الوضع الحالي لتقنيات التحسين في مجال تكرير النفط على مستوى العالم واتجاهات التطور فيه

Thread Content

الوضع الحالي واتجاهات تطور تقنيات التحسين في مجال التكرير العالمي: مع تزايد اهتمام الدول حول العالم بتحسين عمليات التكرير، والبحث المكثف في تقنيات التحسين، شهدت المؤسسات البحثية والشركات التقنية المحلية والدولية تطورًا كبيرًا في مجال تحسين عمليات التكرير، خاصة في مجالات مثل تقنيات المحاكاة لأغراض التحسين، وأبحاث تحسين استخدام الطاقة، وتطوير البرمجيات. كما ساهم استخدام تقنيات التحسين في تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة لشركات التكرير. فيما يلي عرض منفصل للوضع الحالي للأبحاث في نظريات التحسين الافتراضي وتحسين أنظمة الطاقة، بالإضافة إلى الوضع الحالي للأبحاث والتطبيقات لدى الشركات التقنية المحلية والدولية، وكذلك اتجاهات التطور. (1) الوضع الراهن للبحوث النظرية في تحسين أنظمة الطاقة بدأت الأبحاث النظرية حول أنظمة طاقة العمليات في سبعينيات القرن الماضي، ومع تواصل تعمق هذه الأبحاث، طرح الباحثون في الداخل والخارج تباعاً نموذج التفاعل بين الأنظمة الفرعية الثلاثة، ونموذج "البصلة"، ونموذج الحلقات الثلاث، وغيرها، لوصف هيكل الطاقة ودورها وتغيراتها في أنظمة العمليات. في عام 1983، عندما كان تاونسند ولينهوف يدرسان الأساليب المنظمة المتعلقة بتحسين العمليات، اعتبرا نظام العملية مكونًا من عدة أنظمة فرعية تتفاعل مع بعضها البعض، وذلك بهدف تبسيط عملية تحسين التصميم. كما اقترحا نموذج التفاعل بين ثلاثة أنظمة فرعية، حيث قسّما نظام العملية إلى ثلاثة أنظمة فرعية هي: المعالجة (التفاعل والفصل)، وشبكة نقل الحرارة، والطاقة؛ وذلك لعكس العلاقات والقيود الكامنة في تحويل الطاقة واستخدامها داخل نظام العملية بشكل نوعي، إلا أنه لا يعكس بدقة جوهر البنية الطاقية. في عام 1988، اقترح لينهوف وآخرون “نموذج البصلة” للتأكيد على الخصائص الهرمية لتصميم العمليات. يتكون هذا النموذج من نظام التفاعل في المركز، وتليه من الداخل إلى الخارج أنظمة الفصل وشبكة تبادل الحرارة وأنظمة المرافق العامة على التوالي. إلا أن هذا النموذج يمثل وصفاً تقريبياً فقط للبنية الطاقية لنظام العمليات، دون أن يقدم نموذجاً رياضياً دقيقاً وكمياً. منذ عام 1982، قام هوا بين وآخرون، استنادًا إلى تحليل القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وبدءًا من قوانين تغير الطاقة في الأنظمة العملية، بطرح نموذج هيكلي للطاقة يتكون من ثلاث مراحل، وهي مرحلة تحويل الطاقة، ومرحلة استخدام الطاقة، ومرحلة استرداد الطاقة، وقد تم تطوير هذا النموذج تدريجيًا. يوفر هذا النموذج علاقات توبولوجية دقيقة وكمية لهيكل تدفق الطاقة في الأنظمة العملية، والمفتاح في ذلك هو تقسيم النظام إلى مناطق وظيفية، مع تحديد نموذج الاقتصاد الإنرجيتي، والدوال المستهدفة المقابلة، والشروط الحدية. كما يتم إجراء تقييم اقتصادي إنرجيتي لخطط التحسين الشاملة على أساس تحسين التنسيق بين الأنظمة الفرعية. لكن، نظرًا للطابع النظري القوي لأساليب التحليل الاقتصادي القائم على الإنتروبيا وتعقيد عملية تطبيقها، فإن استخدامها في الإنتاج الفعلي للشركات يواجه بعض القيود. (2) الوضع الحالي للأبحاث والتطبيقات المحلية والدولية ① الوضع الدولي: في السنوات الأخيرة، استطاعت شركات مشهورة عالميًا في مجال التقنيات والبرمجيات مثل شركة KBC وشركة ASPEN وشركة Shell Global Solutions وشركة Invensys وشركة Honeywell وشركة ProcessIntegrated Limited (PIL)، أن تطور حلولًا خاصة بها لتحسين أنظمة الطاقة، بفضل استخدامها لتقنيات متقدمة في مجال محاكاة وتحسين العمليات، بالإضافة إلى استخدام طرق تحليل متقدمة، وبفضل خبرة الخبراء المتميزة. وقد حققت هذه الحلول نتائج جيدة في بعض الشركات النفطية الكبرى وشركات تكرير النفط على مستوى العالم. http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/xjFI9op4iaCnc9dCDiaNApMFYyfeIia5R1iaoxJWTG6e8t2gT3U8JP2Ah5iaVzrqC0fZlPLD1OmEvGMX7QiadsHb4TMg/0?wx_fmt=png طورت شركة KBC برنامج محاكاة العمليات Petro-SIM استنادًا إلى أداة HYSYS.Refinery، وتمتلك مجموعة من نماذج المفاعلات القياسية التي يمكن استخدامها في Petro-SIM، ومن بينها نماذج التكسير الحفزي (FCC-SIM)، والتكسير بالهيدروجين (HCR-SIM)، وإعادة التشكيل الحفزي (REF-SIM)، وهيدراتشين النافتا (NHTR-SIM)، وهيدراتشين الديزل (DHTR-SIM)، وهيدراتشين الوقود ذو القيمة العالية (VGOHTR-SIM)، وإزالة الكبريت من الزيت المستخرج من التكسير (RHDS-SIM)، والتكسير المتأخر (DC-SIM)، وعملية الألكيلة (ALK-SIM)، والتكسير لتقليل اللزوجة (VIS-SIM)، بالإضافة إلى نماذج الإيزومرة ； تم تطوير برنامج SuperTarget لتحسين شبكات التبادل الحراري، وبرنامج ProSteam لمحاكاة وتحسين أنظمة البخار، بالإضافة إلى تقنيات تحسين كفاءة استخدام الطاقة باستخدام مؤشر BT (Best Technology). تقدم الأبحاث التي أجريت تقنية التكامل الطاقي للمنشأة بأكملها (Total Site)، والتي تستخدم تقنيات تحليل نقاط الضغط في المنشأة بأكملها، بالإضافة إلى خطط التنمية الاستراتيجية لتوفير الطاقة، من أجل تحليل وتحسين وترتيب استهلاك الطاقة في أجهزة المعالجة وأنظمة الخدمات المختلفة في المنشأة، وبالتالي تحديد أسرع وأكثر الطرق فعالية لإجراء التحسينات. حتى الآن، نفذت شركة KBC مشروع تحسين استهلاك الطاقة في جميع أنحاء المصانع التابع لشركة Total في أكثر من 50 مصفاة ومصنع كيماويات، من بينها BP وBASF وESSO وChevron وTotal وCOSMO وJapan Energy Global، مما أدى إلى توفير الطاقة بنسبة تتراوح بين 15% و30%، وخفض الطلب على الهيدروجين بنسبة 8% إلى 20%، وتوفير الطاقة في الضواغط بنسبة 25% إلى 35%، بالإضافة إلى انخفاض التكلفة الإجمالية بنسبة 14% إلى 20%. على