化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)踐研究

＊?jiǎng)⒖紳?徐翔燕

（沂南縣工業(yè)和信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心 山東 276399）

我國提出的“雙碳”戰(zhàn)略主要是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”與“碳中和”的目標(biāo)，倡導(dǎo)綠色、環(huán)保、低碳的方式，提倡綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，以綠色技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型。而化工行業(yè)在生產(chǎn)過程中消耗的能源比重及總量普遍較高，存在大量的能源成本消耗，屬于高能耗行業(yè)[1]。同時(shí)，由于在發(fā)展初期對(duì)環(huán)境影響問題的考慮較少，導(dǎo)致傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境具有較大的負(fù)面影響。在國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)及高質(zhì)量發(fā)展的影響下，化工行業(yè)必須重視起節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用，以此更好地應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。因此，為積極響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，化工企業(yè)應(yīng)認(rèn)識(shí)到自身的責(zé)任，在實(shí)際生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用，引入新技術(shù)和新設(shè)備，優(yōu)化傳統(tǒng)生產(chǎn)流程，以提高原料利用率，降低能源損耗[2]。同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢料進(jìn)行回收再利用，以確保同步實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.化工工藝能耗現(xiàn)狀及節(jié)能降耗現(xiàn)狀

據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，截止至2021年，化工行業(yè)能耗總量約為7.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原料用能量占30%，約為2.19億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，高能耗化工行業(yè)主要涉及燒堿、純堿、乙烯、電石、對(duì)二甲苯、合成氨、黃磷、磷酸一銨、磷酸二銨9個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。化工行業(yè)是一項(xiàng)高系統(tǒng)性、復(fù)雜性和危險(xiǎn)性的產(chǎn)業(yè)體系，立足化工工藝生產(chǎn)的性質(zhì)進(jìn)行分析，化工行業(yè)在生產(chǎn)效率上具有極高的要求，而想要進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，則需要重視起能源的節(jié)約。基于此，對(duì)化工工藝的能耗現(xiàn)狀展開分析：

一方面，化工工藝的改造及應(yīng)用空間較大。雖然在改革開放之后，我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好，生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)增大，行業(yè)實(shí)力持續(xù)增強(qiáng)。但目前，我國化工產(chǎn)業(yè)的能耗較高，存在嚴(yán)重的環(huán)境污染情況，特別是在臃腫的化工工藝系統(tǒng)與傳統(tǒng)化工工藝下，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的能耗損失，難以提升的能源利用率也加劇了生產(chǎn)環(huán)境污染。分析化工工藝能耗水平較高的原因，化工工藝生產(chǎn)機(jī)制較為落后，節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用不足是其主要原因。由此，化工工藝在節(jié)能降耗技術(shù)的改造和應(yīng)用方面具有較大的空間[3]。

另一方面，節(jié)能降耗技術(shù)發(fā)展有所滯后。現(xiàn)階段，我國在政策引導(dǎo)和技術(shù)投入下，大力開展化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的研究，并得到廣泛應(yīng)用，但與環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)下的產(chǎn)業(yè)模式需求仍有一定的差距。例如部分化工工藝雖然對(duì)乙烯裝置能耗加以管控，但在綜合能耗上仍比標(biāo)準(zhǔn)要求的80kg/t要高，并未達(dá)到預(yù)期的理想效果。針對(duì)化工工藝節(jié)能降耗技術(shù)的研究而言，不僅要兼顧節(jié)能技術(shù)應(yīng)用和傳統(tǒng)工藝改良，以現(xiàn)代化工藝改進(jìn)為節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用提供充足的空間，還要全面降低能源損耗，避免因工藝機(jī)制合理性不足，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)過于繁雜所造成的不必要能源消耗。

