充分發(fā)揮工程設計在節(jié)能減排中的重要作用

費麗明，王文昌，楊志敏

(惠生工程(中國)有限公司河南化工設計院分公司，河南鄭州450046)

充分發(fā)揮工程設計在節(jié)能減排中的重要作用

費麗明，王文昌，楊志敏

(惠生工程(中國)有限公司河南化工設計院分公司，河南鄭州450046)

結合“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排目標、化工設計行業(yè)的特點與現(xiàn)狀，聯(lián)系惠生工程公司的實際做法及體會，重點闡述了工程設計、設計技術創(chuàng)新、設計方案優(yōu)化、增強節(jié)能減排的意識和責任、產學研設聯(lián)合攻關、發(fā)展循環(huán)經濟等在節(jié)能減排中的重要作用。

節(jié)能減排;工程設計;技術創(chuàng)新;聯(lián)合攻關;循環(huán)經濟

節(jié)能減排是我國的基本國策。五年來，我國化工行業(yè)節(jié)能減排工作雖然取得了十分輝煌的業(yè)績，但前景不容樂觀。節(jié)能減排，任重道遠!本文主要結合化工設計行業(yè)的特點與現(xiàn)狀，聯(lián)系惠生工程公司的實際做法及體會，談談如何發(fā)揮工程設計技術在節(jié)能減排方面重要作用的話題。

1 化工設計與節(jié)能減排

1.1 化工設計與節(jié)能減排的基本內涵

化工設計是指根據化學反應、物理變化過程針對特需的目的產物而專門設計的生產流程，并研究流程的合理性、先進性和經濟可行性，再按照工藝流程及條件選擇合適的生產設備、管道、電器、儀表等，進行完善的工廠布局，以滿足生產的需要，最終使工廠建成投產?；ぴO計技術是一門綜合性很強的技術學科。

節(jié)能減排是指節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。2008年實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》所稱的節(jié)能，是指加強用能管理，采取技術上可行、經濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。我國政府在2006年初提出:希望到2010年，單位GDP能耗比2005年降低兩成、主要污染物排放減少一成。這兩個指標結合在一起，就是我們通常所說的“節(jié)能減排”。

化工設計是把先進適用的節(jié)能減排技術或措施，推廣應用于工程項目的關鍵轉化環(huán)節(jié)，決定著工藝技術的應用、工程方案的優(yōu)化、新設備新材料的采用，直接關系到整個工程建設全過程和最終工程產品能否達到節(jié)能減排的效果。相比某個工藝環(huán)節(jié)上單元技術或關鍵設備的改進，工程設計的集成化、工程化開發(fā)具有更大的優(yōu)勢和潛力，更有能力匯集各個環(huán)節(jié)的成果對整個工藝流程進行改進和完善，取得并保證整體工程的綜合節(jié)能減排效果，具有不可替代的重要作用。

1.2 節(jié)能減排是一項基本國策

國家“十二五規(guī)劃”明確提出了節(jié)能減排的目標，即到2015年，單位GDP二氧化碳排放降低17%;單位GDP能耗下降16%;非化石能源占一次能源消費比重提高3.1%，從8.3%到11.4%;主要污染物排放總量減少8%～10%。

石化工業(yè)“十二五”節(jié)能減排、綠色發(fā)展的目標是:到2015年，萬元工業(yè)增加值能耗和二氧化碳排放量均比“十一五”末下降15%;COD和氮氧化物排放總量均減少10%，氨氮排放總量減少12%，二氧化硫排放總量減少8%，廢水達標排放?；す腆w廢物綜合利用率達到75%、有效處置率達到100%。全行業(yè)清潔生產達到歷史最好水平。

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎?？v觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經濟和人類社會的發(fā)展。

中國是當今世界上最大的發(fā)展中國家，發(fā)展經濟，擺脫貧困，是中國政府和中國人民在相當長一段時期內的主要任務。20世紀70年代末以來，中國作為世界上發(fā)展最快的發(fā)展中國家，經濟社會發(fā)展取得了舉世矚目的輝煌成就，為世界的發(fā)展和繁榮做出了重大貢獻。卻也付出了巨大的資源和環(huán)境被破壞的沉痛代價，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，人民群眾對環(huán)境污染問題反應強烈;同時，溫室氣體排放引起了全球氣候變暖，備受國際社會廣泛關注。進一步加強節(jié)能減排，也是應對全球氣候變化的迫切需要。