سبيل المثال، قام أحد مصانع التكرير في أوروبا بتطبيق تقنية Total Site لإجراء تحليل نقاط الضعف ونمذجة أنظمة البخار، واقترح في مجال الهندسة العامة عددًا من مشاريع توفير الطاقة مثل تحديث التوربينات واستغلال الحرارة الزائدة وتوليد الطاقة المشترك، وبعد تنفيذ هذه المشاريع، انخفض مؤشر كثافة الطاقة في المصنع بمقدار 5 نقاط ； بعد أن قامت شركة Sasol للوقود في جنوب أفريقيا باستخدام تقنية Total Site لتحليل أنظمة الخدمات العامة، اقترحت العديد من المشاريع النموذجية لتوفير الطاقة، مثل تحسين شبكات التبادل الحراري وزيادة إنتاج الطاقة المشتركة. ومن خلال تنفيذ هذه المشاريع، يمكن توفير حوالي 30% من الاحتياجات من الخدمات العامة. تمتلك شركة Aspen العديد من منتجات برمجيات المحاكاة والتحسين، وتشمل هذه المنتجات Aspen Plus المستخدم في محاكاة عمليات الصناعات الكيميائية، وAspen RefSYS المستخدم في محاكاة عمليات تكرير النفط، وHYSYS المستخدم أيضًا في محاكاة العمليات الكيميائية، بالإضافة إلى Aspen Dynamics المستخدم في المحاكاة الديناميكية. كما توجد منتجات مثل HX-Net وAspen Pinch المستخدمة في تحسين شبكات التبادل الحراري، وAspen Utilities المستخدم في تحسين أنظمة الخدمات العامة، وAspen PlusOptimizer المستخدم في التحسين في الوقت الفعلي. بالإضافة إلى ذلك، هناك منتجات مثل Aspen HTFS+ المستخدمة في محاكاة معدات التبادل الحراري، بالإضافة إلى برمجيات لمحاكاة بعض أجهزة التفاعل في عمليات تكرير النفط، وبرنامج POLYMER المستخدم في محاكاة تفاعلات البوليمرات. من بينها، Aspen Plus هو أداة لمحاكاة العمليات في الحالة الثابتة، وهو المنتج البرمجي الوحيد الذي يجمع بين خوارزميتي الوحدات التسلسلية والمعادلات المتزامنة في أداة محاكاة واحدة ； كان HYSYS في الأصل منتجًا لشركة Hyprotech الكندية، وبعد أن استحوذت شركة Aspen على تلك الشركة في عام 2002، أصبح HYSYS منتجًا تابعًا لشركة Aspen، وهو البرنامج الوحيد الذي يتمتع بقدرات المحاكاة الثابتة والديناميكية في نفس الوقت ； يسمح برنامج Aspen PlusOptimizer للمستخدمين باستخدام خوارزميات حل المعادلات المترابطة لحل مشاكل تحسين الدوال الهدف غير الخطية التي تحتوي على عدة درجات حرية، وذلك بطريقة سريعة ودقيقة. كما يوفر هذا البرنامج أداة فعالة لمهندسي الصناعات العملياتية لحل المشاكل المعقدة المتعلقة بالعمليات الصناعية، ويساعد في إنشاء أنظمة تحسين في الوقت الفعلي. وباعتباره منتجًا مدمجًا مع برنامج Aspen Plus، فإنه يدعم بشكل كامل جميع وظائف برنامج Aspen Plus، مثل تحديد درجات الحرية والقيود والدوال الهدف، كما يمكن استخدامه في تحسين العمليات عبر الإنترنت وفي المحاكاة خارج الإنترنت. استنادًا إلى منتجات البرمجيات المذكورة أعلاه، قامت شركة أسبن بإجراء مزيد من الأبحاث وطرحت حلًا شاملًا لتحسين الطاقة، وبفضل خبراتها استطاعت أن تنفذ تحليلات لتحسين أنظمة الطاقة في العديد من شركات التكرير والبتروكيماويات. على سبيل المثال، قامت شركة Aspen في عام 2000 بتنفيذ مشروع لتحسين أنظمة الخدمات العامة في مصفاة Bulwer Island التابعة لشركة BP، وكانت فترة استرداد التكاليف أقل من عام واحد ； تم تنفيذ مشروع لتحسين كفاءة استهلاك الطاقة في مصنع الإيثيلين YNCC الواقع في يوسو، كوريا الجنوبية، وذلك من خلال تعديل ظروف التشغيل وتحسين المعدات، مما أدى إلى زيادة الإنتاج بنسبة 10% وانخفاض استهلاك الطاقة لكل وحدة إنتاج بنسبة 2.2% ； في عام 2005، تم إجراء تحليل لتحسين نظام الطاقة في خطة تصميم مصفاة هويتشو التابعة لشركة CNOOC، وشمل ذلك تحليل وتحسين نظام الهيدروجين، بالإضافة إلى تحليل وتحسين نظام البخار في المصفاة بأكملها، وكذلك تحليل وتحسين أنظمة الوقود والطاقة الكهربائية في المصفاة. كما تم أيضًا إجراء تحليل لنقاط الضعف في المصفاة بأكملها. ونتيجة لعمليات التحسين، انخفض مؤشر EII من 80 إلى 61.5، وهو ما يعادل فوائد اقتصادية سنوية تبلغ 240 مليون دولار. تستخدم شركة Shell Global Solutions فريقها الداخلي من الخبراء الاستشاريين والبرمجيات المتخصصة في المحاكاة والتحسين التي طورتها، لإجراء تحليلات تحسين أنظمة الطاقة. وتشمل المنتجات البرمجية المستخدمة Aspen Plus وUnisim بالإضافة إلى برمجيات طورتها الشركة بنفسها مثل ECU وSHARC وplan24tune وEMS. من بينها، يُستخدم برنامج ECU لمحاكاة وتحسين أفران تكسير الإيثيلين، بينما يُستخدم برنامج SHARC لمحاكاة وتحسين أجهزة التكسير الحفزي. حتى الآن، نفذت شركة Shell Global Solutions تحسينات على أنظمة الطاقة في 29 مصفاة وشركة بتروكيماويات حول العالم، مما أدى إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة تقدر بحوالي 2% إلى 7% في المصفات، وبنسبة تقدر بحوالي 3% إلى 5% في شركات البتروكيماويات. تمتلك شركة Invensys العديد من المنتجات البرمجية في مجالات محاكاة العمليات (المحاكاة في الحالة الثابتة والديناميكية)، والتحسين خارج الشبكة وداخلها، وأنظمة تدريب المشغلين، ومن بينها PRO/II المستخدمة لمحاكاة العمليات الكيميائية، وHEXTRAN المستخدمة لتحسين أجهزة التبادل الحراري والشبكات، وDYNSIM المستخدمة لمحاكاة العمليات الديناميكية، وROMeo المستخدمة للمحاكاة والتحسين عبر الشبكة. في عام 2002، قامت الشركة بتحسين أنظمة المرافق العامة للإيثيلين لمصنع الإيثيلين في دايسان بكوريا الجنوبية ومصفاة التكرير في ميزوشيما باليابان ； في عام 2005، تم تحسين أنظمة الخدمات العامة في مصنع الإيثيلين في أوهيتا، وكذلك أنظمة الخدمات العامة في مصفاة النفط في آيتشي. اشترت شركة هانيويل في عام 2004 منتج البرمجيات HYSYS الذي يُستخدم للمحاكاة والتحسين في الحالات الثابتة والديناميكية، وفي عام 2005 أطلقت الجيل الجديد من أنظمة محاكاة العمليات الصناعية، وهو UniSim، استنادًا إلى تقنيات