知識經濟下的化學工程師與程序系統工程 (PSE)

尤明隆Ming-Lung Yu

PSE Technology, Taiwan

自我介紹• 76 年中央化工系畢業• 78 年台大化工所碩士班畢業• 84 年台大化工所博士班畢業• 84 年進入東帝士企業，參與七輕計劃• 90 年進入 PSE Technology ，從事程序系統工程

(Process System Engineering , PSE ) 相關工作• 協助台化公司進行現有芳香烴廠改善與擴建工程• 協助台化公司進行新建芳香烴廠的最適化設計與規劃

職場生涯規劃

• 學術界或工業界 ?• 第一份工作去那找 ?• 我能進工廠工作嗎 ?• 月薪要多少 ?• 何時升小主管 ?• 何時年薪破百萬 ?• 何時當經理 ?

化工廠的生命週期與化工人的舞台

•可行性評估 試車•環境影響評估 生產營運•基礎設計 維護保養•細部設計 翻修•整地營建 結束營運報廢•設備採購•設備 ,管線組裝

可行性評估• 技術、財務、市場可行性分析• 整廠物料平衡計算 -- 線性規劃• 整廠公用物料計算 -- 線性規劃• 最適製造流程決定 -- 線性規劃• 原物料、產品價格之調查與預估• 投資報酬率計算跨國貿易公司、日本商社建廠籌劃小組技術顧問公司 (PSE Tech.)工程顧問公司 ( 中鼎 )

環境影響評估• 環境影響說明• 環境影響評估建廠籌劃小組工程顧問公司 (中鼎、富台 )

基礎設計• 設計概念• 細部流程決定 -- 穩態模擬• 最適化設計 -- 穩態模擬• 完成整廠物料平衡數據• PFD• P&ID製程研發機構 (UOP, IFP, Exxon)技術顧問公司 (PSE Tech.)仲介、代理商、貿易商

細部設計• 設備大小、結構與材質之決定• Piping

• Lay out

• 土木結構設計工程顧問公司 (中鼎、富台 )

整地營建

•鑽探、整地、打樁•儲槽興建•地下管線•土木結構營造公司監工

設備採購• 熱交換器、加熱爐、鍋爐• 轉動設備：泵浦、壓縮機、渦輪機、發電機

• 蒸餾塔、塔板• 控制閥、感測器• DCS

• 觸媒製造商、仲介、代理商、貿易商、商社

設備、管線組裝• 結構物架設、組立• 設備安裝、組立• 管線裁切、焊接• 電路安裝各類技工或粗工工程包商監工

試車• 設備驗收• 操作員訓練• 動態模擬器• 備料• 開始試車製程研發機構 (UOP, IFP, Exxon)技術顧問公司 (PSE Tech.)建廠籌劃小組製造商、仲介、代理商、貿易商、商社

生產營運• 最適化操作 -- 製程與控制改善• 穩態與動態模擬軟體的使用• 最佳生產模式之決定 -- 線性規劃• 原料選擇與採購 -- 線性規劃• 降低成本、提高利潤工廠員工跨國貿易公司、日本商社工程顧問、仲介、代理商、貿易商、商社下游加工業

翻修• 針對市場的變化進行生產架構的調整• 產品種類與數量的調整• 老舊設備汰換製程研發機構 (UOP, IFP, Exxon)技術顧問公司 (PSE Tech.)仲介、代理商、貿易商

化工就業市場• 石化工廠 產量、成本、景氣• 製程研發機構 技術與研發能力• 技術顧問公司 技術與經驗•工程顧問公司 經驗與成本• 貿易公司、商社 合作關係 • 仲介、代理商、貿易商 機率• 化工設備製造商 效能與成本• 工程包商 經驗與成本

知識經濟下的化工業• Work Smart, not Work Hard

• 拼腦力、不要拼體力• 重視製程研發與改善以強化競爭力• 善用各種模擬輔助工具• 賺 Know-How不要賺Man-Hour善用程序系統工程 (PSE)

程序系統工程 (PSE)

是關於如何規劃、設計、操作與控制化學製程的化學工程決策的方法學

工廠操作的目標

• 安全：無論如何不可將製程操作在會危害人員、環境或設備的狀態下

• 產品：必須將工廠操作在使產品品質與產量目標可達成的狀態下

• 效率：最經濟地操作製程以使操作費用減至最低

• 利潤： $ $ $

經常討論的問題•新工廠如何以最有效益的方式設計、建造與開車 ?

