化工企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化策略

唐海紅(江蘇海四達(dá)集團(tuán)有限公司，江蘇 南通 226200)

0 引言

自20 世紀(jì)70 年代以來，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，化工行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益重要。然而，化工生產(chǎn)所需的能源消耗較大，給環(huán)境造成了不小的壓力，同時(shí)也增加了化工企業(yè)的生產(chǎn)成本，制約著化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，我國(guó)的化工行業(yè)在長(zhǎng)期的發(fā)展中，不斷探索和應(yīng)用各種節(jié)能降耗技術(shù)，積極推廣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和裝備。在梯級(jí)利用技術(shù)、熱交換技術(shù)、再生技術(shù)等方面，取得了一系列的創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)了能源利用效率的大幅提升，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些技術(shù)的應(yīng)用也為其他工業(yè)領(lǐng)域提供了借鑒和啟示，為我國(guó)推進(jìn)節(jié)能減排和綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略作出了重要貢獻(xiàn)。

1 化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)的作用

1.1 減少化工生產(chǎn)的能源消耗

化工工藝過程中的能源消耗主要來自原料處理、反應(yīng)過程、分離純化、再生利用等環(huán)節(jié)，要在上述環(huán)節(jié)中，減少能源的消耗，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。原料處理環(huán)節(jié)，可以通過改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝流程、使用新型高效設(shè)備等方法，減少能源消耗。在反應(yīng)過程中，可以采用低溫、低壓、高效催化劑等技術(shù)，優(yōu)化反應(yīng)條件，提高反應(yīng)效率，降低能耗。同時(shí)，還可以通過循環(huán)使用反應(yīng)廢物、減少反應(yīng)廢物的排放，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。

1.2 實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用

化工生產(chǎn)中往往需要大量的熱能，而節(jié)能技術(shù)可以減少熱能的消耗，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。采用余熱回收技術(shù)可以將廢氣和廢水中的熱能回收再利用，降低了熱能的損失，節(jié)約了能源的消耗。這類工廠在實(shí)際生產(chǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物和廢水，而采用節(jié)能降耗技術(shù)可以減少這些廢棄物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。例如，采用生產(chǎn)過程中的廢棄物進(jìn)行再利用，可以將其轉(zhuǎn)化為新的能源來源，比如生物質(zhì)燃料、生物氣體等，減少了廢棄物的堆積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了能源的再利用[1]。

1.3 提升能源轉(zhuǎn)化率

通過采用先進(jìn)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化反應(yīng)條件，可以提高反應(yīng)物的利用率和產(chǎn)物的選擇性，高效的分離技術(shù)和廢物回收技術(shù)，可以將廢物和副產(chǎn)物中的有價(jià)值成分重新回收利用。而使用先進(jìn)的催化劑和催化反應(yīng)工藝可以提高反應(yīng)速率和選擇性，減少反應(yīng)溫度和壓力，降低反應(yīng)熱量和能量消耗。實(shí)際作業(yè)時(shí)會(huì)結(jié)合能源管理技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)能源消耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，確保能源的合理利用和最大限度節(jié)約。

1.4 降低生產(chǎn)過程的動(dòng)力損耗

動(dòng)力損耗是指在化工生產(chǎn)過程中，由于能量轉(zhuǎn)化得不完全或能量流失導(dǎo)致的能量浪費(fèi)，不僅會(huì)增加能源消耗，還會(huì)增加生產(chǎn)成本和環(huán)境污染。而采取節(jié)能降耗技術(shù)，就能有效減少化工生產(chǎn)中廢物排放，降低動(dòng)力損耗轉(zhuǎn)化率。這也意味著生產(chǎn)過程更加高效，從而減少了廢物的產(chǎn)生和排放，達(dá)到提高化工生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和質(zhì)量的目的，滿足客戶的需求，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 化工工藝中常見的節(jié)能降耗技術(shù)措施

2.1 梯級(jí)利用技術(shù)