HYSYS وUOP. ويجمع هذا النظام بين نظم التصميم والتحسين أثناء التشغيل وتدريب المشغلين ضمن بيئة منتج واحدة، كما يعزز ويطور تقنيات مثل تحسين شبكات تبادل الحرارة وتوليف العمليات الصناعية. من بينها، يُستخدم UniSim Desig لمحاكاة العمليات في الحالة المستقرة، وUnisim DynamicOption لمحاكاة العمليات الديناميكية، وUniSim SQP Optimizer Option لتحسين عمليات المحاكاة، وUniSim ExchangerNet لتحليل نقاط التبادل الحراري وتصميم شبكات التبادل الحراري، أما Profit Optimizer فهو مخصص للتحسين الديناميكي أثناء التشغيل. قامت شركة PIL بتطوير تقنيات لتصميم وتحسين أنظمة تبادل الحرارة لاسترداد الحرارة، بالإضافة إلى برنامج HEAT-int. كما طورت تقنيات وبرمجيات لتصميم وتحسين أنظمة الطاقة البخارية في المصانع، مثل برنامج SITE-int. بالإضافة إلى ذلك، طورت تقنيات وبرمجيات لإدارة وتحسين موارد الهيدروجين في المصانع، مثل برنامج H2-int. من بينها، يتميز منتج البرمجيات H2-int بطريقة فريدة لنمذجة أجهزة الهيدروجنة وأساليب تحسين رياضية متقدمة، كما أنه يتكامل مع محاكاة دقيقة لعمليات شبكة الهيدروجين، مما يسمح بوصف دقيق لكل عملية على حدة وإجراء تحسينات شاملة لعمليات نظام الهيدروجين في المصانع. حاليًا، نفذت الشركة عدة مشاريع لتحسين أنظمة الطاقة، وحققت نتائج جيدة في مجال توفير الطاقة. على سبيل المثال، تم إجراء تحليل لتحسين أنظمة الطاقة في مصفاة جرانجماوث التابعة لشركة BP، والتي تضم 13 وحدة تكرير (3 وحدات للضغط المنخفض والمرتفع، ووحدات للهدرجة الكيميائية والتكسير الحفزي وإعادة التشكيل والألكيلة، بالإضافة إلى عدة وحدات للتنقية بالهدرجة)، بالإضافة إلى 8 وحدات صناعية. وقد أدى ذلك إلى توفير 7.8 مليون دولار سنويًا في استهلاك الطاقة، وذلك من خلال إجراء تعديلات بسيطة في العمليات الإنتاجية ； تم تحسين أنظمة الطاقة في 25 وحدة إنتاجية في مصفاة كوريتون التابعة لشركة BP، وبفضل التعديلات التشغيلية فقط، تم تحقيق وفورات سنوية في استهلاك الطاقة بقيمة 3.7 مليون دولار أمريكي. http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/xjFI9op4iaCnc9dCDiaNApMFYyfeIia5R1ia8iciaUHhs4yBzUz9POmic1fIDDFzzyibsmu32WKcoofTF6sb2wcpjAhUFQ/0?wx_fmt=png ② الوضع المحلي: في السنوات الأخيرة، قامت شركة يوهوا لتقنيات العمليات، وجامعة داليان للتكنولوجيا، والأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة تسينغهوا، وجامعة جنوب الصين للتكنولوجيا، بتطوير تقنيات خاصة مثل التحكم الدقيق في درجة الحرارة والتكامل الحراري للأنظمة الكبيرة، بالإضافة إلى طريقة استخدام درجات الحرارة الافتراضية. كما طوروا برامج لتحسين أداء المبادلات الحرارية وشبكات التبادل الحراري وأنظمة الطاقة البخارية. وقد حققوا نتائج اقتصادية جيدة من خلال تحسين كفاءة استخدام الطاقة في المنشآت والشبكات الحرارية وأنظمة الطاقة البخارية. تستند تقنيات تحسين أنظمة الطاقة التي توفرها شركة يوهوا لتقنيات العمليات إلى نظرية وأساليب التحسين المتكامل للطاقة في “المراحل الثلاث” للأنظمة العملياتية، وقد تم استخدام هذه التقنيات في تنفيذ أكثر من 40 مشروعًا لتحسين كفاءة استخدام الطاقة في المصانع الكيماوية المحلية. من بينها، نتائج التقييم التي تم إعدادها في سبتمبر 2002 بواسطة دائرة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة قوانغدونغ، تحت عنوان “تحسين أنظمة الطاقة في الصناعات الإنتاجية وتطبيقاتها الهندسية في صناعة النفط والبتروكيماويات”، وقد ساهم ذلك في تحقيق أرباح لأربع شركات بقيمة 120 مليون يوان سنويًا. تشمل التقنيات الخاصة ومنتجات البرمجيات التي طورتها الشركة ما يلي: برنامج تحسين المبادلات الحرارية المتخصص (HEDO)، وتقنيات تحسين استخدام الطاقة بعد إضافة الهيدروجين في أجهزة الهيدروجنة، والتقنيات الخاصة بالتبريد العميق والتكامل الحراري للأنظمة الكبيرة، وتقنيات الاستفادة المتكاملة من الطاقة الحرارية عند درجات حرارة منخفضة، وبرنامج تحسين أنظمة الطاقة البخارية (STOpti)، وحزمة التقنيات CWopti المخصصة لتحسين أنظمة المياه المستخدمة في العمليات الصناعية، بالإضافة إلى تقنيات توفير الطاقة في المضخات والآلات، وبرنامج تحسين شبكات المبادلات الحرارية (ODHEN). في عام 2001، تم تنفيذ مشروع لتحسين نظام الطاقة في مصانع التكرير في داتشينغ. وبعد هذا التحسين، انخفض استهلاك البخار بمقدار 2 طن/ساعة إلى 3 أطنان/ساعة، كما ارتفعت درجة حرارة التبادل الحراري بأكثر من 10 درجات مئوية، وانخفض استهلاك الوقود بمقدار 100 كجم/ساعة ； يؤدي النظام الثاني تحت الضغط الجوي إلى رفع درجة حرارة الخروج للتبادل الحراري بمقدار 6°م إلى 8°م، وتقليل استهلاك الوقود من 200 كجم/ساعة إلى 250 كجم/ساعة ； تقليل استهلاك بخار الغلاف الجوي من 8 طن/ساعة إلى 10 طن/ساعة، مع زيادة استرداد الحرارة في درجات الحرارة المنخفضة بحوالي 2500 كيلوواط، والتكلفة الإجمالية حوالي 80 مليون يوان، مما يحقق وفورات سنوية في استهلاك الطاقة تبلغ 32 مليون يوان. تم تنفيذ تحسين لنظام الطاقة في إحدى شركات البتروكيماويات التي تبلغ طاقتها التكريرية 13 مليون طن من النفط الخام سنويًا؛ حيث تم اقتراح وتنفيذ مشاريع مثل التغذية الحرارية والتكامل الحراري، وتحسين نظام الحرارة المنخفضة، وتحسين نظام الطاقة البخارية. بلغ إجمالي تكاليف المشروع 160 مليون يوان، مما أدى إلى خفض استهلاك الطاقة بمقدار 14.9 كيلوغرامًا من النفط المكافئ لكل طن، وحقق ذلك فوائد اقتصادية سنوية بقيمة 360 مليون يوان. طورت كلية الهندسة الكيميائية في جامعة داليان للتكنولوجيا تقنية “تكامل الطاقة في الأنظمة العملية” استنادًا إلى الابتكار المستقل، وقد طرحت لأول مرة “مبدأ التناسق في استخدام الطاقة في الأنظمة العملية”. وبذلك، تم توحيد الأنظمة العملية الضخمة والمعقدة من