關(guān)聯(lián)式的展開(030)
2.2.2基準(zhǔn)相態(tài)為液相的液相石油餾分?的計(jì)算(031)
2.2.3基準(zhǔn)相態(tài)為氣相的氣相石油餾分物理?的計(jì)算(032)
2.2.4基準(zhǔn)相態(tài)為液態(tài)的氣相石油餾分物理?的計(jì)算(033)
2.3輕烴及其混合物能量和?的計(jì)算(034)
2.3.1理想氣體烴類焓、熵和?的計(jì)算(035)
2.3.2烴類混合物的焓、熵、?計(jì)算(038)
2.4水蒸氣、水及空氣的能量和?的計(jì)算(038)
2.4.1水蒸氣(038)
2.4.2水、空氣等物流(039)
2.5散熱能量及?的計(jì)算(039)
參考文獻(xiàn)(043)
3機(jī)械能及化學(xué)?的計(jì)算(044)
3.1真實(shí)氣體的能量和?的計(jì)算(044)
3.1.1真實(shí)氣體能量和?的計(jì)算方法(044)
3.1.2剩余性質(zhì)的計(jì)算(045)
3.2流體流動(dòng)過程能量的計(jì)算(050)
3.2.1體積功、軸功和流動(dòng)功(050)
3.2.2軸功和有效功的計(jì)算(051)
3.3化學(xué)與燃料?的計(jì)算(053)
3.3.1化學(xué)?的基本概念(053)
3.3.2化學(xué)?的計(jì)算方法(054)
3.3.3復(fù)雜物質(zhì)及燃料的化學(xué)?(057)
參考文獻(xiàn)(058)
4工藝過程用能熱力學(xué)分析(060)
4.1傳熱過程的熱力學(xué)分析(060)
4.1.1忽略散熱的傳熱過程(061)
4.1.2有散熱損失的傳熱過程(062)
4.2流體流動(dòng)過程熱力學(xué)分析(064)
4.3傳質(zhì)過程的熱力學(xué)分析(066)
4.3.1分離過程的最小?耗(066)
4.3.2實(shí)際分離過程熱力學(xué)分析(067)
4.4化學(xué)反應(yīng)過程的熱力學(xué)分析(069)
4.4.1化學(xué)反應(yīng)?的計(jì)算(069)
4.4.2實(shí)際反應(yīng)過程?損耗和復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)?計(jì)算(070)
4.5燃燒過程的熱力學(xué)分析(071)
4.5.1絕熱燃燒過程(072)
4.5.2傳熱過程(073)
4.5.3減少燃燒過程損的途徑(073)
參考文獻(xiàn)(074)
5石油化工過程用能三環(huán)節(jié)分析方法(075)
5.1石油化工用能特點(diǎn)(077)
5.2用能分析三環(huán)節(jié)模型的改進(jìn)(078)
5.3用能分析三環(huán)節(jié)模型應(yīng)用(079)
5.3.1用能分析計(jì)算基準(zhǔn)(079)
5.3.2非工藝流體的機(jī)泵有效動(dòng)力(079)
5.3.3能量使用環(huán)節(jié)的設(shè)備散熱(080)
5.3.4原料的化學(xué)能(080)
5.3.5反應(yīng)放熱應(yīng)計(jì)入工藝總用能(080)
5.3.6一些特殊設(shè)備的處理原則(080)
5.4改進(jìn)后用能分析三環(huán)節(jié)模型的項(xiàng)目細(xì)則(081)
5.4.1能量平衡的參數(shù)(081)
5.4.2?平衡的參數(shù)(082)
5.5用能分析三環(huán)節(jié)模型中的平衡關(guān)系及評(píng)價(jià)指標(biāo)(083)
5.5.1能量平衡關(guān)系及評(píng)價(jià)指標(biāo)(083)
5.5.2?平衡關(guān)系及其評(píng)價(jià)指標(biāo)(084)
5.5.3能量平衡、?平衡結(jié)果表示(086)
參考文獻(xiàn)(086)
6設(shè)備能量平衡和?平衡(087)
6.1裝置用能分析測(cè)試的內(nèi)容和要求(087)
6.1.1測(cè)試工況的確定和測(cè)試范圍(087)
6.1.2標(biāo)定測(cè)試要求(088)
6.2機(jī)泵設(shè)備(088)
6.2.1離心泵(089)
6.2.2壓縮機(jī)(092)
6.3工業(yè)爐設(shè)備(096)
6.3.1工藝加熱爐能量及?平衡計(jì)算(096)
6.3.2反應(yīng)爐和尾氣焚燒爐(106)
6.4催化裂化再生器(107)
6.5工藝用能設(shè)備(115)
6.5.1塔類設(shè)備(115)
6.5.2反應(yīng)設(shè)備(121)
6.6能量回收利用設(shè)備(124)
6.6.1冷換設(shè)備(125)
