一、化工工業(yè)過程節(jié)能的意義和原則
目前，我國化工企業(yè)的能量有效利用率平均僅為35%左右，不但與世界先進國家同類企業(yè)的指標差距很大，而且在國內(nèi)先進企業(yè)與落后企業(yè)之間的指標差距也相差20%甚至一倍還多。
化工工業(yè)存在的能量損耗，主要是因為在生產(chǎn)過程完成之后，有些能量被產(chǎn)品帶走，而有些能量被廢棄。雖然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種能量廢棄越來越小，但一般不可能為零?；すI(yè)過程的節(jié)能技術(shù)的一個主要方面就是考慮將被排出的能量回收反復(fù)使用，直到再無使用價值，再行廢棄。在此基礎(chǔ)上，形成的節(jié)能原則主要有兩條：一是減少不可逆過程有效能損失；二是減少有效能廢棄。相應(yīng)地，化工節(jié)能應(yīng)遵循的基本觀點大體有以下幾種：按質(zhì)用能觀點、連續(xù)生產(chǎn)觀點、系統(tǒng)能耗觀點、經(jīng)濟效益觀點和發(fā)展動態(tài)觀點等。
從過程上分，化工工業(yè)節(jié)能大體可分為三個階段：第一是加強本文世紀論文網(wǎng)提供管理階段，第二是設(shè)備改進階段，第三是新技術(shù)開發(fā)階段。目前，在日、美等發(fā)達國家，操作管理方面的問題已基本解決，重點是新技術(shù)開發(fā)和設(shè)備改進。而我國的大多數(shù)化工企業(yè)，一方面管理的問題還沒有完全得到解決，依靠改善管理，節(jié)能潛力仍然不小。同時，開展第二階段和第三階段的節(jié)能改進，前景當(dāng)然更為可觀。本文主要從第三階段，也就是化工工業(yè)過程出發(fā)，對常用節(jié)能技術(shù)加以介紹。
二、化工工業(yè)一般節(jié)能措施
一般來說，化工工業(yè)過程節(jié)能，都要從改進工藝條件，降低工藝總用能入手。而工藝總用能又可分為熱能、蒸汽能和流動能三種形式。
1.降低用熱工藝總用能
改進流程采用新的節(jié)能型工藝流程是降低用熱工藝總用能的一個重要方面。如煉油行業(yè)的常減壓蒸餾裝置，把初餾塔、常壓塔的過氣化油直接抽出，繞過加熱提溫設(shè)備，使用熱工藝總用能減少。另外，還可以采用改進催化劑，使反應(yīng)溫度和壓力降低、減小回?zé)挶取⒒亓鞅鹊却胧?br /> 2.減少用汽工藝總用能
加強管理汽提蒸汽，改進操作，減少吹汽量。具體地說，許多汽提用汽可以考慮用重沸器代替，可用適宜的低溫?zé)岽婕訜帷闊嵊闷?；催化裂化U型管松動汽可以用松動風(fēng)代替，塔底吹汽可以用惰性氣體代替等。另外，當(dāng)管線輸送過程中不需伴熱時，完全可以不用伴熱。這些過程都是減少用汽工藝總用能的有效措施。
3.減少動力工藝總用能
在動力工藝能節(jié)能方面，首先要注意降低機泵的裕量，減少調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失。必要時要采用調(diào)速裝置節(jié)約揚程，避免過多的節(jié)流損失；而對于系統(tǒng)管線中各節(jié)流閥，應(yīng)該在保證調(diào)節(jié)質(zhì)量的前提下盡量降低壓強；對管線系統(tǒng)進行最優(yōu)化設(shè)計，降低沿程流阻；縮短工藝路線。另外，減少反應(yīng)系統(tǒng)未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量，也可有效減少動力工藝總用能。
三、化工工業(yè)過程節(jié)能新技術(shù)的特點及效果