1.3 石化行業(yè)節(jié)能減排取得的成績與存在的問題

2010年，我國石油和化工行業(yè)實現(xiàn)總產值8.88萬億元，躍居世界第二位;全行業(yè)綜合能源消耗4.14億噸標煤，能耗增幅比全國平均水平低32.7個百分點，比工業(yè)平均水平低26.4個百分點。噸原油加工綜合能耗為99.3千克標煤，比2005年下降27.6%;噸乙烯綜合能耗為880.7千克標煤，下降11.6%;噸合成氨綜合能耗1356.4千克標煤，下降14.3%;電石、30%離子膜燒堿和純堿的綜合能耗也分別下降了14.8%、26.3%和29.1%。石化行業(yè)主要耗能產品的綜合能耗已經接近或縮小了與國外的差距。

“十一五”時期，全行業(yè)節(jié)能減排做了大量卓有成效的工作，石化企業(yè)淘汰落后產能取得重要進展。中國石化5年累計淘汰落后煉油能力1 700萬t;云天化集團關停了8套黃磷裝置，淘汰產能2.2萬t;全行業(yè)累計淘汰電石落后產能305萬t，超額完成了國家下達的淘汰任務。

石油化工各子行業(yè)根據自身特點持續(xù)推動節(jié)能減排技術創(chuàng)新。譬如，燒堿、純堿、化肥、電石等傳統(tǒng)高耗能行業(yè)通過開發(fā)和研制的節(jié)能新設備，大幅度降低了能源消耗;染料、農藥、中間體、有機原料等高物耗、高污染行業(yè)推廣應用一批清潔生產工藝和技術，大幅度降低了污染物排放?；て髽I(yè)通過科技創(chuàng)新，節(jié)能減排效果顯著。

盡管石油和化工行業(yè)節(jié)能減排取得較大進展，但完成“十二五”節(jié)能減排任務依然十分艱巨。一方面，我國石化行業(yè)目前仍以生產基礎原材料產品為主，精細化工產業(yè)比重不大，能源消耗較高、污染物排放量較大的特點一時還難以徹底改變;另一方面，近幾年石油和化工產業(yè)年均增長率均在20%以上，這相當于幾年就再造一個同等規(guī)模的石化產業(yè)。這樣一個產業(yè)結構，這樣一個發(fā)展速度，要實現(xiàn)能耗下降20%、排放減少10%的目標，是十分困難的。

國際能源署的統(tǒng)計資料顯示:中國已經成為世界第一大能源消費國。目前我國單位GDP能耗分別是美國、日本、德國的3、4、5倍左右;同時，我國二氧化碳排放量、化學需氧量、二氧化硫排放量均居世界第一。我國石化工業(yè)能耗約占全部工業(yè)總能耗的17.4%，名列所有工業(yè)部門的第二位。由此可見，石化行業(yè)節(jié)能減排面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2 設計技術在節(jié)能減排中大有可為

最近五年，我國節(jié)能環(huán)保產業(yè)將投入3.1萬億元，比“十一五”時期的1.4萬億翻了一番還多。未來的節(jié)能減排產業(yè)有望成為石化設計行業(yè)新的經濟增長點，面臨千載難逢的市場機遇，工程設計技術在節(jié)能減排方面大有可為。

2.1 設計技術創(chuàng)新是節(jié)能減排的先導

創(chuàng)新是以新思維、新發(fā)明、新描述為特征的概念化過程?；ぴO計技術創(chuàng)新就是以新的先進技術來改進現(xiàn)有落后技術或創(chuàng)造新的工程建設項目及產品生產流程。

2.1.1 推廣先進適用技術

我國石化行業(yè)的能源消耗主要集中在化學原料及化學制品制造業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)?；ば袠I(yè)的化肥、基本原材料和有機化學品3個行業(yè)的能源消耗量占全國石化行業(yè)總能源消耗量的55%左右。其中，40%的能源用于氮肥、燒堿(含聚氯乙烯)、電石、黃磷、純堿、乙烯等產品。在進行項目工程設計時，我們應當根據節(jié)能、節(jié)水、節(jié)電、降耗、減少污染等需要，盡可能采用先進成熟、適用有效的現(xiàn)有技術。例如:廢水減排、加氫還原等清潔生產技術在染料行業(yè)的推廣和應用，已經使染料企業(yè)走向低污染，甚至零排放;充分利用磷石膏制建材、水泥緩凝劑、土壤改良劑等技術，從根本上解決了磷石膏占用土地、污染環(huán)境的問題。廢物回收利用是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。

