節(jié)能降耗技術(shù)在化學(xué)工藝中的應(yīng)用

＊靳慧軒

（海灣工程有限公司 河北 050000）

引言

化工企業(yè)本身在生產(chǎn)中所消耗的能源比較多，隨著市場(chǎng)產(chǎn)品需求量的增加，化工企業(yè)在生產(chǎn)中消耗的能源也處于增加趨勢(shì)。而目前我國(guó)能源處于短缺狀態(tài)，且開(kāi)采的難度逐漸加大，通過(guò)更新機(jī)械設(shè)備能夠起到能源節(jié)約作用，但沒(méi)有從根本上解決目前能源問(wèn)題，并且在化工生產(chǎn)中操作、管理不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致能源損耗。因此，通過(guò)應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)來(lái)解決化工生產(chǎn)中能源耗損問(wèn)題具有一定的必要性。

1.節(jié)能降耗技術(shù)定義及其在化工工藝中應(yīng)用的必要性

(1)定義

節(jié)能降耗技術(shù)指的是各行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所使用的節(jié)約能耗、保護(hù)環(huán)境，為企業(yè)創(chuàng)造更多效益的技術(shù)[1]。該技術(shù)在化學(xué)工藝中應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)工藝的補(bǔ)充和優(yōu)化，使化工企業(yè)站在可持續(xù)發(fā)展的角度，對(duì)自身發(fā)展理念、技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)提高能源的利用率，減少污染物的排放量，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

(2)必要性

其一，對(duì)于化工企業(yè)而言，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)消耗多種類型的能源，而我國(guó)現(xiàn)有的能源儲(chǔ)存量有限，只能滿足短期內(nèi)化工行業(yè)發(fā)展的需求，在化學(xué)工藝中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，減少能源的浪費(fèi)，使能源使用年限延長(zhǎng)，滿足化工行業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的能源需求。另外，火電、水電作為化工生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)損耗一定動(dòng)力，即能源的消耗，通過(guò)應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，可以促使動(dòng)力利用率提高。其二，在化工生產(chǎn)中能源成本所占比例較多，在目前能源逐漸短缺的情況下，各類能源價(jià)格處于上漲趨勢(shì)，使化工企業(yè)生產(chǎn)成本增加，與化工企業(yè)生產(chǎn)目的不相符。而應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，以最少的能耗滿足生產(chǎn)需求，對(duì)生產(chǎn)成本得以控制，確保企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。其三，化工生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類身體健康產(chǎn)生威脅。而節(jié)能降耗技術(shù)作為一種新工藝，在化學(xué)生產(chǎn)中應(yīng)用，可以減少有害物質(zhì)的排放，使化工企業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)處于協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，與國(guó)家所提出節(jié)能減排思想相一致，具有一定的時(shí)代意義。其四，在當(dāng)前可持續(xù)理念的倡導(dǎo)下，我國(guó)化工企業(yè)已認(rèn)識(shí)到節(jié)能、綠色生產(chǎn)的重要性，且實(shí)際在踐行節(jié)能降耗方面取得一定的成果，比如借助新技術(shù)、工藝及設(shè)備來(lái)提高生產(chǎn)效率，減少能耗和污染物。但化工工藝中依舊存在一些問(wèn)題，比如低溫?zé)崮芾寐时容^低，設(shè)備運(yùn)行中能源消耗較大，節(jié)能降耗管理覆蓋面未擴(kuò)展至各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，能源管理職位相對(duì)較少，員工工作強(qiáng)度大，節(jié)能降耗檢查工作落實(shí)不到位，使管理的難度加大。此外，能源管理的前提是獲取準(zhǔn)確的能源消耗相關(guān)數(shù)據(jù)，但實(shí)際上化工企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)還不夠完善，生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳遞的環(huán)節(jié)較多，相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞存在一定的滯后性，無(wú)法為本企業(yè)節(jié)能降耗策略的制定提供參考依據(jù)，弱化了節(jié)能管理的實(shí)際功能。因此，在化工工藝中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2.目前化工生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的能源消耗方式