下面以石油化工行業(yè)為例，對化工過程的節(jié)能新技術(shù)的特點和效果進行簡單分析。
1.原油梯級蒸餾節(jié)能技術(shù)及效果
目前，在石油化工行業(yè)，原油的常減壓蒸餾流程雖然相對比較成熟，但是也存在著突出的問題，就是原油加工過程的能耗難以降低。其中最重要的根源在于蒸餾過程的不可逆加熱和冷卻造成。采用梯級蒸餾節(jié)能理論和技術(shù)可以避免這一現(xiàn)象。其主要關(guān)鍵技術(shù)包含梯級加熱和梯級減壓兩方面。采用梯級加熱技術(shù)汽化原油，減少其不可逆性，及時將汽化后的物料分離出來；采用梯級減壓，可以分批把輕組分拔出，從而使不同的物料可以在不同的壓力下實現(xiàn)汽化，從而降低原料的加熱溫度，實現(xiàn)壓力與溫度的耦合，大幅度降低原油加工過程的能耗。如果按全國每年加工3.4億噸原油計算，僅此一項技術(shù)每年可節(jié)約資金15.9億元，減排溫室氣體124萬噸。從而使我國的常減壓蒸餾技術(shù)的能耗水平達到世界領(lǐng)先水平的行列。
2.流程重構(gòu)和熱耦合優(yōu)化技術(shù)及效果
目前，國內(nèi)催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)中，存在著能耗過高、干氣不干、穩(wěn)定塔分離能力不夠、汽油烯烴含量高、汽油切割不清晰等突出的缺點。采用流程重構(gòu)和熱耦合優(yōu)化，可以實現(xiàn)熱資源得以充分利用，大幅度節(jié)約能耗。該項技術(shù)的主要改進體現(xiàn)在流程重構(gòu)，減少循環(huán)流股和不可逆過程、余熱回收、低能耗輕汽油切割技術(shù)等方面。經(jīng)過試驗，在150萬噸/年催化裂化裝置上推廣使用，在能耗方面可以節(jié)約20%左右，相當(dāng)于一年節(jié)約1.5萬噸標準油的能耗量，折合人民幣近億元，溫室氣體可以減排4.68萬噸左右。
3.差壓耦合精餾節(jié)能技術(shù)及效果
化學(xué)工業(yè)中能耗最大的一個單元過程就是精餾過程。存在精密、精餾、高能耗等突出特點，為了優(yōu)化這一工藝過程，通過對熱耦合過程進行模擬、工業(yè)化開發(fā)，可以實現(xiàn)新型差壓低能耗精餾技術(shù)，既在同一個蒸餾塔內(nèi)或者多個關(guān)聯(lián)的塔中同時實現(xiàn)熱量的匹配與集成。調(diào)節(jié)操作壓力，在組成不變時，使每座精餾塔的操作壓力改變，壓力高時溫度就高、壓力低時溫度就低，可以將高壓塔蒸汽作為低壓塔的熱源，實現(xiàn)熱能的自動耦合或匹配，達到降耗節(jié)能的目的。
差壓熱耦合精餾技術(shù)則是把原流程中的單塔精餾改為兩個或多個精餾塔并聯(lián)，進料和產(chǎn)品采出同時進行。當(dāng)其中一個塔壓力降低時，另外的塔壓力升高，塔內(nèi)壓力的不同可以實現(xiàn)溫度高的塔頂蒸汽成為溫度低的那一個塔的重沸器熱源，實現(xiàn)兩塔或塔的熱耦合，實現(xiàn)節(jié)能的目的。以50萬噸/年苯乙烯裝置為例，采用分塔差壓蒸餾技術(shù)進行流程計算，可以節(jié)省能量30％以上。
四、結(jié)論
化工工業(yè)過程的節(jié)能技術(shù)，從理論上說，是有規(guī)律可循的。著手對化工工藝過程進行節(jié)能改進時，應(yīng)先從工藝能源使用和回收環(huán)節(jié)上進行考慮，當(dāng)這兩個方面的改進確定后，還要從全局出發(fā)考慮單元與系統(tǒng)之間的優(yōu)化。這也是化工行業(yè)節(jié)能改進的重要特點之一。