2.化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

(1)應(yīng)用熱管換熱器優(yōu)化現(xiàn)有工藝裝置

熱管換熱器在化工工藝運(yùn)作體系中是比較常見的一種節(jié)能降耗技術(shù)裝置。熱管換熱器能夠利用內(nèi)隔板達(dá)到節(jié)能的目的，分離開冷熱水，從而在整體上提高換熱器的工作效率。在化工工藝實(shí)踐中，熱管換熱器可應(yīng)用于日化工業(yè)廢氣余熱的回收，以生產(chǎn)清潔熱風(fēng)，干燥物料。在利用熱管換熱器進(jìn)行帶腐蝕煙氣余熱回收時(shí)，可以通過調(diào)整換熱器冷凝段與蒸發(fā)段傳熱面積的方式，對(duì)熱管的關(guān)閉溫度進(jìn)行改善，進(jìn)而規(guī)避腐蝕影響。同時(shí)，對(duì)于在強(qiáng)酸或腐蝕等特殊環(huán)境中的化工工藝而言，利用熱管換熱器可以有效增加工藝的安全系數(shù)，并且熱管換熱器的應(yīng)用成本相對(duì)較低，具有較高的性價(jià)比優(yōu)勢，例如在硫酸系統(tǒng)中應(yīng)用熱管換熱器回收焚燒率出口高溫SOx氣體的余熱、在轉(zhuǎn)化工段回收高溫氣體余熱，產(chǎn)生熱水或蒸汽供系統(tǒng)使用。此外，熱管換熱器的應(yīng)用還能有效解決某些化工工藝環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的堵灰問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)化工工藝裝置運(yùn)行效率的提升，大大減少能源的消耗。

(2)應(yīng)用熱泵提高熱能利用率

化工工藝中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，合理選用熱泵也是關(guān)鍵。在化工工藝中，選用高能效比，且達(dá)到一級(jí)能效指標(biāo)的熱泵，能夠?yàn)榛瘜W(xué)工藝提供良好的供熱環(huán)境，以確保工藝中涉及的化學(xué)反應(yīng)能夠在最適宜的溫度下發(fā)生，從而提高化工工藝生產(chǎn)效率。熱泵在實(shí)際工作過程中，可以憑借自身能量高效聚集周圍介質(zhì)環(huán)境中的能源，增強(qiáng)熱傳導(dǎo)效率，保持供熱系統(tǒng)的溫度不變或升高，以此為周圍一定范圍內(nèi)的工藝裝置提供溫度及熱量支持。例如，在多數(shù)化工行業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的飽和熱廢氣，廢氣排放前需進(jìn)行降溫處理，應(yīng)用熱泵可將余熱降溫回收熱量并進(jìn)行再利用，既減少了浪費(fèi)也降低了能耗。但與上述熱管換熱器相比，應(yīng)用熱泵的成本相對(duì)較高，建議在大規(guī)?；すに圀w系中進(jìn)行應(yīng)用，以滿足性價(jià)比需求。

(3)應(yīng)用阻垢劑降低能源消耗

在多數(shù)化工工藝生產(chǎn)中，受工藝水平或生產(chǎn)管理水平的限制影響，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)銹蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象。倘若生產(chǎn)裝置出現(xiàn)銹蝕或結(jié)垢情況，則會(huì)對(duì)生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)的效果造成持續(xù)影響，輕則增加能耗，減少裝置的使用壽命，重則會(huì)導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故的發(fā)生?；诖耍瑸榇_?；すに嚿a(chǎn)的順利進(jìn)行，可以在化學(xué)工藝生產(chǎn)中加入適當(dāng)?shù)淖韫竸?，以避免或減緩化工工藝裝置出現(xiàn)結(jié)垢問題。例如，在化工工藝體系中，鍋爐和交換器等裝置容易出現(xiàn)結(jié)垢情況，在一定程度上影響裝置傳熱效率，進(jìn)而造成能耗的增加，存在一定的能源浪費(fèi)。而合理應(yīng)用阻垢劑能夠有效避免結(jié)垢，保證化工工藝的高能源利用率，并延長裝置設(shè)備的壽命。