6.6.2動(dòng)力回收設(shè)備(129)
參考文獻(xiàn)(131)
7石油化工裝置的能量平衡和?平衡(132)
7.1裝置內(nèi)系統(tǒng)用能數(shù)據(jù)的平衡核定(134)
7.1.1裝置的物料平衡(134)
7.1.2熱力學(xué)能耗(135)
7.1.3熱力學(xué)耗?DT(136)
7.1.4循環(huán)和輸出物流的能量和?的計(jì)算(138)
7.1.5物流排棄能和?(139)
7.2裝置散熱損失的核定和匯總(140)
7.2.1散熱的特點(diǎn)分析(140)
7.2.2設(shè)備管線散熱損失的計(jì)算匯總(140)
7.2.3管線的散熱校核及裝置散熱的匯總(141)
7.3汽、電、水的供用產(chǎn)出平衡(142)
7.3.1蒸汽(142)
7.3.2水(143)
7.3.3電耗(144)
7.4裝置能量平衡和?平衡計(jì)算匯總(145)
7.4.1能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(145)
7.4.2能量工藝使用環(huán)節(jié)(148)
7.4.3能量回收利用環(huán)節(jié)(151)
7.4.4全裝置平衡匯總(153)
參考文獻(xiàn)(156)
8輔助系統(tǒng)及全廠能量平衡(157)
8.1公用工程系統(tǒng)的能量平衡(159)
8.1.1供熱系統(tǒng)的能量平衡(159)
8.1.2供電系統(tǒng)的測(cè)試與平衡(164)
8.1.3供水、供風(fēng)系統(tǒng)的能量平衡(166)
8.2輔助系統(tǒng)的能量平衡(168)
8.2.1儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)(168)
8.2.2污水處理系統(tǒng)(170)
8.2.3非直接生產(chǎn)的輔助系統(tǒng)用能核查(171)
8.3全廠能量平衡匯總(172)
8.3.1能量平衡匯總方法及計(jì)算基準(zhǔn)(172)
8.3.2測(cè)試工況的能量平衡匯總(173)
參考文獻(xiàn)(180)
9能耗分析及節(jié)能改進(jìn)途徑(181)
9.1裝置規(guī)模和環(huán)境溫度對(duì)能耗的影響(181)
9.1.1裝置規(guī)模的影響(181)
9.1.2環(huán)境溫度的影響(182)
9.2負(fù)荷率對(duì)裝置能耗影響分析和估算(185)
9.2.1負(fù)荷率對(duì)裝置能耗影響及其估算(185)
9.2.2由能量平衡數(shù)據(jù)估算(186)
9.2.3負(fù)荷率對(duì)散熱固定能耗的影響(187)
9.2.4負(fù)荷率對(duì)電固定能耗的影響(187)
9.2.5負(fù)荷率對(duì)蒸汽固定能耗的影響(190)
9.2.6其他固定能耗(192)
9.3用能水平及節(jié)能潛力的評(píng)估(194)
9.3.1應(yīng)用基準(zhǔn)能耗評(píng)價(jià)裝置的用能水平(194)
9.3.2應(yīng)用熱力學(xué)法評(píng)價(jià)設(shè)備及系統(tǒng)用能水平及潛力(199)
9.4生產(chǎn)裝置節(jié)能改進(jìn)的方法和途徑(201)
9.4.1改進(jìn)工藝條件，降低工藝總用能(201)
9.4.2降低工藝能量使用環(huán)節(jié)的過程?損(204)
9.4.3提高能量回收率，減少排棄能量及?損(206)
9.4.4提高能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)效率，減少裝置供入能耗(207)
9.5大系統(tǒng)用能優(yōu)化方法和改進(jìn)途徑(209)
9.5.1改進(jìn)生產(chǎn)流程(209)
9.5.2裝置及系統(tǒng)的熱聯(lián)合(210)
9.5.3低溫?zé)峄厥绽?211)
9.5.4優(yōu)化蒸汽逐級(jí)利用(212)
參考文獻(xiàn)(214)
10CO2捕獲和利用(216)
10.1提高燃油效率，使用低碳燃料和可再生能源(217)
10.1.1智能使用化石燃料，提高能源效率(217)
10.1.2使用低碳燃料代替高碳燃料(217)
10.1.3使用可再生能源和核能代替化石燃料(218)
10.2CO2分布及其性質(zhì)(218)
10.2.1CO2分布類別(218)
10.2.2CO2物理性質(zhì)(219)
10.3CO2捕獲方法(220)
10.3.1吸收溶劑(220)
10.3.2酸性氣體去除/CO2捕獲使用化學(xué)溶劑(221)
10.3.3使用物理溶劑去除酸性氣體和捕獲CO2(223)
10.4酸性天然氣CO2捕獲(227)