حيث استخدام الطاقة، وتحويل مشكلة تكامل الطاقة إلى مشكلة تحسين شبكات التبادل الحراري المقيدة. كما تم تطوير برنامج V1.0 لتحسين الشبكات الطاقية الضخمة، والذي يمكنه حل مشاكل تكامل الطاقة في الأنظمة الضخمة بفعالية ； تم طرح استخدام “طريقة درجة الحرارة الافتراضية” (أي الدرجة الحرارية الفعالة) لأول مرة في تحليل نقاط الضغط التشغيلية والتصميمية، وذلك لوصف حالة تدفق الطاقة داخل النظام بشكل صحيح، وبالتالي إجراء تشخيص دقيق لحالة استخدام الطاقة ； تم تلخيص "استراتيجية دمج الطاقة في الأنظمة العملية"، لتوجيه عملية تشخيص استخدام الطاقة في الأنظمة العملية، واكتشاف نقاط الاختناق، والتغلب عليها، بالإضافة إلى التحسين المتزامن لكفاءة استخدام الطاقة وزيادة القدرة الإنتاجية للمنشآت. في الوقت الحالي، تم تطبيق هذه التقنية في أكثر من 20 وحدة إنتاجية تابعة لشركات البتروكيماويات في داليان وجيلين ولياويانغ وفوشون ويانشان وتشيلو، وذلك لتحليل كفاءة استخدام الطاقة والقدرة الإنتاجية لهذه الوحدات. تم تنفيذ 8 خطط لتحسين كفاءة استخدام الطاقة وزيادة القدرة الإنتاجية، مما أدى إلى توفير 10% إلى 20% من استهلاك الطاقة، بالإضافة إلى زيادة القدرة الإنتاجية بنسبة 20% إلى 30%. وقد ساهم ذلك في تحقيق فوائد اقتصادية سنوية تصل إلى 80 مليون يوان. ومن بين ذلك، تم استخدام طريقة درجة الحرارة الافتراضية لإجراء تحليل لاستهلاك الطاقة في نظام الخزانات الباردة في أحد مصانع الإيثيلين في البلاد، وذلك لتحديد نقاط الضعف في استهلاك الطاقة في هذا النظام. كما تم اقتراح منهجية شاملة لاستخدام مبادلات حرارية متعددة الخطوط في العمليات التي تتم في درجات حرارة منخفضة، وذلك نظرًا لصغر فروق درجات الحرارة في عمليات نقل الحرارة في هذه الظروف، بالإضافة إلى استخدام مرافق عامة وسيطة في هذه العمليات. ونتيجة لتطبيق هذه المنهجية، انخفض استهلاك الطاقة في المرافق العامة المستخدمة في التبريد بنسبة 44.5%. طور معهد هندسة أنظمة العمليات التابع لقسم الهندسة الكيميائية بجامعة تسينغهوا نظام محاكاة شبكات تبادل الحرارة HEXTH الذي يتميز بالمرونة العالية والحساسية المنخفضة، بالإضافة إلى أداة TSES للتصميم الأمثل لنظام الطاقة الشامل للمصانع. وقد تم تطبيق هذين النظامين في شركات مثل يانشان للبتروكيماويات، وتشيلو للبتروكيماويات، وجينشي للبتروكيماويات. في مجال محاكاة وتحسين معدات إنتاج الإيثيلين، تم تطوير نظام PYRO-SimP لمحاكاة وتحليل أفران تحلل الإيثيلين من نوع GK-V، بالإضافة إلى نظام EPSOS لمحاكاة وتحسين أفران تحلل الإيثيلين. كما تم تطوير نموذج لديناميكيات تفاعلات التحلل ونموذج لتحسين العمليات على مدار الدورة الكاملة لمعدات إنتاج الإيثيلين في مصنع لانتشو للبتروكيماويات، وقد ساعد ذلك في توجيه عمليات التشغيل بشكل فعال، ووفر دعمًا تقنيًا لزيادة كفاءة إنتاج الأوليفينات وخفض استهلاك الطاقة الكلي في معدات إنتاج الإيثيلين. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام برنامج HEAT-int الخاص بشركة PIL وبرنامج HEATSim الخاص بجامعة تسينغهوا، لتطوير منصة برمجية لتحسين أنظمة استرداد الحرارة في العمليات الصناعية. وتستطيع هذه المنصة تصميم شبكات التبادل الحراري وتعديلها تلقائيًا، بالإضافة إلى محاكاة وتحسين هذه الشبكات ； باستخدام برنامج SITE-int من شركة PIL وبرنامج HEATSim من جامعة تسينغهوا، تم تطوير برنامج لتحسين وإعادة هيكلة منظومة الطاقة البخارية في المصنع بأكمله، والذي يمكنه إجراء تحليلات هندسية لمنظومة المرافق العامة، وتحليل وتحسين أهداف توليد البخار والكهرباء معاً، بالإضافة إلى المحاكاة والتحسين لمنظومة المرافق العامة. تعاون معهد العمليات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم مع شركة ميتسوبيشي اليابانية لتطوير نظام محاكاة عملية التكرير المتأخر للزيت الثقيل، واقترحوا نموذجًا لتركيبة الكربون، كما طوروا نموذجًا لمفاعل التكرير المتأخر، وتم دمجه بنجاح في برنامج Pro/II من خلال واجهة البرنامج ； تم تطوير برنامج متخصص لمحاكاة عملية التكرير المتأخر بالكامل بشكل مستقل، ويمكنه العمل بشكل كامل بمعزل عن برامج محاكاة العمليات التجارية الحالية ； تم تطوير نموذج تحليل كفاءة الطاقة على مدار العملية بأكملها ونظام قاعدة بيانات يعتمدان على الإكسيرجي، لإجراء تحليل لكفاءة استخدام الطاقة وأسباب فقدان الطاقة في المواد الخام والتيارات والوحدات وعملية التصنيع بأكملها. يمكن تشغيل النظام بشكل مستقل، كما يمكن ربطه ببرامج محاكاة العمليات مثل Pro/II و Aspen وغيرها. (3) البحث في التقنيات الرئيسية والوضع الحالي لتطبيقاتها: ① طرق تقييم استخدام الطاقة: في الوقت الحالي، يُعتبر مؤشر كثافة الطاقة (EII) الذي اقترحته شركة سولومون، ومؤشر أفضل التقنيات (Best Technology, BT) الذي طورته شركة KBC، من المؤشرات الرئيسية لتقييم استهلاك الطاقة في مصانع التكرير الأجنبية وشركات النفط. بالإضافة إلى ذلك، لدى شركة شل مؤشرها الخاص لتقييم استهلاك الطاقة، وهو CEL (Correct Energy Loss)، لكن عند مقارنة معايير استهلاك الطاقة، لا يزال من الضروري الاستعانة بمؤشر EII الخاص بشركة سولومون. يتم تحديد مؤشر EII من خلال عوامل رئيسية مثل إجمالي استهلاك الطاقة الفعلي في المصفاة، وقدرة التشغيل للوحدات، ومؤشرات استهلاك الطاقة في هذه الوحدات، بالإضافة إلى استهلاك الطاقة في الأنظمة الخارجية للمصفاة. ويعكس هذا المؤشر تأثير ظروف الوحدات، ومستوى المواد الخام، وشروط التشغيل، وجودة المنتج على استهلاك الطاقة؛ وهو بذلك مؤشر شامل لاستهلاك الطاقة يأخذ في الاعتبار درجة التعقيد في المصفاة، ويُستخدم بشكل أساسي لمقارنة القدرة التنافسية الأفقية بين الشركات المختلفة. يعتمد مؤشر BT الخاص بشركة KBC في المقام الأول على المقارنة الرأسية بين مستوى استهلاك الطاقة لدى الشركات