目前，我國化工企業(yè)的能量有效利用率平均僅為35%左右，不但與世界先進國家同類企業(yè)的指標差距很大，而且在國內(nèi)先進企業(yè)與落后企業(yè)之間的指標差距也相差20%甚至一倍還多。
化工工業(yè)存在的能量損耗，主要是因為在生產(chǎn)過程完成之后，有些能量被產(chǎn)品帶走，而有些能量被廢棄。雖然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種能量廢棄越來越小，但一般不可能為零?；すI(yè)過程的節(jié)能技術(shù)的一個主要方面就是考慮將被排出的能量回收反復(fù)使用，直到再無使用價值，再行廢棄。在此基礎(chǔ)上，形成的節(jié)能原則主要有兩條：一是減少不可逆過程有效能損失；二是減少有效能廢棄。相應(yīng)地，化工節(jié)能應(yīng)遵循的基本觀點大體有以下幾種：按質(zhì)用能觀點、連續(xù)生產(chǎn)觀點、系統(tǒng)能耗觀點、經(jīng)濟效益觀點和發(fā)展動態(tài)觀點等。
從過程上分，化工工業(yè)節(jié)能大體可分為三個階段：第一是加強本文世紀論文網(wǎng)提供管理階段，第二是設(shè)備改進階段，第三是新技術(shù)開發(fā)階段。目前，在日、美等發(fā)達國家，操作管理方面的問題已基本解決，重點是新技術(shù)開發(fā)和設(shè)備改進。而我國的大多數(shù)化工企業(yè)，一方面管理的問題還沒有完全得到解決，依靠改善管理，節(jié)能潛力仍然不小。同時，開展第二階段和第三階段的節(jié)能改進，前景當(dāng)然更為可觀。本文主要從第三階段，也就是化工工業(yè)過程出發(fā)，對常用節(jié)能技術(shù)加以介紹。
二、化工工業(yè)一般節(jié)能措施
一般來說，化工工業(yè)過程節(jié)能，都要從改進工藝條件，降低工藝總用能入手。而工藝總用能又可分為熱能、蒸汽能和流動能三種形式。
1.降低用熱工藝總用能
改進流程采用新的節(jié)能型工藝流程是降低用熱工藝總用能的一個重要方面。如煉油行業(yè)的常減壓蒸餾裝置，把初餾塔、常壓塔的過氣化油直接抽出，繞過加熱提溫設(shè)備，使用熱工藝總用能減少。另外，還可以采用改進催化劑，使反應(yīng)溫度和壓力降低、減小回?zé)挶取⒒亓鞅鹊却胧?br /> 2.減少用汽工藝總用能
加強管理汽提蒸汽，改進操作，減少吹汽量。具體地說，許多汽提用汽可以考慮用重沸器代替，可用適宜的低溫?zé)岽婕訜帷闊嵊闷?；催化裂化U型管松動汽可以用松動風(fēng)代替，塔底吹汽可以用惰性氣體代替等。另外，當(dāng)管線輸送過程中不需伴熱時，完全可以不用伴熱。這些過程都是減少用汽工藝總用能的有效措施。
3.減少動力工藝總用能
在動力工藝能節(jié)能方面，首先要注意降低機泵的裕量，減少調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失。必要時要采用調(diào)速裝置節(jié)約揚程，避免過多的節(jié)流損失；而對于系統(tǒng)管線中各節(jié)流閥，應(yīng)該在保證調(diào)節(jié)質(zhì)量的前提下盡量降低壓強；對管線系統(tǒng)進行最優(yōu)化設(shè)計，降低沿程流阻；縮短工藝路線。另外，減少反應(yīng)系統(tǒng)未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量，也可有效減少動力工藝總用能。
三、化工工業(yè)過程節(jié)能新技術(shù)的特點及效果