10.4.1通過酸性氣體濃縮捕獲天然氣CO2——案例研究1(227)
10.4.2級(jí)聯(lián)酸性天然氣CO2捕獲——案例研究2(233)
10.4.3酸性氣體濃縮與CO2捕獲——案例研究3(239)
10.5合成氣CO2捕獲(243)
10.5.1使用DEPG溶劑單吸收塔捕獲合成氣CO2——案例研究4(243)
10.5.2使用DEPG溶劑和雙吸收器捕獲合成氣CO2——案例研究5(246)
10.6煙氣CO2捕獲(249)
10.6.1使用DEA溶劑捕獲煙氣CO2——案例研究6(249)
10.6.2使用氧氣代替燃燒空氣進(jìn)行煙氣CO2捕獲——案例研究7(252)
10.7CO2壓縮和脫水(255)
10.7.1背景資料(255)
10.7.2脫水再生器中的汽提(255)
10.7.3CO2脫水和壓縮——案例研究8(256)
10.7.4煙氣CO2捕獲、壓縮和脫水-案例研究9(258)
10.8CO2低溫分離(262)
10.8.1實(shí)際富CO2氣流氣液露點(diǎn)和凍結(jié)曲線(264)
10.8.2低溫溫度選擇(265)
10.8.3低溫?zé)煔釩O2低溫去除技術(shù)發(fā)展(267)
10.8.4煙氣低溫CO2捕獲—案例研究10(267)
10.8.5傳統(tǒng)CO2捕獲與低溫CO2捕獲的比較(271)
10.9CO2化學(xué)品利用和儲(chǔ)存(274)
10.9.1使用CO2生產(chǎn)尿素(274)
10.9.2使用CO2生產(chǎn)碳酸氫銨(276)
10.9.3使用CO2生產(chǎn)碳酸氫鈉(276)
10.9.4使用CO2作為原料生產(chǎn)甲醇(276)
10.9.5CO2儲(chǔ)存或強(qiáng)化石油天然氣采收(279)
參考文獻(xiàn)(279)
11節(jié)能項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（281）
11.1資金的時(shí)間價(jià)值（281）
11.1.1利息（281）
11.1.2貨幣的等值、現(xiàn)值與將來值（283）
11.1.3資金的等效值計(jì)算（283）
11.2靜態(tài)評(píng)價(jià)方法（285）
11.2.1投資利潤(rùn)率（285）
11.2.2投資回收期（286）
11.2.3現(xiàn)金流量與現(xiàn)金流量曲線（287）
11.3動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法（288）
11.3.1動(dòng)態(tài)投資回收期（288）
11.3.2動(dòng)態(tài)投資回收期簡(jiǎn)化算法（290）
11.3.3凈現(xiàn)值法（291）
11.3.4內(nèi)部收益率法（292）
11.4節(jié)能措施經(jīng)濟(jì)效益估算（294）
11.4.1燃料價(jià)格的確定（294）
11.4.2蒸汽和背壓發(fā)電價(jià)格的確定（295）
11.4.3電價(jià)和水的價(jià)格的確定（298）
11.4.4節(jié)能措施的其他效益（298）
11.5投資估算及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（299）
參考文獻(xiàn)（300）
12設(shè)備和管線的優(yōu)化（301）
12.1過程速率與?損（301）
12.1.1傳熱過程（302）
12.1.2流體流動(dòng)過程（303）
12.1.3傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)過程（303）
12.1.4推動(dòng)力（?損）的動(dòng)力學(xué)效率（304）
12.2熱流體管線經(jīng)濟(jì)保溫厚度（305）
12.2.1目標(biāo)函數(shù)（305）
12.2.2優(yōu)化方法分類（305）
12.2.3熱流體管線的經(jīng)濟(jì)保溫厚度（306）
12.3流體輸送的經(jīng)濟(jì)管徑及經(jīng)濟(jì)保溫厚度（308）
12.3.1低溫流體輸送的經(jīng)濟(jì)管徑（308）
12.3.2保溫管道的經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫厚度（311）
12.4冷換設(shè)備的優(yōu)化（315）
12.4.1單臺(tái)換熱器的優(yōu)化（315）
12.4.2冷卻器冷卻水最佳出口溫度的確定（318）
12.5加熱爐經(jīng)濟(jì)熱效率（319）
12.5.1問題的意義（319）
12.5.2經(jīng)濟(jì)熱效率的確定方法（320）