2.1.2 采用集成創(chuàng)新技術

集成創(chuàng)新是利用工藝、管道、設備、電氣、儀表、暖通等各種專業(yè)技術、管理工具對各個創(chuàng)新要素和創(chuàng)新內容進行選擇、合成或優(yōu)化，從而形成優(yōu)勢互補的有機整體的動態(tài)創(chuàng)新過程。我院在城市煤氣聯(lián)產甲醇項目設計中，采用自主研發(fā)的“城市煤氣聯(lián)產甲醇集成工藝”等專利技術，在總結城市燃氣、甲醇設計和生產經驗的基礎上，根據城市煤氣聯(lián)產甲醇的生產特點，對設計進行集成創(chuàng)新，開發(fā)出了全套工藝軟件及工藝設計技術，攻克了城市煤氣調峰調質的技術難題，解決了城市煤氣和甲醇生產對原料氣氣體成分要求不一致的矛盾，為城市煤氣聯(lián)產甲醇提供了新的生產技術，多項生產技術指標達到國際先進水平，節(jié)能減排效果明顯。該項目榮獲中國石油和化學工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎，并為惠生公司晉升上海市高新技術企業(yè)和全國化工行業(yè)技術創(chuàng)新示范企業(yè)奠定了基礎。

2.1.3 注重新技術開發(fā)

化工設計單位應當樹立節(jié)能減排的設計理念，對于能耗高、污染重、技術較為復雜、行業(yè)影響較大的關鍵生產難題，要“敢為天下先”，積極組織攻關，研發(fā)節(jié)能減排新技術。從設計源頭上就注重采用新工藝、新裝備、新材料，綜合利用資源，把工程項目的節(jié)能減排落到實處。如在石化乙烯裝置的關鍵設備——乙烯裂解爐的研發(fā)中，惠生公司緊盯國內外技術前沿，針對實際生產中存在的疑難問題，先后開發(fā)成功了具有自主知識產權的HS－Ⅰ型、HS－Ⅱ型及HS－Ⅲ型裂解爐，截止2010年底，在國內累計完成新建、擴建和改造裂解爐累計115臺，乙烯裂解爐在全國的市場占有率達60%，高居國內榜首，不僅為企業(yè)直接創(chuàng)造了數億的經濟效益，更為裂解爐國產化和乙烯工業(yè)節(jié)能減排做出了突出貢獻。該項目榮獲多項國家專利和省部級科技進步一等獎。

2.2 設計方案優(yōu)化是節(jié)能減排的關鍵

從多種節(jié)能減排設計方案中，經過比較，選擇最佳設計的方法叫設計方案優(yōu)化?！笆濉逼陂g石化行業(yè)轉型升級的核心任務是發(fā)展高端石化產品，以差異化、高質量、低消耗的產品技術引領發(fā)展，實現(xiàn)原料多元化、生產清潔化、管理高效化，在轉變發(fā)展方式上邁出扎扎實實的步伐，取得實實在在的成效。我院在己二酸裝置N2O、NOx減排工程設計中，將國外催化分解N2O專利技術與國內NOx轉化技術進行了集成創(chuàng)新、設計方案優(yōu)化，使己二酸尾氣中氮氧化物含量由原來的38%降到120×10－6以下，每年分解N2O折合CO2當量408萬t，通過出售排放權可為公司帶來良好的收益。該項目的實施具有十分明顯的社會效益、環(huán)境效益和經濟效益。2009年分獲全國化工行業(yè)設計專有技術和河南省建國60周年經典工程獎，2010年獲得河南省優(yōu)秀工程設計一等獎。

2.3 增強責任意識是節(jié)能減排的源泉

剛剛結束的中共中央十七屆六中全會指出:“當代中國進入了全面建設小康社會的關鍵時期和深化改革開放、加快轉變經濟方式的攻堅時期，文化越來越成為民族凝聚力和創(chuàng)造力的重要源泉”。精神動力、責任意識、思想保證是民族文化的重要組成部分，同時也是做好節(jié)能減排工作的精神源泉。

化工設計企業(yè)應當把節(jié)能減排的技術推廣、應用、服務貫穿于設計工作的全過程。節(jié)能減排的強制推行，使得基礎化工等傳統(tǒng)工程的市場空間受到壓縮，原有的發(fā)展模式和路徑勢必遭遇新的挑戰(zhàn)，例如全國現(xiàn)有400多家氮肥廠因淘汰落后產能將有一半企業(yè)出局，遏制傳統(tǒng)煤化工的盲目發(fā)展等，必然對化工設計單位的技術和服務能力提出更高要求。目前，許多化工設計單位已經擁有一大批節(jié)能減排意識很強的設計技術人員和管理人員，積累了豐富的工程經驗和詳盡的技術資料，擁有大量的技術儲備，已經成為我國開展節(jié)能減排、發(fā)展低碳經濟的一支重要生力軍。他們主動承擔節(jié)能減排的社會責任，自覺從組織管理、人員保障、技術支撐、資金援助、長效機制等方面承攬、落實化工節(jié)能減排項目，取得了豐碩成果，并將在今后貫徹實施節(jié)能減排國策中進一步彰顯主導和關鍵的作用。