وأفضل مستويات استهلاك يمكن تحقيقها، وذلك من أجل ترتيب الشركات. يسمح هذا المؤشر بتقييم تأثير المواد الخام والعمليات والمعدات على مستوى استهلاك الطاقة بشكل أكثر دقة، كما يساعد في تحديد النقاط الضعيفة في أنظمة استخدام الطاقة في المصانع، مما يوفر دليلاً للشركات لتحسين أنظمة الطاقة لديها بشكل مستهدف. نظرًا لأن المؤشرات المذكورة أعلاه موضوعية إلى حد كبير وسهلة الاستخدام في تحديد إمكانيات توفير الطاقة وتوجيه جهود ترشيدها، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في شركات التكرير الأجنبية أثناء إجراء تحليلات لتحسين أنظمة الطاقة. لكن، نظرًا لأن محتوى البحث المتعلق بطرق تقييم استخدام الطاقة يُعد أحد التقنيات الأساسية للشركة المذكورة، فإن هذا المحتوى لا يتم الكشف عنه أو نقله للآخرين. تستخدم شركات تكرير النفط المحلية بشكل عام مؤشرات استهلاك الطاقة الإجمالي واستهلاك الطاقة لكل عنصر من عناصر العملية، والتي اقترحتها شركة أموكو الأمريكية في ثمانينيات القرن الماضي، بينما تستخدم قطاع الصناعات الكيميائية مؤشرات استهلاك الطاقة الإجمالي للمنتجات الكيميائية. في عام 2005، قامت شركة البترول الوطنية الصينية بتعديل المعايير الأصلية لحساب استهلاك الطاقة في عمليات التكرير، وذلك بشكل أساسي عن طريق تعديل معاملات الطاقة لكل وحدة تكرير وفقًا للتغيرات الحالية في عمليات الإنتاج. في عام 2006، قامت شركة النفط الصينية بتعديل معايير حساب استهلاك الطاقة لمنتجات الإيثيلين، حيث تم تغيير نطاق الحسابات، وأُضيفت مؤشرات مثل استهلاك الطاقة في إنتاج المركبات الثنائية الألكين. ميزة مؤشرات تقييم استهلاك الطاقة المذكورة أعلاه هي تبسيط مفهوم استهلاك الطاقة، مما يسهل مقارنة استهلاك الطاقة بين المنشآت المختلفة، كما يسهل أيضًا مقارنة استهلاك الطاقة بين مصانع التكرير. لكنها تُستخدم فقط لتحليل مستوى استهلاك الطاقة الكلي للمصنع أو المنشأة بأكملها، ولا يمكنها عكس مدى تأثير المواد الخام والعمليات والمعدات على استهلاك الطاقة في المنشأة. وبشكل خاص، لا يمكنها إجراء مقارنة بين المؤشرات الرئيسية لأنظمة استهلاك الطاقة والمعدات المستخدمة في ذلك، كما لا يمكن استخدامها مباشرة لتحديد الجوانب الرئيسية في المنشأة أو النظام التي يمكن تحسين كفاءة استهلاك الطاقة فيها. ②تشمل التقنيات والبرمجيات المستخدمة في محاكاة عمليات التكرير ثلاث فئات رئيسية: طريقة الوحدات المتتابعة، وطريقة المعادلات المترابطة، وطريقة الوحدات المترابطة. من بين هذه الطرق، يعتبر أسلوب الوحدات المتتابعة طريقة لحساب نموذج النظام خطوة بخطوة، من خلال معالجة كل وحدة على حدة. ونظرًا لأن هذه الطريقة سهلة الفهم والتطبيق، فإن معظم برامج محاكاة عمليات التكرير المستخدمة على نطاق واسع تم تطويرها باستخدام هذه الطريقة. أما طرق تحسين عملية التكرير، فتشمل بشكل أساسي طريقة التخطيط الرياضي، وطريقة الذكاء الاصطناعي، وطريقة تحليل نقاط الضغط (والتي تُستخدم بشكل أساسي في تحسين شبكات التبادل الحراري). تعتمد منتجات برمجيات التحسين الاصطناعي المستعرضة أدناه بشكل أساسي على طرق المحاكاة والتحسين المذكورة أعلاه. Petro-SIM هو محاكي تفاعلي كامل الميزات، يجمع بين تقنية KBC Profimatics الرائدة في الصناعة ونماذج العمليات الصارمة لمصافي التكرير التي أثبتت فعاليتها، وقد تم تطويره استنادًا إلى واجهة HYSYS.Refinery. يمكن لـ Petro-SIM إنشاء “مصفاة نموذجية على السطح”， كما يوفر مجموعة كاملة من نماذج تفاعلات عمليات التكرير، وتشمل ذلك أجهزة التكسير الحفزي، وأجهزة إعادة التكوين الحفزي، وأجهزة التكسير بالهيدروجين، وعمليات التنقية بالهيدروجين (بما في ذلك تنقية النافتا والديزل والزيوت الشمعية وإزالة الكبريت من الزيوت الثقيلة)، بالإضافة إلى عمليات التكرير المتأخر، وتفكيك الهيدروكربونات الأروماتية، وعمليات الإيزومرة وغيرها. تم استخدام هذا البرنامج في أكثر من 120 شركة لتكرير البترول حول العالم، وقد حقق نتائج ممتازة في تحسين خطط الإنتاج وأنظمة PIP وأنظمة الطاقة. Aspen RefSYS هو برنامج ممتاز لمحاكاة العمليات الكاملة في المصافي، تم تطويره من قبل شركة Aspen باستخدام نظام HYSYS الشهير لمحاكاة العمليات الصناعية، بالإضافة إلى دمج نماذج التفاعلات الخاصة بشركة UOP العالمية المتخصصة في تقنيات تكرير النفط (والتي تشمل التكسير الحفزي وإعادة التكرير الحفزي والتكسير الهيدروجيني والتنقية الهيدروجينية). يساعد هذا البرنامج المصافي على تحسين طرق التشغيل لديها، وتوقع أداء المصفاة بدقة أكبر. حاليًا، تستخدم 23 من أكبر 25 شركة نفط في العالم هذا المنتج. Aspen Plus هو أداة محاكاة للعمليات الكيميائية في الحالة الثابتة من شركة Aspen، وهي قادرة على حل مسائل توازن الكتلة والطاقة في العمليات المستمرة. يضم البرنامج قاعدة بيانات شاملة، ولديه خط إنتاج طويل وقدرة تكامل عالية؛ وهو البرنامج الوحيد الذي يجمع بين خوارزميتين للمحاكاة في أداة واحدة، وهما الخوارزمية التسلسلية SM والخوارزمية القائمة على المعادلات المتزامنة EO. بالإضافة إلى المكونات والخصائص الفيزيائية ومعادلات الحالة، يتضمن البرنامج أيضًا مجموعة غنية من وحدات التشغيل، كما يتمتع بقدرات قوية في تحليل النماذج والعمليات. يُعد منتج PRO/II الخاص بشركة Invensys برنامجًا لمحاكاة العمليات الكيميائية المستقرة، وقد نشأ في الأصل عام 1967 مع تطوير أول برنامج لمحاكاة عمليات التقطير في صناعة التكرير في العالم، وهو برنامج SP05، من قبل شركة SimSci. في عام 1973، أطلقت شركة SimSci برنامج محاكاة يعتمد على الرسوم البيانية للعمليات، وفي عام 1979 أطلقت برنامج محاكاة العمليات القائم على أجهزة الكمبيوتر باسم Process (وهو السلف لبرنامج PRO/II). يحتوي PRO/II على قاعدة بيانات متكاملة لخصائص المواد، ونظام قوي لحساب الخصائص