(1)化工自身因素

化工生產(chǎn)本身作為一個(gè)高耗能的行業(yè)，以化學(xué)熱力學(xué)視角來(lái)說(shuō)，在化工生產(chǎn)中，為滿足高溫、高壓等化學(xué)反應(yīng)條件的需求，需要提供大量的能量來(lái)支持化學(xué)反應(yīng)。以化學(xué)動(dòng)力學(xué)的視角來(lái)說(shuō)，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)速度比較慢，或在基本反應(yīng)條件下很難發(fā)生完全反應(yīng)，為了促使化學(xué)反應(yīng)速率提高，使其達(dá)到完全反應(yīng)的目的，需根據(jù)參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)特點(diǎn)適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，該過(guò)程中也會(huì)增加能源的消耗。同時(shí)，在化學(xué)生產(chǎn)中，通常會(huì)使用石油、天然氣及煤炭這些基本原料，作為化工生產(chǎn)的燃料和動(dòng)力，消耗量比較大，部分能源還作為化工生產(chǎn)的原料，比如乙烯、半水煤氣的生產(chǎn)需要的原料分別為原油、焦炭，并且部分化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線存在巨大差異，所消耗的能源數(shù)量、種類比較多，反映出化工生產(chǎn)所需的能源具有多樣化、復(fù)雜性等特點(diǎn)。此外，化工反應(yīng)中還伴隨著副反應(yīng)，在對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行加工、分離及精制等過(guò)程中，需消耗大量能源支持其進(jìn)行化學(xué)或物理單元操作。另外，化工生產(chǎn)中對(duì)反應(yīng)條件要求比較高，為了確保生成物的質(zhì)量滿足實(shí)際要求，要求生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備擁有滿足生產(chǎn)條件的供應(yīng)系統(tǒng)，而實(shí)際滿足溫度條件的供熱系統(tǒng)所消耗的能量較多，所以，應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更新、升級(jí)，比如在傳熱層使用高品質(zhì)的傳熱填料，在絕熱層使用新型的絕熱材料替代以往的材料，使其節(jié)能降耗性能得以強(qiáng)化，能夠減少化工生產(chǎn)中能量損失。

(2)生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備因素

目前我國(guó)化學(xué)生產(chǎn)中工藝技術(shù)、設(shè)備處于不斷更新和升級(jí)的狀態(tài)，化學(xué)生產(chǎn)整體水平明顯得到提高。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)在引進(jìn)其高端生產(chǎn)技術(shù)方面面臨多種因素的制約，間接反映出我國(guó)化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備相對(duì)較落后，一定程度阻礙了化工生產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，目前化工生產(chǎn)中所使用的設(shè)備、技術(shù)，能源消耗較大，所產(chǎn)生的部分廢棄物會(huì)造成環(huán)境污染，與當(dāng)前化工生產(chǎn)所提倡的節(jié)能降耗理念相背離。

(3)化學(xué)阻垢劑、催化劑研發(fā)因素

化學(xué)阻垢劑作為化工生產(chǎn)設(shè)備維修、保養(yǎng)所需的重要試劑，可以將化學(xué)生產(chǎn)中殘留于設(shè)備中的物質(zhì)清除掉，防止腐蝕性化學(xué)物質(zhì)或未完全反應(yīng)的物質(zhì)影響設(shè)備的清潔性，確保下次化學(xué)反應(yīng)順利實(shí)施。催化劑作為化學(xué)生產(chǎn)中不可或缺的試劑，能夠起到加快反應(yīng)速率、提高生產(chǎn)效率等作用。但是目前關(guān)于這兩類化學(xué)試劑的研發(fā)力度還不夠，比如研發(fā)規(guī)模、數(shù)量相對(duì)較小，部分科研機(jī)構(gòu)的研究成果還未應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)中。