3 節(jié)能減排有賴于產、學、研、設聯(lián)合攻關

近10年來，勘察設計行業(yè)高速發(fā)展。目前，我國已擁有設計企業(yè)14 200多家，比2001年增加了25.5%;2010年，全行業(yè)從業(yè)人數達142.3萬人，比10年前增加了71.6%;全行業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入6 853億元，是2001年的9.5倍;人均產值達53.96萬元，是10年前的5.5倍。據中國石油和化工勘察設計協(xié)會統(tǒng)計，2009年146家會員單位累計獲得國家專利1 292項，專有技術1 171項，分別比2005年增長2.3倍和2倍。為節(jié)能減排奠定了雄厚的人才、技術、資金儲備。

要實現(xiàn)節(jié)能減排基本國策規(guī)定的各項目標任務，除了政府強力推進之外，還需要石化企業(yè)、高等院校、科研設計單位的合作攻關。

3.1 工程設計是聯(lián)結產學研的橋梁和紐帶

工程設計是把先進的科研成果推廣應用于工業(yè)生產實踐的中間環(huán)節(jié)，是工程化、規(guī)?；凸I(yè)化的必經之路，是連接產學研的橋梁和紐帶。因此，設計單位在國家技術創(chuàng)新體系中具有不可替代的重要作用，理應以自己的應用研究成果和應用類核心技術服務于節(jié)能減排事業(yè)。如有的設計院將節(jié)能減排和環(huán)保領域列為重點突破方向，自主研發(fā)相關技術與裝備，開拓了節(jié)能減排的新興市場，取得了顯著成效。

3.2 節(jié)能減排要注重產業(yè)結構調整

節(jié)能減排是國家貫徹落實科學發(fā)展觀、推進發(fā)展方式轉變的重要戰(zhàn)略舉措。要加強產業(yè)結構、能源結構調整，堅持走新型工業(yè)化道路，促進傳統(tǒng)產業(yè)升級換代，提高高新技術產業(yè)在化工行業(yè)的比重，堅決淘汰不符合國家產業(yè)政策和節(jié)能減排要求的高能耗、高污染化工產品和落后技術。要通過技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產業(yè)轉型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的經濟發(fā)展形態(tài)，促進我國石化工業(yè)結構的優(yōu)化升級。

3.3 節(jié)能減排要大力發(fā)展循環(huán)經濟

循環(huán)經濟是指工業(yè)生產、建設所需的資源通過回收、再生等方法重復獲得使用價值，實現(xiàn)循環(huán)利用，減少廢棄物排放的經濟生產模式。在化工項目設計中，要按照循環(huán)經濟和低碳經濟理念構建產業(yè)生態(tài)鏈，推進行業(yè)之間廢物循環(huán);提倡清潔生產，從源頭減少“三廢”產生，實現(xiàn)由末端治理向污染預防、生產全過程控制轉變，促進化工企業(yè)能源消費、工業(yè)固體廢棄物、包裝廢棄物的減量化與資源化利用，控制或減少污染物的排放。

例如我們設計的惠生(南京)化工有限公司煤化工項目，采用GE水煤漿氣化和低溫甲醇洗凈化等先進的工藝技術，以煤為原料生產高純度CO、氫氣、副產甲醇、合成氣等重要化工原料，綜合利用煤炭資源生產高附加值化工產品，使資源得到了最大限度的利用。生產的CO、甲醇產品供下游企業(yè)生產醋酸，與傳統(tǒng)的甲醇生產減少50%CO2排放;生產中產生的CO2氣體，供下游企業(yè)生產食品級和工業(yè)級CO2;生產中產生的煤渣，一部分給下游企業(yè)做空心磚、鋪路用;另一部分提取三氧化二鋁、二氧化硅，變廢為寶;含硫廢氣經處理回收生產硫黃、硫酸;通過優(yōu)化工藝流程和換熱網絡設計以及將氣化污水、全部地面沖洗水返回煤漿制備單元用于制漿等措施，最大限度地回收、利用水資源，對于本裝置低位能低壓飽和蒸汽系統(tǒng)則在國內率先設計了“飽和蒸汽余熱發(fā)電單元”，所有蒸汽全部以電回收，冷凝液重復利用，超過50%的裝置用電是余熱回收得來的。本項目在設計中充分整合利用和消化國內外先進技術的基礎上，結合下游產品用戶需求對設計方案進行了系統(tǒng)優(yōu)化，做到了節(jié)能、節(jié)水、安全、環(huán)保，使資源得到了最大限度的利用，實現(xiàn)了經濟、社會和環(huán)境效益最大的統(tǒng)一。該項目被認定為南京化工園區(qū)循環(huán)經濟的典范工程。

TQ050.2

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1003－3467(2012)14/16－0003－04

2012－06－21

費麗明，女，高級工程師，從事化工設計、技術管理工作，電話:0371－68567988－2255。