隨著世界各國對煉化領域優化工作的日益重視和對優化技術的深入研究，國內外相關研究機構和技術公司在煉化優化領域，尤其是模擬優化技術及能量優化研究及軟件開發等方面獲得了較大的發展，同時應用優化技術也為煉化企業創造了可觀的經濟效益。

　　以下分別對模擬優化及能量系統優化理論研究現狀、國內外技術公司研究應用現狀以及發展趨勢進行介紹。

　?。?）能量系統優化理論研究現狀

　　對過程能量系統理論的研究始于上世紀70年代，隨著研究的不斷深入，國內外學者相繼提出了三子系統交互模型、“洋蔥”模型和三環節模型等，對能量在過程系統中的結構、作用和變化進行描述。

　　1983年，Townsend和Linnhoff在研究過程優化涉及的結構化方法時，將過程系統看成是由一些相互作用的子系統所組成，以簡化設計優化過程，并提出了三子系統交互模型，將過程系統劃分為加工（反應、分離）、換熱網絡和動力3個子系統，以定性反映過程系統能量轉換和利用內在的聯系及制約關系，但并不能確切反映能量結構的本質。

　　1988年，Linnhoff等人提出了“洋蔥模型”以強調過程設計的層次特性，其核心為反應子系統，其余由內向外依次為分離子系統、換熱網絡和公用工程子系統，但該模型只是對過程系統能量結構的粗略描述，沒有給出嚴格、定量的數學模型。

　　自1982年起，華賁等人以熱力學第二定律分析為基礎，從能量在過程系統中的變化規律入手，提出并逐步完善了包括能量轉換環節、能量利用環節和能量回收環節在內的三環節能量結構模型。該模型給出了嚴格、定量的過程系統能量流結構拓撲關系，其關鍵是按功能區分子系統并分別給出了火用經濟模型、相應的目標函數和邊界條件，并在子系統分解協調優化的基礎上進行全局改進方案的火用經濟評價調優。但是，由于火用經濟分析方法的理論性較強且工作過程比較復雜，使得其在企業實際生產中的應用受到了一定限制。

　　（2）國內外研究及應用現狀

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　　近年來，KBC公司、ASPEN公司、ShellGlobalSolutions公司、Invensys公司、Honeywell公司和ProcessIntegratedLimited(PIL)公司等國際知名技術及軟件公司依托成熟的流程模擬和優化技術，結合先進的夾點分析方法，借助豐富的專家經驗，逐步形成了自主的能量系統優化技術解決方案，并在一些國際大型石油公司和煉化企業取得了較好的應用效果。

　　KBC公司基于HYSYS.Refinery開發了Petro-SIM過程模擬軟件，并擁有可在Petro-SIM中使用的催化裂化（FCC-SIM）、加氫裂化（HCR-SIM）、催化重整（REF-SIM）、石腦油加氫（NHTR-SIM）、柴油加氫（DHTR-SIM）、VGO加氫（VGOHTR-SIM）、渣油加氫脫硫（RHDS-SIM）、延遲焦化（DC-SIM）、烷基化（ALK-SIM）、減粘裂化（VIS-SIM）、異構化模型等標準反應堆模型套件；研究開發了用于換熱網絡優化的SuperTarget軟件、蒸汽系統模擬優化的ProSteam軟件和基于BT(BestTechnology)指數的最佳能量使用效率技術。其研究提出的全廠能量一體化技術（TotalSite），使用全廠夾點分析技術和應用戰略性節能發展規劃路線圖RoadMaps，對全廠工藝裝置和公用工程系統的用能和供能進行分析、優化并排序，從而找出最快捷有效的改進途徑。目前，KBC已在BP、BASF、ESSO、Chevron、Total、COSMO、日本能源全球等50多個煉油廠和化工廠實施了TotalSite全廠能量優化項目，實現節能15%~30%，氫氣需求減少8%~20%，壓縮機節能25%~35%，總成本下降14%~20%。例如，歐洲某煉廠通過應用Totalsite技術進行夾點分析和蒸汽系統建模，在公用工程方面提出了透平改造、余熱利用、聯合發電等若干節能項目，實施后煉廠能源密度指數（EnergyIntensityIndex,EII）下降5個點；南非的Sasol燃料公司應用TotalSite技術對公用工程系統進行分析后，提出了改善換熱網絡、增加聯合發電等許多典型的節能項目，實施后可使公用工程需求量節約30％左右。

　　Aspen公司擁有眾多的模擬優化軟件產品，主要包括用于化工流程模擬的AspenPlus、煉油流程模擬的AspenRefSYS、化工流程模擬的HYSYS、動態模擬的AspenDynamics、換熱網絡優化的HX-Net和AspenPinch、公用工程系統優化的AspenUtilities、實時優化的AspenPlusOptimizer、換熱設備模擬計算的AspenHTFS+系列產品、部分煉油反應裝置模擬軟件和聚合物反應模擬的POLYMER等。其中，AspenPlus是穩態流程模擬工具，是唯一將序貫模塊和聯立方程兩種算法同時包含在一個模擬工具中的軟件產品；HYSYS原是加拿大Hyprotech公司產品，2002年Aspen公司收購該公司后，HYSYS成為Aspen公司旗下的產品，是唯一同時具有穩態和動態模擬功能的軟件產品；AspenPlusOptimizer允許用戶利用聯立方程求解算法對擁有多個自由度的非線性目標函數優化問題進行快捷準確的求解，為過程工業的工程師提供了一種求解大型復雜工藝流程的有效工具，為實施閉環實時優化系統創造了條件，作為AspenPlus的嵌套產品，能夠全面支持AspenPlus中涵蓋的自由度、約束條件以及目標函數設定、配置等功能，可用于在線工藝優化和離線模擬。基于上述軟件產品，Aspen公司進一步研究提出了能量優化整體解決方案，并借助其專家力量在許多煉化企業開展了能量系統優化分析工作。例如，Aspen于2000年對BP的BulwerIsland煉廠實施了公用工程系統優化項目，投資回收期低于1年；對位于韓國Yosu的YNCC乙烯廠開展了乙烯裝置節能優化改造項目，通過操作工況調整和設備改造，實現產量增加10%、單位能耗降低2.2%；2005年，開展了中海油惠州煉油廠設計方案的能量系統優化分析，包括氫氣系統分析和優化、全廠蒸汽系統分析和優化、全廠燃料和電力（熱電聯供）系統分析和優化、全廠范圍內夾點分析等，優化后設計方案的EII從80降到61.5，相當于年經濟效益2.4億美元。