化工熱力學(xué)與石油化工節(jié)能

周君

摘 要：與石油化工節(jié)能有關(guān)的主要技術(shù)，包括了裝置規(guī)模的大小和節(jié)能的關(guān)系，原料路線和節(jié)能的關(guān)系，技術(shù)路線和節(jié)能的關(guān)系，設(shè)備的類型和節(jié)能的關(guān)系，及剩余熱量回收和節(jié)能的關(guān)系等重要的節(jié)能技術(shù)措施。文章還研究了化工熱力學(xué)和節(jié)能的關(guān)系及化工系統(tǒng)工程和節(jié)能的關(guān)系等重要的理論問題應(yīng)該如何運(yùn)用到石化工業(yè)的過程中。

關(guān)鍵詞：石化節(jié)能；石化生產(chǎn)；化工熱力學(xué)

用化學(xué)方法把原料加工成產(chǎn)品的過程就是我們平常所說的化學(xué)工業(yè)。在化學(xué)工業(yè)中有一個(gè)重要的分支那就是石油化學(xué)工業(yè)。石油化學(xué)工業(yè)分為狹義和廣義兩種方式，狹義的方式指把石油轉(zhuǎn)變?yōu)槊河?，汽油，柴油，潤滑油及化學(xué)工業(yè)的原料，然后再把烴類（石腦油，輕烴，輕柴油、重油以及渣油等）轉(zhuǎn)變?yōu)楸?、乙烯、丁二烯、甲苯、苯、二甲苯，然后通過進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)把這些材料轉(zhuǎn)化為合成樹脂，合成纖維和合成橡膠的工藝。廣義上的方式包含了以前常用的無機(jī)化學(xué)工業(yè)，新興化學(xué)工業(yè)，有機(jī)化學(xué)工業(yè)，新型材料化學(xué)工業(yè)，生物技術(shù)化學(xué)工業(yè)以及現(xiàn)代的煤和天然氣化學(xué)工業(yè)。

怎樣在石化產(chǎn)品的生產(chǎn)中提高節(jié)能效率？要想解決這個(gè)問題我們就要學(xué)習(xí)理論知識，同時(shí)也要積極利用以往積累的經(jīng)驗(yàn)；只有通過這種方式我們才能對這個(gè)問題有所了解，逐步的把它解決掉?，F(xiàn)在就讓我們來探討一下有關(guān)石油化工節(jié)能的重要技術(shù)。

1 如何定性石油化工節(jié)能技術(shù)

1.1 原料路線和節(jié)能的關(guān)系

下面我們就拿乙烯來說明一下，在生產(chǎn)乙烯的過程中，原料占了將近60%～80%，所以，在乙烯裝置中如何選擇原料路線就顯得十分關(guān)鍵。那么如何選擇乙烯裝置的原料路線呢？其要考慮的主要因素就是原料以及產(chǎn)品的價(jià)格。在一些不同的地區(qū)，其所使用的原料也是不盡相同的，就好像在美國和北美地區(qū)大部分以石腦油作為原材料，歐洲很多地方使用乙烷和輕烴，而在國內(nèi)則主要使用天然氣凝析油，石腦油，輕烴，輕柴油以及加氫尾油等。但是實(shí)踐證明：裂解原料越輕所獲得的經(jīng)濟(jì)效益就越大。

不用說我們就能明白，通過裂解原料的輕質(zhì)化我們不僅可以賺取較多利潤，還能夠很大限度的減少在生產(chǎn)單位產(chǎn)量上的能量消耗。

1.2 裝置規(guī)模的大小和節(jié)能的關(guān)系

伴隨著科技的與日進(jìn)步，許多新技術(shù)被引進(jìn)到這個(gè)行業(yè)中來，這就大大的促進(jìn)了石化產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)裝置規(guī)模迅速的增大?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其單位產(chǎn)品能源消耗就會減少，這一事實(shí)早已被人民大眾所了解。

就乙烯生產(chǎn)來說，1970年左右，我們從外國進(jìn)口了一套乙烯裝置并把它建在上海，這套裝置規(guī)模為30萬t/a。在當(dāng)時(shí)的情況下，這套設(shè)備的規(guī)模是比較大的。伴隨著改革開放步伐逐步的深入，引進(jìn)的裝置的規(guī)模也逐步增大。比如天津乙烯，因?yàn)樵谄渖a(chǎn)設(shè)備中，使用了很多新技術(shù)，新工藝，所以其能耗值降低到了580kg標(biāo)油的水平，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)符合了國際規(guī)范的要求。根據(jù)全世界范圍內(nèi)具有高水平的基評公司Solomon公布的世界乙烯裝置績效對比的數(shù)值，我們可以清楚的看到上海一家公司的乙烯裝置能耗水準(zhǔn)在世界108套乙烯裝置里排在第二位。

1.3 技術(shù)路線和節(jié)能的關(guān)系

要做好減少物耗和能耗的工作首先就要考慮技術(shù)路線應(yīng)該具有科學(xué)性，高水平以及要滿足合理的要求。我們?nèi)匀荒靡蚁﹣碚f明問題，從書中的知識里可以知道，裂解反應(yīng)是具有很強(qiáng)的吸收熱量的反應(yīng)。所以，不管是從熱力學(xué)的方面，還是從動力學(xué)的方面，都需要很高的反應(yīng)溫度，以動力學(xué)數(shù)據(jù)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果為基礎(chǔ)，我們可以得出結(jié)論：停下來的時(shí)間要是短的話，乙烯的吸收效率就會提高。