الثيرموديناميكية، بالإضافة إلى أكثر من 40 وحدة للعمليات المختلفة. يمكن استخدامه في محاكاة الحالة الثابتة للعمليات، وحساب خصائص المواد، وتصميم المعدات، وتقدير التكاليف/التقييم الاقتصادي، وتقييم الجوانب البيئية، بالإضافة إلى عمليات حسابية أخرى. يُعد نظام ROMeo نظام تحسين عبر الإنترنت من الجيل الجديد، طورته شركتا Invensys وShell بالاشتراك، ويتميز ببنية تطبيقية مفتوحة. فهو يجمع بين الخبرات التي تمتلكها شركة Invensys في مجالات الديناميكا الحرارية والعمليات الوحدية، والتقنيات الرائدة لشركة Shell في مجال النمذجة الرياضية وخوارزميات التحسين. ويُعد هذا النظام محاكاةً وتحسينًا عبر الإنترنت قائمًا على منطق فيزيائي صارم وموجه نحو حل المعادلات، كما أنه يقدم حلولًا برمجية شاملة لمحاكاة وتحسين عمليات التكرير. أصبح برنامج ROmeo المنتج البرمجي القياسي لشركة إكسون موبيل في تحسين العمليات التصنيعية عبر الإنترنت. يُعد Unisim برنامجًا جديدًا لمحاكاة العمليات الصناعية، طورته شركة Honeywell في عام 2005 استنادًا إلى تقنيات HYSYS وUOP. يجمع هذا البرنامج بين أدوات التصميم والمحاكاة والتحسين المستمر وتدريب المشغلين في بيئة برمجية واحدة، كما يعزز من تقنيات تحسين شبكات التبادل الحراري وتصميم العمليات الصناعية. http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/xjFI9op4iaCnc9dCDiaNApMFYyfeIia5R1ia6dtaryM36g6VMibVibJIXF7Nng7BF5ficvYD5mSVT9BRmKZOaiax3Q2JfQ/0?wx_fmt=png ③ تقنيات وبرمجيات المحاكاة والتحسين للمعدات الرئيسية في عمليات التكرير؛ حيث تعتبر أجهزة التقطير تحت الضغط الطبيعي من أهم المعدات في مصانع التكرير، وتشمل بشكل أساسي برج التقطير الأولي، وبرج التقطير تحت الضغط الطبيعي، وبرج التقطير تحت الضغط المنخفض، وهي أجهزة معقدة تتميز بوجود مدخلات متعددة ومخارج متعددة، بالإضافة إلى نظام إعادة تدوير السائل في المراحل المختلفة. تشمل طرق محاكاة أعمدة التقطير المعقدة من هذا النوع بشكل أساسي طريقة الحساب لوحة تلو الأخرى، وطريقة المصفوفات، وطريقة معامل F، وأكثرها استخدامًا هي طريقة الحساب لوحة تلو الأخرى، كما تم تطوير وحدات محاكاة متخصصة لها، مثل وحدة PetroleumDistillation Column في Aspen RefSys، ووحدة DIS-SIM في Petro-SIM، ووحدة PetroFrac في Aspen Plus، وغيرها. تم تطبيق هذه الوحدات في العديد من مصانع التكرير، وقد حققت جميعها دقة مرضية. جهاز التكسير الحفزي هو جهاز معالجة ثانوي مهم في مصانع تكرير النفط، ويكمن جوهر عملية المحاكاة والتحسين في نظام التفاعل وإعادة التنشيط. حاليًا، تشمل منتجات برامج المحاكاة والتحسين ذات الصلة التي تم تطويرها محليًا ودوليًا بشكل رئيسي برنامجي Aspen FCC وAspen RefSYSCatCracker من شركة Aspen، وبرنامج FCC-SIM من شركة KBC، وبرنامج SHARC من شركة Shell، بالإضافة إلى برنامج FCCM من شركة لويانغ لهندسة البتروكيماويات المحلية. ومن بين ذلك، يستخدم برنامج Aspen FCC نموذج التفاعل الخاص به في جزء يعتمد على نموذج ديناميكا التفاعلات المجمعة المكون من 21 مكون، وهو نموذج شامل ومتقدم لوصف تفاعلات الكركنة الحفازة. ويسمح هذا النموذج بوصف مسار التفاعلات بشكل معقول، كما يتضمن نموذج المفاعل الأسطواني قسمًا تمهيديًا واحدًا وقسمين للتفاعل. أما جزء فصل المنتجات، فيتم فيه استخدام طرق رياضية لتحديد توزيع المنتجات وخصائصها عند حدوث تغيرات في خصائص المواد الخام أو ظروف التشغيل. كما يمكن استخدام هذا البرنامج لإجراء حسابات لتحسين أداء المنشأة، حيث يمكن أن يكون الهدف من التحسين هو تحقيق أقصى نسبة إنتاج لمنتج معين، أو تحقيق أقصى فائدة اقتصادية للمنشأة. أما المتغيرات المستخدمة في التحسين، فهي درجة حرارة تسخين المواد الخام، درجة حرارة مخرج الأسطوانة، نسبة الأكسجين في الغازات الناتجة عن عملية إعادة التنشيط، ضغط جهاز الترسيب، ضغط جهاز إعادة التنشيط، كمية الزيت المُعاد تدويره، خصائص الحفاز وغيرها. Aspen RefSYSCatCracker هو نموذج ميكانيكي دقيق وسهل الاستخدام، وهو وحدة معالجة النفط ضمن برنامج Aspen RefSYS، ويمكن دمجه بسرعة في عمليات المصنع بأكمله. نموذج FCC-SIM الخاص بشركة KBC هو نموذج محاكاة لآليات عمل أجهزة التكسير الحفزي، حيث يتم إنشاء نموذج لتوازن الطاقة بناءً على مبادئ ديناميكيات احتراق الكوك المتشددة. كما يحتوي النموذج على نماذج ديناميكية مفصلة لمفاعلات الأنابيب الرافعة وعمليات إعادة تكرير الكوك، ويمكن لنموذج نشاط العوامل المحفزة أن يساعد في اختيار المواد الخام المناسبة ومعدلات التحويل والعوامل المحفزة المناسبة لوحدة التكسير الحفزي المعينة. يُعد نموذج SHARC الذي أطلقته شركة شل في عام 1995 نموذجًا آليًا صارمًا أيضًا، ويمكن استخدامه للتنبؤ بتأثير التغيرات في المواد الخام والعوامل الحفازة وشروط التشغيل على أداء وحدات التكسير الحفزي، ولتحسين تشغيل هذه الوحدات؛ وقد تم تحديث هذا النموذج 7 مرات حتى الآن. يقوم هذا النموذج أولاً بحساب التوازن بين الكربون والحرارة في الجهاز، ثم يقدّر تأثير تغيرات معدلات إضافة المواد الخام والمحفزات وظروف التشغيل على معدلات الإنتاج وخصائص المنتج، مما يسمح للمستخدمين بتحسين أداء الجهاز من خلال اختيار وتحسين المواد الخام، وتقييم والتحكم في المحفزات ； يتم استخدام تقنية شل الخاصة للتعبير عن خصائص المواد الخام؛ فعلى سبيل المثال، يعد التنبؤ بمعدل إنتاج الكوك باستخدام الكوك غير القابل للتبخر (NVC) أكثر دقة من استخدام قيمة الكربون المتبقي لكونرادسون في العادة ； يتمتع ببنية مفتوحة، مما يسهل دمجه مع محسنات أخرى عبر الإنترنت ونماذج التخطيط الخطي في مصافي التكرير. تم تطوير نموذج FCCM الخاص بشركة لويانغ لهندسة البتروكيماويات على أساس نموذج الديناميكا التراكمية الثالث عشر لتكسير الزيت الثقيل بواسطة الحفاز، بالإضافة إلى نماذج الديناميكا