(4)人才因素

化工生產(chǎn)能源消耗情況，不僅受化工工藝、設(shè)備等因素的影響，而且管理人員管理能力及技術(shù)人員操作技能和素養(yǎng)也會(huì)影響化工生產(chǎn)效率，能源消耗情況。實(shí)際化工生產(chǎn)中，部分技術(shù)人員對(duì)設(shè)備、操作方式等不熟悉，因操作不當(dāng)、設(shè)備異常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致化工生產(chǎn)中能量消耗和污染物排放量增加。此外，部分化工生產(chǎn)管理人員，自身管理經(jīng)營(yíng)不足，缺乏先進(jìn)的管理理念，未能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況優(yōu)化生產(chǎn)流程，造成部分能源浪費(fèi)，并且不能靈活地處理突發(fā)的化工生產(chǎn)問(wèn)題，導(dǎo)致不必要的能源、資源浪費(fèi)。

3.化學(xué)工藝中如何應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)

(1)節(jié)約動(dòng)力能耗

在化工生產(chǎn)中，為了降低電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗，主要通過(guò)供熱系統(tǒng)優(yōu)化、變頻節(jié)能調(diào)速方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其一，供熱系統(tǒng)改進(jìn)其實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同熱源功能的特點(diǎn)，對(duì)供熱裝置進(jìn)行合理匹配，使其聯(lián)合運(yùn)行，在特定條件下能夠進(jìn)行冷熱能源流相互轉(zhuǎn)換處理，達(dá)到熱能資源優(yōu)化的目的，是對(duì)傳統(tǒng)單套裝置設(shè)計(jì)方式缺陷的彌補(bǔ)，以新的思維重新匹配供熱裝置，充分發(fā)揮不同部位熱能供應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，使各類裝置聯(lián)合運(yùn)作。另外，通過(guò)升級(jí)冷熱能源提高能源利用率，防止高熱低用的情況出現(xiàn)。其二，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)節(jié)外部電源的供熱頻率，改變電動(dòng)機(jī)頻率，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié) 約[2]。在化學(xué)工藝中應(yīng)用該技術(shù)，對(duì)于技術(shù)人員而言，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定變頻節(jié)能動(dòng)態(tài)控制計(jì)劃，對(duì)制備流程中閥門靜態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、升級(jí)，達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)的要求。另外，在化工生產(chǎn)中負(fù)載轉(zhuǎn)速隨電動(dòng)機(jī)頻率的變化而變化，為了使電動(dòng)機(jī)輸入設(shè)備、拖動(dòng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，應(yīng)在化工裝置中應(yīng)用該技術(shù)，以變頻節(jié)能動(dòng)態(tài)調(diào)速的方式取代閥門靜態(tài)調(diào)節(jié)，防止拖動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)處于工頻（工業(yè)用電的頻率，即50Hz的交流電）狀態(tài)，促使能源利用率提高。

(2)余熱、廢水回收利用

其一，化工生產(chǎn)中大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生余熱，這部分熱量未被充分回收利用，容易造成熱量浪費(fèi)。因此，可以采取熱泵管技術(shù)來(lái)收集這部分余熱，將其應(yīng)用到其他工藝流程中。比如在化工生產(chǎn)中，使用余熱收集裝置對(duì)處于高溫反應(yīng)條件下的余熱進(jìn)行回收，然后在其他流程生產(chǎn)加工中使用這部分熱量，使熱量充分被利用，一定程度可以節(jié)約生產(chǎn)成本。其二，化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，如果未對(duì)其處理直接進(jìn)行排放，不僅會(huì)污染周圍環(huán)境，而且會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)，所以，在化工廢水處理環(huán)節(jié)應(yīng)用廢水回收和凈化技術(shù)對(duì)其處理，使凈化后的廢氣再次利用，在緩解當(dāng)前水資源短缺問(wèn)題的同時(shí)，防止化工污水對(duì)周圍環(huán)境的危害。

(3)選用高活性催化劑

在化工生產(chǎn)中，為了對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行控制，通常會(huì)使用催化劑來(lái)輔助化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，如果所選用的催化劑性能、含量不符合反應(yīng)要求，會(huì)降低化工原料的利用率，而且化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品量會(huì)增加，導(dǎo)致能耗、化工分離的負(fù)載增加，與化工生產(chǎn)所提倡的節(jié)能降耗理念相背離。因此，在化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)原理、原料以及條件等選用高活性的催化劑，且對(duì)催化劑的量進(jìn)行合理控制，促使化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率提高[3]，比如在使用硫酸鉀制取氧氣的反應(yīng)中，為了提高反應(yīng)速率，節(jié)約能耗，可以添加適量的催化劑（高活性氧化銅）。