該技術(shù)是將原本一次性利用的熱能分成多級(jí)利用，使得熱能的利用效率大大提高，同時(shí)能夠降低廢熱的排放。先對(duì)加熱過程進(jìn)行分析，確定熱能的產(chǎn)生和使用過程中的溫度差異，選擇合適的換熱器回收廢熱，或者使用蒸汽再生系統(tǒng)等熱能回收方式，注意熱傳遞面積的設(shè)計(jì)和換熱系數(shù)的優(yōu)化，并將回收的熱能通過管道輸送到需要加熱的設(shè)備中，根據(jù)需要的溫度將熱能分成多個(gè)級(jí)別，再通過控制各級(jí)別的熱能流量和溫度，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用的目的。在實(shí)際操作中，需要注意的是，梯級(jí)利用技術(shù)不僅可以用于廢熱的回收利用，還可以用于能源的節(jié)約，要充分考慮設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，避免過熱和過冷等情況的出現(xiàn)，使用多種熱能回收方式的組合實(shí)現(xiàn)最佳效益[2]。

2.2 熱交換技術(shù)

在化工生產(chǎn)中，常常會(huì)出現(xiàn)高溫、高壓的物質(zhì)需要冷卻，或者低溫的物質(zhì)需要加熱的情況，這時(shí)就可以利用熱交換器將熱量從高溫介質(zhì)中抽出，傳遞給低溫介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和回收。根據(jù)介質(zhì)的物性和流量等參數(shù)，選擇合適的熱交換器，并通過優(yōu)化熱交換器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，提高傳熱效率，減少能量的損失。要定期對(duì)熱交換器進(jìn)行清洗和維護(hù)，以防止管道堵塞和腐蝕等問題，控制介質(zhì)的流量和溫度，保證熱交換器的正常運(yùn)行。此外，還需要考慮介質(zhì)之間的熱力學(xué)相容性和傳熱方式等問題，避免因操作不當(dāng)而導(dǎo)致熱交換器失效或介質(zhì)混合等問題。

2.3 蒸發(fā)技術(shù)

蒸發(fā)技術(shù)是通過加熱溶液使其部分蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)溶液中溶質(zhì)的分離和純化。在操作過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：第一，選擇合適的蒸發(fā)器型號(hào)。目前市面上有多種不同的蒸發(fā)器，如單效蒸發(fā)器、多效蒸發(fā)器、蒸發(fā)結(jié)晶器等，不同的蒸發(fā)器適用于不同的工藝流程和操作要求，選擇合適的蒸發(fā)器可以提高蒸發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。第二，對(duì)進(jìn)料進(jìn)行預(yù)處理。例如，對(duì)高濃度、高黏度或含固體顆粒的進(jìn)料進(jìn)行預(yù)處理，以保證進(jìn)料順暢、穩(wěn)定，并避免在蒸發(fā)器中發(fā)生結(jié)垢或結(jié)晶現(xiàn)象[3]。第三，控制蒸發(fā)器的操作參數(shù)，如加熱溫度、蒸發(fā)時(shí)間、進(jìn)料速率等。這些參數(shù)的選擇需要根據(jù)具體的工藝要求和產(chǎn)品特性來確定，合理的操作參數(shù)可以提高蒸發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。第四，及時(shí)處理蒸發(fā)后的產(chǎn)物，對(duì)其進(jìn)行冷卻、減壓、結(jié)晶等處理，以實(shí)現(xiàn)最終的分離和純化。

2.4 再生技術(shù)

針對(duì)不同的再生資源，需要選擇相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行處理，廢氣可以采用吸收塔、冷凝器、膜分離器等設(shè)備；廢水則要使用曝氣池、生物反應(yīng)器、膜分離器等設(shè)備；廢熱要用換熱器、蒸汽發(fā)生器、熱泵等設(shè)備，這些設(shè)備的選擇應(yīng)當(dāng)綜合考慮成本、能效、環(huán)保等因素。除了設(shè)備選擇外，還需要選擇合適的工藝流程。如用吸收法、膜法、燃燒法等工藝處理廢氣；利用生化法、物化法、膜法等工藝處理廢水；或者使用蒸汽動(dòng)力循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)等工藝處理廢熱，并結(jié)合廢棄物的特性、處理效果、成本等因素進(jìn)行評(píng)估。設(shè)備的調(diào)試和運(yùn)行也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的關(guān)鍵步驟，實(shí)際操作時(shí)要注意設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和效率，不斷監(jiān)測(cè)和調(diào)整操作參數(shù)，確保再生資源能夠得到充分的回收和利用。