الخاصة بتجديد الحفاز ونماذج تدفق ونقل المواد داخل أجهزة التجديد، وهو مناسب لأنواع مختلفة من المفاعلات وأجهزة التجديد. إعادة التشكيل الحفزي هو أحد وحدات المعالجة الثانوية المهمة في مصافي التكرير، ويُعد بحث وتطوير نماذج ديناميكا التفاعل في عملية إعادة التشكيل جوهرًا لتحقيق المحاكاة الشاملة لعملية الوحدة. نظرًا لوجود أكثر من 300 مركب يشارك في التفاعلات، والتي تشمل تفاعلات مثل إزالة الهيدروجين وتحول الحلقيات الألكانية إلى مركبات عطرية، وإزالة الهيدروجين وتحول الألكانات إلى حلقيات، والتحول المتبادل، والتكسير الهيدروجيني، فإن هذه التفاعلات تحدث إما بشكل متسلسل أو متوازي أو متقاطع، مما يشكل نظامًا تفاعليًا معقدًا. ولذلك، فإن المفتاح في عملية تطوير نماذج ديناميكا التفاعل هو التبسيط المنطقي للمكونات المجمعة وبناء شبكة التفاعلات بينها. حاليًا، طور العلماء المحليون والأجانب العديد من نماذج ديناميكا التفاعلات المجمعة، وتشمل هذه النماذج نموذج سميث المكون من 4 مكونات، ونموذج راماج المكون من 13 مكونًا، ونموذج ونغ هويشين وآخرين المكون من 16 مكونًا، ونموذج خورخي المكون من 24 مكونًا، ونموذج فرومنت المكون من 28 مكونًا، وغيرها. أكثر النماذج تمثيلاً هو النموذج المكون من 13 عنصرًا لراماج، والذي يُستخدم على نطاق واسع في بدء تشغيل المنشآت الصناعية، ومراقبة العمليات، وتشخيص الأعطال، وتحسين العمليات والتصميم، بالإضافة إلى توجيه الأبحاث والتطوير، مما أدى إلى تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة. في الوقت الحالي، تحتوي بعض برامج محاكاة العمليات العامة على نماذج لتفاعلات إعادة التكسير الحفزي، مثل وحدة Reformer في برنامج Aspen RefSYS، ووحدة Ref-SIM في برنامج KBC. يمكن لنموذج التحويل الكيميائي بالتحفيز المدمج في Aspen RefSYS محاكاة أجهزة التحويل المستمر وأجهزة التحويل شبه المعاد تدويرها، كما يتمتع بمعدل فقدان فعالية العوامل المساعدة في التفاعلات، وذلك استنادًا إلى كمية المعدن المستخدم كعامل مساعد وإلى سجل أداء هذا العامل على مر الزمن. يحتوي نموذج REF-SIM الخاص بشركة KBC على نماذج للتكرير المستمر والتكرير شبه المعاد تدويره والوحدات الدورية، ويشمل ردود فعل ديناميكية مفصلة تُحدد حسب عدد ذرات الكربون ونوعها. تعتبر وحدات التكسير الهيدروجيني من الوحدات الأساسية لإنتاج الزيوت الخفيفة عالية الجودة، ولذلك فإن متطلبات نمذجتها صارمة. في الوقت الحالي، هناك عدة نماذج ديناميكية لتفاعلات التكسير الهيدروجيني ذات الأهمية، ومن بينها: 1) النموذج المتكامل المكون من أربع مجموعات، والذي يتم تطبيقه على زيوت التقطير المخفضة الضغط من روماشكين وألانس. وفي درجات حرارة وضغوط معينة، تتطابق القيم التي يتنبأ بها هذا النموذج مع القيم التجريبية ； 2) نموجذرة ديناميكيات التفاعلات المتعددة للمقطرات الضيقة؛ يتفق هذا النموذج في توقعه لنطاق الغليان ومعدل العائد للمنتجات ضمن نطاق واسع من نقاط غليان المواد الخام مع بيانات المصنع التجريبي، ولذلك يُعتقد أنه يمكن استخدامه للتنبؤ بالاستيفاء بمعدل عائد المنتجات التي لم يتم اختبارها ； ٣) نموذج تجميعي مكون من سبعة أقسام، مصنف حسب نقطة الغليان والخصائص الكيميائية. حاليًا، تشمل برامج المحاكاة الشائعة للتحطيم الهيدروجيني نموذج Hydrocracker من Aspen RefSys ونموذج HCR-SIM من KBC. ومن بينها، يشمل نموذج الهيدروكراكر جميع العمليات الكيميائية الأساسية، مثل إزالة الكبريت عن طريق الهيدروجينة، وإزالة النيتروجين عن طريق الهيدروجينة، وإزالة المعادن، وإشباع الأوليفينات والأروماتيكات، وفك الحلقات، وإزالة الألكانات، وتكسير البارافينات، وتحويل البارافينات إلى أشكال أخرى، بالإضافة إلى نموذج تثبيط فعالية العوامل المساعدة في التفاعلات. يتضمن نموذج HCR-SIM الخاص بشركة KBC أيضًا جميع التفاعلات الرئيسية، وباستخدام حسابات دقيقة لتوازن الحرارة، يمكن تحديد ارتفاع درجة حرارة سرير التفاعل، مما يسمح بالتنبؤ بدقة بكميات المنتجات والهيدروجين المستهلكة. تشمل عملية التنقية بالهيدروجين مفاعلات، وأجهزة فصل الغاز عن السائل، ومبادلات حرارية، وأبراج التقطير، وضواغط دورانية، إلخ. أما نماذج الديناميكا الحيوية للتفاعلات فتشمل نماذج تشبع الأوليفينات، ونماذج إزالة الكبريت، ونماذج إزالة النيتروجين، ونماذج إزالة الأكسجين، بالإضافة إلى نماذج تشبع الأروماتيكات، ونماذج فك حلقات الأروماتيكات، ونماذج فك حلقات النافثينات. حاليًا، من برامج محاكاة تنقية الهيدروجين الشائعة نجد نموذج Hydrotreator في برنامج Aspen RefSys، ونموذج DHTR-SIM في برنامج KBC. يتضمن نموذج Hydrotreator نماذج مخصصة للزيوت المقطرة وزيوت الشمع وزيوت الخبث ； يتمتع نموذج DHTR-SIM بتصوير ديناميكي دقيق لجميع التفاعلات الرئيسية، بما في ذلك إزالة الكبريت بالهدرجة، وإزالة النيتروجين بالهدرجة، وتشبع الحلقات العطرية والتحلل، كما يمكنه تصوير عملية إزالة الكبريت بدقة في مستويات محتوى الكبريت المنخفضة للغاية. يوجد القليل من التقارير الأدبية حول نماذج الآليات لوحدات التكويك المؤخر؛ وأهم برامج المحاكاة المطورة حالياً لوحدات التكويك هي DC-SIM من شركة KBC، وبرنامج DCLK من شركة لويانغ للهندسة البتروكيماوية، ونظام محاكاة عملية التكويك المؤخر للزيوت الثقيلة التابع لمعهد العمليات بالأكاديمية الصينية للعلوم. من بينها، يُعد برنامج DC-SIM الخاص بشركة KBC نموذجًا لمحاكاة آليات أجهزة التكرير بالتأخير، وهو قادر على محاكاة تأثيرات المتغيرات العملياتية الرئيسية مثل درجة حرارة برج الكوك، ونسبة الدوران، وضغط التشغيل، وخصائص المواد الخام، كما يمكن دمجه في برنامج Petro-SIM لاستخدامه. برنامج DCLK الخاص بشركة لويانغ لهندسة البتروكيماويات هو برنامج لمحاكاة وتحسين عملية التكرير المتأخر في الصناعة، وقد تم تطويره استنادًا