(4)合理使用阻垢劑

化工工藝中部分設(shè)備在長(zhǎng)期使用中，受氧化、侵蝕等因素影響，設(shè)備容易出現(xiàn)腐蝕、污垢等問(wèn)題，比如在實(shí)際化工生產(chǎn)中機(jī)電設(shè)備容易出現(xiàn)不同程度的銹蝕，如果沒(méi)有及時(shí)對(duì)其清理，腐蝕的范圍會(huì)增大，直接降低機(jī)電設(shè)備運(yùn)行、導(dǎo)熱性能，使部分反應(yīng)不夠充分，消耗的原料比較多，且會(huì)加快設(shè)備老化的速度。針對(duì)這種情況，在化工工藝中應(yīng)按照反應(yīng)設(shè)備屬性選用合適的阻垢劑，對(duì)設(shè)備污垢、腐蝕進(jìn)行清洗，定期檢修、保養(yǎng)機(jī)電設(shè)備，使其性能在滿足化學(xué)生產(chǎn)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，使設(shè)備使用年限延長(zhǎng)。

(5)優(yōu)化化工生產(chǎn)工藝

以往化工生產(chǎn)中所使用的技術(shù)、設(shè)備等相對(duì)落后，所生產(chǎn)的化學(xué)品質(zhì)量存在不達(dá)標(biāo)的情況，生產(chǎn)成本較高，影響化工企業(yè)盈利，并且生產(chǎn)過(guò)程中所排放的污染物對(duì)人體、環(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響。為了充分發(fā)揮節(jié)能降耗技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在化工工藝中使用新技術(shù)對(duì)其方案、流程等進(jìn)行優(yōu)化，為廢舊能源再次使用提供技術(shù)支撐，對(duì)化學(xué)工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使新技術(shù)應(yīng)用的范圍擴(kuò)大；對(duì)未被充分利用的能源進(jìn)行回收、利用，比如在實(shí)際化工工藝中回收廢舊能源，優(yōu)化化學(xué)工藝，或者嘗試應(yīng)用新技術(shù)，促使生產(chǎn)效率提高。同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)條件會(huì)影響化學(xué)工藝實(shí)施情況、能量消耗量，為了保證化工生產(chǎn)活動(dòng)順利進(jìn)行，且消耗的能量相對(duì)較少，應(yīng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)所需溫度、壓力以及轉(zhuǎn)化效率等條件進(jìn)行優(yōu)化[4]，比如提前了解各類化學(xué)品的特性、對(duì)反應(yīng)條件的要求等，以對(duì)比的方式選擇最佳的溫度、壓力等進(jìn)行化工生產(chǎn)，在實(shí)際操作中對(duì)反應(yīng)條件嚴(yán)格控制，且隨時(shí)觀察反應(yīng)情況，根據(jù)反應(yīng)情況靈活地調(diào)整反應(yīng)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，促使化學(xué)反應(yīng)高效、安全進(jìn)行。此外，通過(guò)減少化工生產(chǎn)中反應(yīng)出的外部壓力，實(shí)現(xiàn)能耗的節(jié)約，在化學(xué)生產(chǎn)之前，對(duì)其所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，即在保證化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定、高效進(jìn)行，控制綜合能耗問(wèn)題的基礎(chǔ)上，減少氣態(tài)反應(yīng)物所產(chǎn)生的壓縮能耗，以達(dá)到降耗的效果?；蛘咴跐M足化學(xué)物正常反應(yīng)條件的前提下，通過(guò)降低其吸熱時(shí)的溫度，減少反應(yīng)期間的供熱量，促使反應(yīng)過(guò)程中熱能利用率提高，并且采取一定的手段使化學(xué)物質(zhì)完全反應(yīng)，提高其轉(zhuǎn)化效率，對(duì)反應(yīng)副作用進(jìn)行有效控制，間接性減少反應(yīng)過(guò)程中能源消耗問(wèn)題。