2.5 多效蒸發(fā)技術(shù)

利用蒸發(fā)器廢熱加熱進(jìn)料的多效蒸發(fā)技術(shù)是通過將預(yù)熱后的進(jìn)料逐級(jí)蒸發(fā)，利用蒸發(fā)器廢熱逐步加熱，達(dá)到節(jié)約能源的目的。要將進(jìn)料經(jīng)過熱交換器預(yù)熱至接近蒸發(fā)溫度，再把預(yù)熱后的進(jìn)料送入第一級(jí)蒸發(fā)器中，利用設(shè)備的廢熱將進(jìn)料加熱至蒸發(fā)溫度，水分逐漸蒸發(fā)，濃縮液體逐漸變濃，蒸汽被輸送至下一級(jí)處理容器，再次利用蒸發(fā)器廢熱將進(jìn)料加熱至蒸發(fā)溫度，濃縮液體繼續(xù)濃縮。重復(fù)以上操作，直至濃縮液體達(dá)到要求的濃度，然后將濃縮液體送入結(jié)晶器中，通過結(jié)晶分離技術(shù)將所需的物質(zhì)從濃縮液體中分離出來。多效蒸發(fā)技術(shù)具有節(jié)能、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)的濃縮、結(jié)晶、脫水等工藝。在實(shí)際操作中，需要注意進(jìn)料溫度、壓力、蒸汽利用率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，以保證多效蒸發(fā)技術(shù)的高效運(yùn)行。

2.6 催化劑技術(shù)

選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，可以促進(jìn)反應(yīng)速率，降低反應(yīng)能量，從而降低反應(yīng)溫度和壓力，減少反應(yīng)廢物和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，提高化工工藝的效率和經(jīng)濟(jì)性。在操作催化劑技術(shù)時(shí)，要選擇合適的催化劑種類和粒度，對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)處理和再生，通過還原、氧化、硫化等方法改變催化劑表面的物理化學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)其活性和穩(wěn)定性。通過高溫氧化、蒸汽重整等方法將催化劑中的碳、焦炭等雜質(zhì)清除掉，恢復(fù)其催化活性。除此之外，還需要注意催化劑的負(fù)載方式和反應(yīng)條件的優(yōu)化，采用浸漬、干燥、浸漬-干燥等方法，提高催化劑的分散度和活性。在反應(yīng)條件的優(yōu)化方面，需要對(duì)反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)物濃度、催化劑用量等參數(shù)進(jìn)行控制，以達(dá)到最優(yōu)的反應(yīng)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2.7 新型反應(yīng)器技術(shù)

與傳統(tǒng)的批量反應(yīng)器不同，新型反應(yīng)器技術(shù)采用連續(xù)反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、薄膜反應(yīng)器等先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，具有效率高、速率快、能耗低等優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和可控性。在操作新型反應(yīng)器技術(shù)時(shí)，要充分了解其物理和化學(xué)特性，并對(duì)所有反應(yīng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整反應(yīng)條件，確保反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和高效性，采用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的無人操作。

3 化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 提升廢水處理水平

化工企業(yè)可以加強(qiáng)廢水處理設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致廢水處理效果降低。同時(shí)，應(yīng)該及時(shí)更換老化的設(shè)備，更新技術(shù)，提高設(shè)備的效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。引進(jìn)先進(jìn)的膜技術(shù)、生物處理技術(shù)等廢水處理技術(shù)和設(shè)備，有效去除廢水中的污染物，大幅度降低處理能耗和處理時(shí)間，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。還可以通過優(yōu)化廢水處理工藝流程，降低廢水處理能耗，采用“生化+物化”聯(lián)合處理工藝，充分利用生物降解和物理化學(xué)處理的優(yōu)勢(shì)，降低能耗和化學(xué)品的使用量，同時(shí)提高廢水處理效率和水質(zhì)穩(wěn)定性。