參考文獻(xiàn)（321）
13夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用（322）
13.1夾點(diǎn)的概念及其確定（322）
13.1.1夾點(diǎn)的概念（322）
13.1.2夾點(diǎn)的確定方法（324）
13.1.3總組合曲線（326）
13.2預(yù)先估計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)的面積和ΔTmin（327）
13.2.1面積的估算方法（327）
13.2.2年總費(fèi)用及ΔTmin的確定（329）
13.3能量目標(biāo)的確定（333）
13.4換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)（336）
13.4.1換熱網(wǎng)絡(luò)的圖示法（337）
13.4.2換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)設(shè)計(jì)方法（337）
13.4.3輸入數(shù)據(jù)到AEA示例（338）
13.4.4將數(shù)據(jù)從HYSYS文件傳輸?shù)紸EA（344）
13.5總能系統(tǒng)熱機(jī)和熱泵的合理放置（350）
13.5.1熱機(jī)位置（351）
13.5.2熱泵位置（352）
13.6交叉?zhèn)鳠釋?duì)換熱網(wǎng)絡(luò)面積和能量的影響（353）
13.6.1傳熱模型及推動(dòng)力圖（353）
13.6.2交叉?zhèn)鳠釋?duì)面積目標(biāo)的影響（354）
13.6.3交叉?zhèn)鳠釋?duì)能量（換熱器）及損失的影響（356）
13.6.4現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)交叉?zhèn)鳠嵋蜃应恋墓浪悖?58）
13.7夾點(diǎn)技術(shù)的節(jié)能原理（360）
13.7.1夾點(diǎn)技術(shù)的主要特點(diǎn)及與分析的關(guān)系（360）
13.7.2夾點(diǎn)的技術(shù)特征（361）
13.7.3傳熱?損（363）
參考文獻(xiàn)（365）
14關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)（366）
14.1機(jī)泵調(diào)速技術(shù)（366）
14.1.1機(jī)泵流量隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律（366）
14.1.2機(jī)泵調(diào)速方式及分類（368）
14.2燃?xì)廨啓C(jī)及其選擇（370）
14.2.1節(jié)能原理（370）
14.2.2燃?xì)廨啓C(jī)選型（372）
14.3聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)及其應(yīng)用（375）
14.3.1聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)（375）
14.3.2液化天然氣裝置的應(yīng)用（375）
14.4催化裂化裝置煙氣輪機(jī)節(jié)能（381）
14.4.1節(jié)能原理與膨脹功估算（381）
14.4.2節(jié)能效益估算（383）
14.4.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（384）
14.4.4提高煙氣輪機(jī)功回收率的途徑（384）
14.5催化裂化再生煙氣一氧化碳器外燃燒技術(shù)（386）
14.5.1背景信息（386）
14.5.2CO器外燃燒技術(shù)流程（388）
14.5.3實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果（389）
14.6一氧化碳燃燒和煙氣能量回收系統(tǒng)優(yōu)化（390）
14.6.1兩段再生煙氣混合預(yù)燃（391）
14.6.2煙氣能量回收流程及特點(diǎn)（394）
14.6.3各種能量回收流程節(jié)能效果對(duì)比（397）
14.7低溫?zé)峄厥绽茫?00）
14.7.1直接用作一般加熱用熱源（401）
14.7.2熱泵（401）
14.7.3制冷（406）
14.7.4發(fā)電（407）
14.7.5低溫?zé)釤峒上到y(tǒng)（407）
參考文獻(xiàn)（409）
附錄A常用數(shù)據(jù)（410）
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