化工生产过程中节能降耗技术的研发与应用

(整期优先)网络出版时间:2025-01-23
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化工生产过程中节能降耗技术的研发与应用

徐悦强  卢保林  杨金云

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摘要:随着全球能源危机的加剧以及环境问题的日益严峻,化工行业作为能源消耗大户,节能降耗成为其可持续发展的关键。本文深入探讨了化工生产过程中节能降耗技术的研发动态与广泛应用,详细分析了工艺流程优化、新型催化剂开发、余热余压利用、变频调速技术以及能源管理系统等方面的技术要点与实践成效。通过实际案例展示了这些技术在降低化工生产能耗、减少污染物排放、提高经济效益等方面的显著作用,为化工企业进一步推进节能降耗工作提供了有益的参考与借鉴。

关键词:化工生产;节能降耗;技术研发

一、引言

化工行业在国民经济中占据着举足轻重的地位,为众多领域提供基础原材料与各类产品。然而,其生产过程通常伴随着大量的能源消耗,不仅对有限的能源资源造成巨大压力,还因能源转换与利用过程中的排放引发诸多环境问题。在当前追求可持续发展的时代背景下,化工企业迫切需要研发与应用节能降耗技术,以实现经济效益与环境效益的双赢,确保行业的长远稳健发展。

二、化工生产能耗现状剖析

化工生产涵盖了众多复杂的工艺流程,从原料预处理、化学反应到产品精制等环节均涉及不同形式的能源消耗。以传统的合成氨生产为例,其煤耗、电耗居高不下,在造气、变换、净化及合成等主要工序中,大量的热能以废热形式散失,电能消耗于大功率机泵运转等[1]。同样,在石油化工领域,原油蒸馏、裂解、聚合等过程需要消耗大量蒸汽、电力,且由于装置规模、工艺路线等因素影响,不同企业间能耗差异明显,但总体处于较高水平。这些高能耗环节不仅增加了生产成本,也使得化工行业成为节能减排的重点关注对象。

三、节能降耗关键技术研发

(一)工艺流程优化技术

在化工节能降耗技术领域,模拟与仿真技术发挥着关键作用。借助 Aspen Plus、ChemCAD 等先进软件,能对化工生产流程全方位建模,精准模拟不同工况、原料变化及操作参数下的工艺性能,进而精确锁定能耗高的环节。以某大型聚酯生产企业为例,利用模拟软件深入剖析酯化、缩聚反应流程时,察觉预缩聚阶段因反应温度梯度过小,致使反应拖沓、能耗攀升。于是,通过精细优化温度分布曲线,合理调整物料停留时间,成功使该阶段能耗降低约 15%。集成化工艺设计同样成效显著,其打破传统单元操作的隔阂,紧密耦合上下游工序,达成物料与能量的高效梯级利用。就如氯碱化工生产中,创新性地将电解所得氢气、氯气直接通入盐酸合成炉,摒弃中间压缩、储存环节,规避了能量损耗,还能回收反应热预热原料,促使盐酸生产综合能耗降低20%以上。

(二)新型催化剂开发

科研人员聚焦于开发高性能催化材料,这对化工节能降耗至关重要。在煤化工领域,新型煤制烯烃催化剂运用纳米分子筛负载活性金属组分,烯烃选择性较传统的提高 10% 以上,能减少相同原料转化下的副产物,进而降低额外能耗与后续分离能耗,从源头实现节能。与此同时,延长催化剂寿命也不容小觑,如石化催化裂化催化剂采用稀土改性氧化铝载体,通过优化结构、添加助剂,使其抗积炭与抗重金属污染能力得以增强,再生周期从 7 天延长至 10 天,减少了再生耗能与装置停工损失,有力提升生产稳定性与经济性,助推化工产业向绿色转型迈进。

(三)余热余压利用技术

在化工节能降耗进程中,余热余压利用技术成效显著。一方面,余热回收系统通过在化工炉窑、反应釜等高温设备出口配置余热锅炉或换热器,回收高温烟气与工艺物流余热。比如玻璃纤维生产时,玻璃熔炉 1500℃烟气经余热锅炉产蒸汽,用于原料预热、车间供暖,余热回收率 60%,削减蒸汽需求、降成本。另一方面,余压发电装置针对高压流体节流降压环节,像天然气调压站、化工高压气体放空系统,安装膨胀透平机将压力能转电能。某化肥厂用合成氨高压放空气体驱动膨胀机发电,年发电量 300 万千瓦时,满足部分车间用电,减少电网购电。