3.2 注重使用變頻設(shè)備

變頻技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，使得設(shè)備的能耗與產(chǎn)出成正比，從而減少不必要的能耗。例如，在化工過程中常使用的離心泵、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)耗能與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，而采用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的運(yùn)行速度可控，避免過高的轉(zhuǎn)速帶來的能耗浪費(fèi)。推廣這項(xiàng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化控制，避免設(shè)備的頻繁啟停和過載運(yùn)行。如果過于頻繁的啟停會(huì)加速設(shè)備的磨損和故障率，過載運(yùn)行則會(huì)造成能源的浪費(fèi)和設(shè)備的損壞。而采用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的平穩(wěn)啟停和穩(wěn)定運(yùn)行，避免了這些問題的發(fā)生。

3.3 落實(shí)節(jié)能降耗管理制度

制定和實(shí)施有效的管理制度是確保化工工藝中節(jié)能降耗技術(shù)優(yōu)化能夠取得長(zhǎng)期、穩(wěn)定和可持續(xù)效果的重要前提，需要完善能源計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，確保能源使用量的準(zhǔn)確測(cè)算和計(jì)費(fèi)。建立能源管理制度，加強(qiáng)對(duì)能源的監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正能源浪費(fèi)和損失的現(xiàn)象。并強(qiáng)化能源審計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能源利用效率低下的問題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，還要制定能源管理績(jī)效考核機(jī)制，通過考核激勵(lì)，落實(shí)能源管理的責(zé)任和義務(wù)，推動(dòng)節(jié)能降耗工作的深入開展。

3.4 阻垢劑的積極推廣

垢的形成不僅會(huì)降低設(shè)備的傳熱效率，還會(huì)增加設(shè)備的能耗和維護(hù)成本，使用阻垢劑可以有效地降低能耗和維護(hù)成本，同時(shí)還能延長(zhǎng)設(shè)備壽命。其使用方式也非常便捷，就是通過將添加劑注入管道或設(shè)備中，合理控制其注入量和周期，保證管道和設(shè)備的內(nèi)部始終干凈，提高傳熱效率，減少設(shè)備停機(jī)維護(hù)的次數(shù)，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和利用率。通過定期使用阻垢劑對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗和維護(hù)，不僅能夠降低企業(yè)的能耗和維護(hù)成本，還能夠提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

3.5 加大綠色能源的使用力度

綠色能源主要包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等，這些能源具有環(huán)保、可再生、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)?；て髽I(yè)可以考慮在生產(chǎn)過程中增加綠色能源的使用比例，從而降低傳統(tǒng)能源的使用量。例如，在生產(chǎn)過程中使用太陽能光伏發(fā)電，或者利用風(fēng)能發(fā)電來驅(qū)動(dòng)設(shè)備。這些做法不僅能夠減少能源消耗，同時(shí)還能減少環(huán)境污染，提高企業(yè)形象。還可以對(duì)耗能高的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行能效改造，采用高效節(jié)能的泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，或者使用新型節(jié)能型反應(yīng)器，減少化學(xué)反應(yīng)的溫度和壓力，從而降低能源消耗。此外，在生產(chǎn)過程中實(shí)行全過程控制和自動(dòng)化，以最小化能源的浪費(fèi)，提高能源的利用效率。

4 結(jié)語

當(dāng)化工生產(chǎn)技術(shù)在不斷創(chuàng)新和環(huán)保意識(shí)繼續(xù)增強(qiáng)時(shí)，越來越多的企業(yè)開始重視節(jié)能降耗，并將其納入到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的戰(zhàn)略中。未來，這種趨勢(shì)將會(huì)持續(xù)推動(dòng)化工工藝向著更高效、更環(huán)保、更可持續(xù)的方向不斷前進(jìn)。在這個(gè)過程中，各種新型的節(jié)能降耗技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，為化工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化提供更多的選擇和可能性。因此，從業(yè)者應(yīng)該積極不斷提升技術(shù)水平，創(chuàng)新發(fā)展，不斷探索和應(yīng)用各種節(jié)能降耗技術(shù)，積極推廣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和裝備，為我國(guó)推進(jìn)節(jié)能減排和綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略作出積極貢獻(xiàn)。