إلى نموذج ديناميكيات التفاعلات الكيميائية في عملية التكرير. يمكن لهذا البرنامج أن يعكس الخصائص غير المستقرة لمنشآت التكرير المتأخر، كما يمكنه التنبؤ بمعدل إنتاج المنتجات في أي لحظة خلال دورة تشغيل الخزان، بالإضافة إلى تحديد التركيب الفوري للمواد الموجودة داخل الخزان. نظام محاكاة عملية التكويك المؤجل للزيت الثقيل، الذي طوره الأكاديمية الصينية للعلوم بالتعاون مع شركة ميتسوبيشي اليابانية، يشمل نموذج مفاعل التكويك المؤجل، ومحاكاة كاملة لعملية التكويك المؤجل، ونموذج تحليل كفاءة الطاقة طوال العملية القائم على الطاقة الفعالة، ونظام قاعدة بيانات، إلخ. ويمكن تشغيل هذا النظام بشكل مستقل، كما يمكن ربطه ببرامج محاكاة العمليات مثل Pro/II و Aspen وغيرها. تشمل اتجاهات تحسين كفاءة استخدام الطاقة في مصانع الإيثيلين بشكل أساسي تحسين محاكاة تفاعلات التكسير وتحسين محاكاة المناطق الباردة. في الوقت الحالي، يمكن تقسيم نماذج تفاعلات التحلل إلى ثلاث فئات: نماذج الديناميكا التجريبية، والتي تستخدم دالة عمق التحلل KSF وقيمة PONA لوصف توزيع المنتجات الناتجة عن عملية التحلل ； نماذج ديناميكا التفاعلات الجزيئية الممثلة بنموذج كومار ； النماذج الآلية التي يمثلها نموذج SPYRO. من المنتجات البرمجية الرئيسية: SPYRO (TECHNIP)، ECU (SHELL)، OlefinSim (KBC)، PYRO-SimP (جامعة تسينغهوا)، وغيرها. من بينها، يعتبر نموذج SPYRO الأكثر نجاحًا؛ حيث يتضمن أحدث نظام لديه أكثر من 7000 تفاعل تشمل حوالي 240 جذرًا حرًا ونوعًا من الجزيئات (أو مكونات مكافئة)، ويمكنه التنبؤ بمعدلات إنتاج المنتجات الناتجة عن التحلل من C2 إلى HVGO. يتم حساب برنامج SPYRO على مرحلتين، حيث تستخدم المرحلة الأولى نموذجًا ديناميكيًا مبسطًا لحساب توزيع الضغط المدقق وتوزيع درجة حرارة المواد ； في المرحلة الثانية، يتم حساب توازن الطاقة وديناميكيات التفاعلات الأولية وفقًا لآلية تفاعل الجذور الحرة، استنادًا إلى توزيع درجات الحرارة المحصل عليه في المرحلة الأولى. من خلال الدمج مع برامج محاكاة العمليات، والتكامل مع عمليات الحساب التكراري في SPYRO، يتم تحسين حسابات الخيارات المختلفة أثناء العملية ومحاكاة البيانات الإنتاجية بشكل ديناميكي، مما يؤدي إلى تقديم صورة أكثر دقة لحالة التشغيل الإنتاجي. وبذلك، يمكن تحسين هيكل المواد الخام والمنتجات الناتجة عن تحلل الإيثيلين، وبالتالي تحقيق توفير الطاقة وزيادة الكفاءة. من المتوقع أن يؤدي استخدام هذا النموذج في إدارة عمليات فرن التحلل، واختيار المواد الخام، وتحسين عملية الإنتاج، إلى زيادة معدل إنتاج الإيثيلين بنسبة تتراوح بين 1% و4%. على سبيل المثال، بعد أكتوبر 2004، تأثرت مواد خام الإيثيلين في مصفاة يانشان البتروكيماوية بشكل تدريجي بسبب معالجة الزيوت الخارجية في وحدات التكرير، مما أدى إلى انخفاض مستمر في معدل إنتاج الإيثيلين، كما قلّت فترات تشغيل أفران التكسير بشكل ملحوظ. ومن خلال متابعة مواد التكسير والظروف العملية وتركيبة المنتجات الناتجة عن التكسير، وباستخدام برنامج SPYRO لإجراء حسابات تقديرية لأفران التكسير، بالإضافة إلى تطبيق تقنيات مثل تحليل الطاقة المتاحة وتحليل نقاط الانعطاف، تم وضع خطط لتحسين تسلسل عمليات الفصل وعمليات التبادل الحراري وطرق التشغيل. بدأ الجهاز عمله في مارس 2005، وتُظهر البيانات الصناعية أنه: دون أن يتأثر دورة التشغيل بشكل كبير، ارتفع معدل استخلاص الإيثيلين بنسبة تقارب 1%. ④تقنيات وبرمجيات محاكاة وتحسين شبكات التبادل الحراري: لقد بدأ الاهتمام بمشكلة تحسين شبكات التبادل الحراري كجزء من عملية التصميم الشامل للعمليات منذ ستينيات القرن الماضي، حيث قام العديد من الباحثين بدراسة معمقة لمشكلة التحسين الشامل لهذه الشبكات وتطبيقها في المشاريع الهندسية العملية، مما أدى إلى تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة. تشمل طرق تحسين شبكات تبادل الحرارة بشكل أساسي تقنية نقاط الضغط، والبرمجة الرياضية، والذكاء الاصطناعي. من بينها، تقنية النقاط المحورية هي تقنية اقترحها لينهوف في عام 1982. تستند هذه التقنية إلى المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية، وتُستخدم بشكل أساسي في التحسين الشامل لشبكات تبادل الحرارة. انطلاقاً من فكرة وجود حد أقصى لاسترداد الطاقة، تقوم هذه التقنية بتحديد العوائق التي تحول دون استرداد الطاقة من خلال دمج منحنيات الحرارة والإنثالبي أو جداول المشاكل، ثم إنشاء شبكة أولية لاسترداد الطاقة بأقصى قدر ممكن. بعد ذلك، يتم الموازنة بين تكاليف الاستثمار وتكاليف التشغيل، ويتم تحسين الشبكة أكثر للحصول على شبكة تبادل حراري مثلى. في عام 1986، اقترح فريقان من الباحثين، هما لينهوف وأحمد من جهة، وفلوداس وآخرون من جهة أخرى، بشكل مستقل طرقًا مختلفة لحل مشكلة تحسين شبكة تبادل الحرارة للحصول على أفضل فرق في درجات الحرارة عند نقطة الالتقاء؛ وأطلق الأولون على طريقتهم اسم "طريقة الهدف الفائق" (Supertargeting) ； في عام 1992، اقترح يون تشينغهوا وهوا بين وآخرون أن عدم الأخذ في الاعتبار خسائر الطاقة الفعالة للتدفق وتحسين وحدات التطابق قد يؤدي إلى حل غير مثالي حقًا لفرق درجة الحرارة عند النقطة الحرجة. كما قاموا بإثبات تفصيلي لتأثير الأخذ في الاعتبار المتزامن لخسائر الطاقة الفعالة للتدفق، وتحسين وحدات التطابق، وتعزيز نقل الحرارة على فرق درجة الحرارة الأمثل عند النقطة الحرجة، ثم اقترحوا استراتيجية تحسين محسنة ； في طريقة الفروقتين الحراريتين الدنيا التي اقترحها تشالاند وآخرون (1981) وكليبرت (1982)، تُؤخذ الفرق الحراري الدنيا للتبادل الحراري للمنحنى المركب على أنه HRAT لتحديد قيمة الطاقة المزودة من الخارج، بينما عند تكوين الشبكة، تُؤخذ الفروقات الحرارية للتبادل الحراري لكل وحدة تبادل حراري على حدة على أنها E-MAT، وEMAT