•現有工廠能否生產更有價值的產品 ?•工廠是否操作在最佳的條件下 ?•如何正確地決定生產計劃以謀求最大的利潤 ?•何處是阻礙工廠增產的真正瓶頸 ?•若目前的設備遭逢瓶頸，則應進行何種修改以得到更有效率與利益的操作 ?

程序系統工程技術

• 線性規劃與優化

• 製程模擬 ( 穩態與動態 )

• 電腦程序控制

• 優化 (包含專家系統 )

PSE 的應用

•用於工廠規劃與設計階段•用於工廠開車階段•用於操作問題的排除與改善•用於工廠增產與去瓶頸•用於生產計劃與管理

工廠規劃與設計階段

•可行性評估與架構設計•對製程單元產生能量與質量平衡•製程單元處理容量與配置的探討•製程各部份相互影響的研討•控制策略的擬定•模擬開車、停車與緊急情況的處置與程序

工廠操作

•問題排除控制與製程問題

•輔助開車與操作員訓練

•增產 (去瓶頸 )效果與要件的研討

•工廠操作優化

實例 1 ：新芳香烴廠設計之優化 1. 苯塔與甲苯塔之熱整合

• 原始設計： Figure 10-A

• 變更設計： Figure 10-B

- 熱整合 -甲苯塔增加操作壓力 2.5 Kg/cm2

-甲苯塔增加 16個塔板

Original DesignModified Design

Reboiler Duty (M Kcal/hour)

27.68 37.71 65.39 0Benzene Column Toluene Column Total Duty Duty Savings (%)

42.66 42.66 34.8

BenzeneColumn

Benzene

TolueneColumn

Toluene

To Xylene Splitter

Figure 10-A. Originl Design of Benzene Column and Toluene Column

Feed Stream

BenzeneColumn

Benzene

Toluene

To Xylene Splitter

Figure 10-B. Modified Design of Benzene Column and Toluene Column

TolueneColumn

Reboiler Reboiler

實例 2 ：芳香烴廠二甲苯分離塔設計

之重新配置• 原始設計 :二座二甲苯分離塔以並聯方式操作

• 變更設計 :二座二甲苯分離塔改以串聯方式操作

• 效益： 生產能力提昇、即鄰二甲苯增產 67%且對二甲苯增產 3%

111

75

61

43

56

25

70

140

XyleneSplitter A

XyleneSplitter B

210

130

Ortho-XyleneColumn

61

Parex Unit Isomar Unit

Para-Xylene toStorage

Toluene toTatoray Unit

HeavyAromaticsto Storage

C9 Aromaticsto Tatoray Unit

Ortho-Xyleneto Storage

Bottoms Product fromToluene Column

Bottoms Productfrom Reformate

Splitter

Figure 11: Xylene Splitter A and Xylene Splitter B are operated in parallel.

Bottoms Product fromDeheptanizer to XyleneSplitter A and B

MixedXylene

HeavyAromatics

Column

111

75

61

43

56

110

130

70

25

70

140

XyleneSplitter A

210

Ortho-XyleneColumn A

130

Ortho-XyleneColumn B

61

Parex Unit Isomar Unit

Para-Xylene toStorage

Toluene toTatoray Unit

HeavyAromaticsto Storage

C9 Aromatics toTatoray Unit

Ortho-Xyleneto Storage

Bottoms Product fromToluene Column

Bottoms Productfrom Reformate

Splitter

MixedXylene

Feed

Bottoms Product fromDeheptanizer to XyleneSplitter A and B

MixedXylene

XyleneSplitter B

HeavyAromatics

Column

Figure 12: Xylene Splitter A and Xylene Splitter B are operated in series.

結論

• 拼腦力、不要拼體力• 發揮想像力、不墨守成規• 擴大視野、楚材晉用• 重視製程研發與改善• 善用各種模擬輔助工具• 善用程序系統工程 (PSE)