(6)選用高端設(shè)備

在化學(xué)工藝中所選用的反應(yīng)設(shè)備也會(huì)影響生產(chǎn)水平、能源使用情況。為了突顯出節(jié)能降耗技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，需不斷更新生產(chǎn)設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工序?qū)ο嚓P(guān)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行更新，正確使用這些設(shè)備，確保設(shè)備穩(wěn)定、高效運(yùn)行，在節(jié)約能耗的同時(shí)，促使生產(chǎn)效率提高，比如在對(duì)化學(xué)物質(zhì)提取過(guò)程中，大多數(shù)化學(xué)工藝需根據(jù)反應(yīng)所需物質(zhì)進(jìn)行分離提純處理，該環(huán)節(jié)所使用的提純?cè)O(shè)備會(huì)影響材料、能源消耗情況，如果所使用的設(shè)備性能較高，可以充分分離原料中的物質(zhì)，在保證提純質(zhì)量的同時(shí)，促使能源利用率提高；反之，如果所使用的相關(guān)設(shè)備性能比較低，在提純環(huán)節(jié)會(huì)導(dǎo)致大量物質(zhì)流失，所消耗的能源相對(duì)較多。因此，在化工工藝中，應(yīng)使用高性能設(shè)備，尤其在設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中，應(yīng)提前對(duì)生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝進(jìn)行分析，明確指出各工藝對(duì)設(shè)備性能的要求，綜合多方面的因素選擇最佳的機(jī)械設(shè)備，制定出相應(yīng)的采購(gòu)方案，比如在設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中，需對(duì)設(shè)備質(zhì)量、廠家資質(zhì)等進(jìn)行檢查和審核，確保設(shè)備質(zhì)量、性能以及型號(hào)等符合生產(chǎn)工藝要求，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

(7)其他節(jié)能降耗方法

基于節(jié)能降耗理念下，化工生產(chǎn)中能源的消耗還受現(xiàn)場(chǎng)管理制度以及人員素質(zhì)等因素影響。對(duì)于化工企業(yè)而言，為了降低化工生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的能源的損耗，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)管理制度進(jìn)行完善、改進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)操作現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備以及技術(shù)的管理，即要求化工操作人員嚴(yán)格按照工藝流程、標(biāo)準(zhǔn)等開(kāi)展生產(chǎn)工作，避免人為因素導(dǎo)致操作不當(dāng)、能源浪費(fèi)。同時(shí)，化工企業(yè)應(yīng)為操作人員提供技術(shù)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，使其對(duì)節(jié)能降耗理念有新的理解，擁有節(jié)約能源的意識(shí)，且掌握最新的化工技術(shù)，能夠根據(jù)化工企業(yè)實(shí)際情況選擇合適的節(jié)能技術(shù)，確?；すに嚫咝А踩珜?shí)施，為化工企業(yè)創(chuàng)造更多效益。此外，化工生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)成立相應(yīng)的監(jiān)管部門，對(duì)生產(chǎn)期間浪費(fèi)資源、造成不必要能耗的行為進(jìn)行監(jiān)控、制止，并采取相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施，激勵(lì)操作人員在化工生產(chǎn)中節(jié)約能源、資源，對(duì)不節(jié)約能源的操作行為進(jìn)行相應(yīng)的懲罰，形成能源節(jié)約的生產(chǎn)環(huán)境，達(dá)到全面降低生產(chǎn)能耗的目的。

4.結(jié)束語(yǔ)

在化工工藝中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，不僅是對(duì)傳統(tǒng)化工工藝技術(shù)的創(chuàng)新，而且是整個(gè)化工行業(yè)改革的必然趨勢(shì)，為該行業(yè)綠色發(fā)展提供新的思路和方向。對(duì)于化工企業(yè)而言，應(yīng)順應(yīng)節(jié)能、環(huán)保發(fā)展的趨勢(shì)，在化工生產(chǎn)中選用合適的節(jié)能技術(shù)，對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的余熱、廢棄物進(jìn)行收集、處理，實(shí)現(xiàn)二次利用，且減少化工生產(chǎn)中的動(dòng)力能耗，使能源的利用率提高，保證企業(yè)最大效益。