下面以石油化工行業(yè)為例，對化工過程的節(jié)能新技術(shù)的特點和效果進行簡單分析。
1.原油梯級蒸餾節(jié)能技術(shù)及效果
目前，在石油化工行業(yè)，原油的常減壓蒸餾流程雖然相對比較成熟，但是也存在著突出的問題，就是原油加工過程的能耗難以降低。其中最重要的根源在于蒸餾過程的不可逆加熱和冷卻造成。采用梯級蒸餾節(jié)能理論和技術(shù)可以避免這一現(xiàn)象。其主要關(guān)鍵技術(shù)包含梯級加熱和梯級減壓兩方面。采用梯級加熱技術(shù)汽化原油，減少其不可逆性，及時將汽化后的物料分離出來；采用梯級減壓，可以分批把輕組分拔出，從而使不同的物料可以在不同的壓力下實現(xiàn)汽化，從而降低原料的加熱溫度，實現(xiàn)壓力與溫度的耦合，大幅度降低原油加工過程的能耗。如果按全國每年加工3.4億噸原油計算，僅此一項技術(shù)每年可節(jié)約資金15.9億元，減排溫室氣體124萬噸。從而使我國的常減壓蒸餾技術(shù)的能耗水平達到世界領(lǐng)先水平的行列。
2.流程重構(gòu)和熱耦合優(yōu)化技術(shù)及效果
目前，國內(nèi)催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)中，存在著能耗過高、干氣不干、穩(wěn)定塔分離能力不夠、汽油烯烴含量高、汽油切割不清晰等突出的缺點。采用流程重構(gòu)和熱耦合優(yōu)化，可以實現(xiàn)熱資源得以充分利用，大幅度節(jié)約能耗。該項技術(shù)的主要改進體現(xiàn)在流程重構(gòu)，減少循環(huán)流股和不可逆過程、余熱回收、低能耗輕汽油切割技術(shù)等方面。經(jīng)過試驗，在150萬噸/年催化裂化裝置上推廣使用，在能耗方面可以節(jié)約20%左右，相當(dāng)于一年節(jié)約1.5萬噸標準油的能耗量，折合人民幣近億元，溫室氣體可以減排4.68萬噸左右。
3.差壓耦合精餾節(jié)能技術(shù)及效果
化學(xué)工業(yè)中能耗最大的一個單元過程就是精餾過程。存在精密、精餾、高能耗等突出特點，為了優(yōu)化這一工藝過程，通過對熱耦合過程進行模擬、工業(yè)化開發(fā)，可以實現(xiàn)新型差壓低能耗精餾技術(shù)，既在同一個蒸餾塔內(nèi)或者多個關(guān)聯(lián)的塔中同時實現(xiàn)熱量的匹配與集成。調(diào)節(jié)操作壓力，在組成不變時，使每座精餾塔的操作壓力改變，壓力高時溫度就高、壓力低時溫度就低，可以將高壓塔蒸汽作為低壓塔的熱源，實現(xiàn)熱能的自動耦合或匹配，達到降耗節(jié)能的目的。
差壓熱耦合精餾技術(shù)則是把原流程中的單塔精餾改為兩個或多個精餾塔并聯(lián)，進料和產(chǎn)品采出同時進行。當(dāng)其中一個塔壓力降低時，另外的塔壓力升高，塔內(nèi)壓力的不同可以實現(xiàn)溫度高的塔頂蒸汽成為溫度低的那一個塔的重沸器熱源，實現(xiàn)兩塔或塔的熱耦合，實現(xiàn)節(jié)能的目的。以50萬噸/年苯乙烯裝置為例，采用分塔差壓蒸餾技術(shù)進行流程計算，可以節(jié)省能量30％以上。
四、結(jié)論
化工工業(yè)過程的節(jié)能技術(shù)，從理論上說，是有規(guī)律可循的。著手對化工工藝過程進行節(jié)能改進時，應(yīng)先從工藝能源使用和回收環(huán)節(jié)上進行考慮，當(dāng)這兩個方面的改進確定后，還要從全局出發(fā)考慮單元與系統(tǒng)之間的優(yōu)化。這也是化工行業(yè)節(jié)能改進的重要特點之一。