(4)應(yīng)用蓄熱器提升熱量儲(chǔ)存效率

在化工工藝節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用中，引入蓄熱器裝置同樣可以達(dá)到良好的節(jié)能降耗效果。蓄熱器能夠在化工工藝正常運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的快速儲(chǔ)存，并依照工藝的實(shí)際需求情況適當(dāng)?shù)蒯尫艧崃浚瑥亩谖铡尫诺慕换ブ刑岣邔?duì)熱能的利用效率。目前，化工工藝中常應(yīng)用的蓄熱器分為兩種，變壓式蓄熱器和定壓式蓄熱器，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可以根據(jù)需求情況合理選擇不同的蓄熱器。例如，在鍋爐裝置中，可以應(yīng)用變壓式蓄熱器，當(dāng)鍋爐的蒸發(fā)量大于用汽量時(shí)，由蓄熱器將多余的蒸汽吸收起來，加熱儲(chǔ)水，使蒸汽大量凝結(jié)。而在鍋爐蒸發(fā)量小于用氣量時(shí)，在降壓作用下則會(huì)使蓄熱器內(nèi)的儲(chǔ)水沸騰，以提供足夠的蒸汽維持鍋爐的正常運(yùn)行。

(5)優(yōu)化催化劑工藝促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)

在現(xiàn)代化化工工藝生產(chǎn)中，催化劑是十分常見的輔助添加劑，通過對(duì)催化劑的合理應(yīng)用能夠減緩或提高化學(xué)反應(yīng)速率，在滿足化工工藝生產(chǎn)要求的同時(shí)，降低能源消耗[5]。目前，隨著化工生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展，催化劑的種類不斷豐富，選擇更為合適的催化劑種類，或?qū)Υ呋に囘M(jìn)一步優(yōu)化，能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如，中國石化北京化工研究院在2021年研發(fā)出一款YS8840貴金屬催化劑，主要以銀元素為活性成分，具有銀含量低、選擇性高的優(yōu)勢特點(diǎn)，在利用乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。利用該催化劑能夠使環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程減少40%以上的二氧化碳排放，能耗降低約為30%。

(6)新型節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用

化工工藝還要加強(qiáng)對(duì)新型節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用。例如，在化工甲醇生產(chǎn)中應(yīng)用水煤氣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能耗的降低。常規(guī)情況下，應(yīng)用水煤氣技術(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)中氫碳比要求為1:2，與傳統(tǒng)技術(shù)工藝相比，反應(yīng)能耗有著很大程度的降低。水煤氣技術(shù)的應(yīng)用流程如下：先對(duì)預(yù)產(chǎn)爐中的粗煤氣進(jìn)行預(yù)熱處理，之后將預(yù)產(chǎn)爐中生成的氣體通到主變爐中，設(shè)置溫度300℃以上，之后由原料與生成的氣體相接觸，反應(yīng)溫度降低，當(dāng)氣體溫度持續(xù)下降至40℃時(shí)，即可將其引入低溫甲醇的生產(chǎn)過程中。又如，在甲醇生產(chǎn)中應(yīng)用酸性氣體脫除技術(shù)。因煤炭中含有大量的硫、氮元素，在煤氣化甲醇生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生硫化氫、二氧化碳、三氧化硫等酸性氣體，長期影響下會(huì)對(duì)生產(chǎn)裝置造成嚴(yán)重的腐蝕，并危害大氣環(huán)境。由此，可以利用酸性氣體脫除技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酸性氣體進(jìn)行有效脫除，在提高甲醇生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，規(guī)避工藝生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染情況。應(yīng)用酸性氣體脫除技術(shù)要布置吸收式智能裝置，使酸性氣體的溫度降低在-40℃[6]。酸性氣體在低溫下能夠全部吸收合成氣體，且在吸收塔內(nèi)部也可以將酸性氣體全部脫除，以保證合成氣體化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定。應(yīng)用酸性氣體脫除技術(shù)，可以將合成氣體中的硫化氫含量降至0.1×10-6，顯著降低了甲醇生產(chǎn)中的能源消耗。

