Рассматривается задача синтеза оптимальных систем рекуперативного теплообмена, а также преимущества и недостатки современных методов ее решения. Приводятся формализованные постановки составляющих оптимизационных задач строгого декомпозиционного алгоритма. Исходная задача дискретно-непрерывного нелинейного математического программирования разбивается на последовательность трех локальных задач: линейного программирования для минимизации суммарных приведенных операционных затрат, смешанного целочисленного программирования с целью минимизации числа теплообменного оборудования, нелинейного программирования для минимизации приведенных капитальных затрат путем построения гипотетически обобщенной модели системы теплообмена. На разработанных в среде универсально-моделирующего пакета Aspen HYSYS строгих компьютерных моделях технологических установок гидроочистки тяжелого газойля коксования и гидрокрекинга исследуются источники и стоки тепловой энергии. На основе рассчитанных параметров горячих и холодных технологических потоков методом пинч-анализа проводится оценка энергоэффективности и приводятся рассчитанные показатели потенциала для энергосбережения. Полученные результаты анализа характеризуют низкую энергетическую эффективность исследуемых систем и являются предпосылкой для решения задачи синтеза. С использованием декомпозиционного алгоритма решается задача проектирования оптимальных систем теплообмена исследуемых установок. Показывается, что полученное решение значительно превосходит по критерию суммарных приведенных капитальных и эксплуатационных затрат существующий вариант организации системы теплообмена, что характеризует высокую эффективность исследуемого метода и практическую значимость полученных результатов. Синтезированные системы теплообмена позволяют рекуперировать 99,2-99,8% от предельно возможного количества тепловой энергии, что удовлетворяет и энергетическому критерию. В завершении обсуждаются вопросы дальнейшего совершенствования современных методов синтеза систем теплообмена и крупномасштабной тепловой интеграции.