乙烯裂解爐一般情況下是根據(jù)特殊的工藝要求做出來的。當(dāng)前在中國的乙烯裝置大部分是從外國引進(jìn)的技術(shù)較先進(jìn)的工藝專利，裂解爐則是按照工藝設(shè)計(jì)的要求由專門認(rèn)定的若干個(gè)廠子經(jīng)過競爭后來生產(chǎn)的。裂解爐的一些型號有：

（1）CBL型裂解爐：國內(nèi)生產(chǎn)的裂解爐。（2）SRT型裂解爐：在里面停放時(shí)間不長的裂解爐。（3）USC型裂解爐：具有良好選擇性的裂解爐。（4）毫秒爐；可滿足在里面停留0.1秒的要求。（5）GK型裂解爐，可滿足在里面停留0.2秒的要求。

1.4 剩余熱量回收和節(jié)能的關(guān)系

剩余熱量的回收可以有效的減少能源的浪費(fèi)。在石化生產(chǎn)的過程中，剩余熱量主要來自：化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，比如，在乙烯裂解爐出來地方的物料，經(jīng)過二次反應(yīng)生成燒焦煙氣，這種氣體可以使焦化的時(shí)間減短；高溫加熱爐及大型蒸汽鍋爐往外排放的氣體；輪機(jī)排出的尾氣和經(jīng)過水冷卻器和空氣冷卻器后排出的低溫水體及空氣等很多方面。

2 定量的石油化工節(jié)能技術(shù)

2.1 化工熱力學(xué)和節(jié)能的關(guān)系

通過學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)我們知道：所謂的熱量其實(shí)是低質(zhì)能量，其可供使用的能量只是其中的一部分，另外一部分則不能被利用。人們接觸的最多的熱量是用火發(fā)出的熱量，這其中有一部分沒有被利用，隨著煙氣散發(fā)到自然環(huán)境中。通常情況下把不可逆性所引發(fā)的有效能轉(zhuǎn)變成沒有能效能的損耗叫做有效能損失。一般情況下我們用它來度量能量的變質(zhì)。不可逆性大部分來自相互摩擦、流體流動過程中產(chǎn)生的壓力差、及不平衡化學(xué)反應(yīng)過程中出現(xiàn)的化學(xué)勢差等。

2.2 化工系統(tǒng)工程和節(jié)能的關(guān)系

要想在化工系統(tǒng)工程的方面考慮有關(guān)節(jié)能的事情，就應(yīng)該從全局的角度，全方位的、有計(jì)劃的、科學(xué)的來研究，只有通過這個(gè)方法才能夠最終的找到節(jié)能的措施。依據(jù)一些化工系統(tǒng)工程的經(jīng)驗(yàn)，可以知道在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中工藝流程要盡量的簡潔，其實(shí)就是要求我們在其反應(yīng)過程中最好不用催化劑，如果非用不可，則應(yīng)該使用高活性、高質(zhì)量的。

通過用化工系統(tǒng)工程的基本原理來提高節(jié)能水平，可以經(jīng)過建立石化生產(chǎn)過程的模擬軟件，建立石化生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，并借用這個(gè)模型為參考來尋找減少物耗及能耗的方法。比如，把熱和功放在一起，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)合生產(chǎn)，運(yùn)用R曲線進(jìn)行分析，從而達(dá)到公用工程節(jié)約能源的目標(biāo)。熱電的聯(lián)合生產(chǎn)在一些公司的系統(tǒng)中具有關(guān)鍵作用，而R一曲線值就是分析其熱電轉(zhuǎn)換水平的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

熱電聯(lián)產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)化效率？濁定義如下：

？濁=（W+Qheat）/Qfuel

相應(yīng)地，電熱比定義如下：

R=W/Qfuel

式中： W-表示透平發(fā)電量；Qheat表示凈蒸汽熱量，包括蒸汽加熱用量及工藝過程（如汽提塔、蒸汽變換等）用蒸汽量；Qfuel表示燃料的能量。

R曲線是對一個(gè)專一的公用工程系統(tǒng)來說的，當(dāng)該系統(tǒng)在最好的情況的時(shí)候，制定出該曲線。通過與該廠的實(shí)際電熱轉(zhuǎn)換率相比較，就可以知道該公用工程系統(tǒng)與情況最好的時(shí)候之間的差別。

又比如，華南理工大學(xué)的研究人員以合理的使用能量為課題，舉出了“三環(huán)節(jié)理論節(jié)能”的說法。所謂的三環(huán)節(jié)都是什么呢？下面就來講一下。

（1）在工程中所使用的很大一部分能量是熱、流動功及蒸汽，它們的取得通常是經(jīng)由一些專門的轉(zhuǎn)換裝置（如：爐子、機(jī)泵）來實(shí)現(xiàn)的。

（2）能量通過轉(zhuǎn)換設(shè)備出來以后，就會進(jìn)到關(guān)鍵的一個(gè)步驟即塔或反應(yīng)器里，推動工藝的進(jìn)程，除了一部分能量被產(chǎn)品利用，剩余的就會被回收使用。

（3）能量完成其在關(guān)鍵步驟的任務(wù)后，效率就會降低，然而這里面仍有一部分可被利用。通過一些回收裝置使可以被利用的能量循環(huán)利用，提高能量利用的效率。

3 結(jié)束語

通過這篇文章的論述，我們知道做好石化生產(chǎn)過程的節(jié)能工作，既可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，又可以產(chǎn)生很大的社會效益。既可以用以往的經(jīng)驗(yàn)來做這件事，也可以從研究一些先進(jìn)的理論開始。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)要不懈的堅(jiān)持奮斗！

參考文獻(xiàn)

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