3.化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的具體應(yīng)用策略

(1)合理運(yùn)用新型裝置優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境

化工工藝生產(chǎn)中的節(jié)能降耗實(shí)踐可以加大投入資金用以更新生產(chǎn)裝置與設(shè)備。選用效能比較高的生產(chǎn)設(shè)備，在確保生產(chǎn)效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能耗的降低。新型裝置與設(shè)備的引入能夠?qū)ΜF(xiàn)有的生產(chǎn)體系進(jìn)行優(yōu)化改造。以供熱設(shè)備為例，若能夠提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率，則可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，保證能源的利用率。通過對(duì)現(xiàn)有供熱裝置與設(shè)備的更新，將老式魯奇爐更換為新型熔渣汽化爐，將老式變壓式蓄熱器更換為新型節(jié)能變壓式蓄熱器，可以有效減少供熱系統(tǒng)發(fā)生高熱的概率。同時(shí)，在更換新型裝置設(shè)備時(shí)，還可以結(jié)合結(jié)晶技術(shù)、蒸餾技術(shù)、層析技術(shù)等對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高能源利用率，優(yōu)化化工工藝技術(shù)管理。

(2)注重廢棄物循環(huán)利用優(yōu)化節(jié)能策略

化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用可顯著提高生產(chǎn)效能。在化工生產(chǎn)過程中難免會(huì)產(chǎn)生一定的廢棄物。例如，對(duì)廢水的處理一般采用冷凝水回收系統(tǒng)，但傳統(tǒng)開放式的處理系統(tǒng)易出現(xiàn)閃蒸降溫情況。由此，可以將開放式回收改造為封閉式的冷凝水回收。同時(shí)，還可以在冷凝回收系統(tǒng)中加入溫度調(diào)控系統(tǒng)、自動(dòng)檢測閃蒸消除系統(tǒng)、廢水性質(zhì)測量系統(tǒng)等，由此在保持熱力系統(tǒng)高能源利用率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，從而降低廢水回收成本，為化工生產(chǎn)創(chuàng)造更多的附加效益。而對(duì)于廢渣的回收處理而言，可以采用相應(yīng)的化學(xué)藥品將其中有價(jià)值的鹽、金屬等元素提煉出來。對(duì)于廢氣回收處理則可將廢氣制成碳酸鈉、硝酸等相應(yīng)的酸堿溶液，進(jìn)而在提高能源循環(huán)利用的同時(shí)，增加化工工藝的附加價(jià)值。

(3)優(yōu)化工藝條件與流程提高節(jié)能降耗整體效率

化工工藝中節(jié)能降耗整體效率的提升，關(guān)鍵在于對(duì)現(xiàn)有化工工藝體系的優(yōu)化，從而提高化工工藝水平。通常情況下，化工工藝生產(chǎn)主要受溫度、壓強(qiáng)等因素的影響。為此，可以在掌握化工工藝生產(chǎn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有化工工藝體系展開針對(duì)性的創(chuàng)新研發(fā)。例如，化學(xué)反應(yīng)效率與外部壓強(qiáng)有著緊密的關(guān)聯(lián)，可以通過合理的計(jì)算及判斷，強(qiáng)化對(duì)壓力的掌控，適當(dāng)增加外部壓強(qiáng)，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)效率的提升。同時(shí)，對(duì)部分涉及氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)而言，可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)活動(dòng)進(jìn)行在線模擬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)要素的精準(zhǔn)把控，精細(xì)控制反應(yīng)壓力條件，進(jìn)一步提高能源及原材料的利用效率。

4.結(jié)語

綜上所述，化工生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但化工工藝生產(chǎn)極高的能源消耗，及嚴(yán)重的環(huán)境污染問題也對(duì)其發(fā)展造成一定的阻礙。在此環(huán)境下，隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化工工業(yè)體系不斷優(yōu)化，化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化備受人們關(guān)注，關(guān)乎我國高質(zhì)量社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式與節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)。基于此，應(yīng)綜合考量傳統(tǒng)化工工藝能耗現(xiàn)狀，借助改良工藝流程，優(yōu)化工藝體系、優(yōu)選阻垢劑、催化劑等方式，降低化工工藝生產(chǎn)過程的能源消耗，避免生產(chǎn)造成的環(huán)境污染情況，提高生產(chǎn)效率。從而，進(jìn)一步推動(dòng)我國化工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)化發(fā)展。