(四)变频调速技术

在化工节能降耗进程中,余热余压利用技术成效显著。一方面,余热回收系统通过在化工炉窑、反应釜等高温设备出口配置余热锅炉或换热器,回收高温烟气与工艺物流余热。比如玻璃纤维生产时,玻璃熔炉1500℃烟气经余热锅炉产蒸汽,用于原料预热、车间供暖,余热回收率60%,削减蒸汽需求、降成本。另一方面,余压发电装置针对高压流体节流降压环节,像天然气调压站、化工高压气体放空系统,安装膨胀透平机将压力能转电能[2]。某化肥厂用合成氨高压放空气体驱动膨胀机发电,年发电量300万千瓦时,满足部分车间用电,减少电网购电。

(五)能源管理系统(EMS)

能源管理系统在化工节能降耗中起着关键作用。构建覆盖全厂区能源管网与重点耗能设备的传感器网络,实现数据采集与监测,如某精细化工园区的 EMS 系统每5秒更新数据,精准掌握能耗动态。接着,利用大数据分析技术深度挖掘采集的数据,进行能耗分析与诊断,曾发现某农药生产线停产时蒸汽伴热未关的浪费问题,整改后节能显著。基于分析结果优化调度与管控,依峰谷电价安排设备运行,削峰填谷、按需供能,保障能源系统高效稳定,降低成本。

四、节能降耗技术应用案例分析

(一)案例一:

四川某石化企业千万吨级炼油装置节能改造成效显著。技术应用上,采用加氢裂化 - 加氢精制一体化工艺优化流程,减少物料反复冷热交替,热回收率升至 88%;重整单元用铂锡双金属催化剂,提芳烃产率、降能耗;增设低温热回收系统,产低压蒸汽用于伴热等,年节约标煤 5000 吨。改造后,装置综合能耗降低,年节能折合标煤 7 万吨,减排二氧化碳 20 万吨,增效超 5000 万元。

(二)案例二:

陕西某化工园区循环化改造成效斐然。技术应用层面,园区构建蒸汽梯级利用网络,整合分散小锅炉成立集中供热中心,依企业用汽压力以背压式汽轮机实现蒸汽逐级利用,凝汽余热供生活热水;企业内部普及变频调速技术,超 80% 机泵、风机改造后平均节能 35%,还引入能源管理系统监控能源流向、协调供需。最终,园区年节能 15 万吨标煤,万元工业增加值能耗降 20%,减排超 1000 吨,资源循环利用率提至 40%,降成本、优环境、强竞争力。

五、节能降耗技术推广面临的挑战

化工节能降耗技术在推广应用时面临诸多阻碍。其一,技术研发投入风险高,研发周期动辄数年甚至十余年,资金消耗巨大,过程还充满不确定性,像新型催化剂研发常因材料性能不稳、放大效应等受挫,前期投入打水漂,使得中小企业望而却步。其二,设备改造与运行成本高昂,引进节能设备、改造生产线动辄花费数千万元,如大型余热发电装置,对效益不佳企业是沉重负担,且部分设备运维要求高,专业人员短缺、备品备件难购,易致故障率上升、成本增加,难以长期稳定运行[3]。其三,政策激励与监管不足,虽有政策法规,但部分地区扶持力度弱,节能项目补贴申请繁琐、额度少,监管执法不严,未达标企业未及时整改,削弱了推广动力。

六、结论与展望

化工生产过程中节能降耗技术的研发与应用已取得诸多显著成果,通过工艺流程优化、新型催化剂开发、余热余压利用等一系列技术手段,有效降低了化工企业能耗,减少污染物排放,提升了经济效益与环境效益。然而,推广应用之路仍面临重重挑战,需政府、企业、科研机构协同发力。政府应加大政策激励,简化补贴流程,强化监管执法;企业要树立长远发展眼光,增加研发投入,克服资金、技术难题积极改造;科研机构持续深耕前沿技术,加速成果转化。展望未来,随着科技进步与各方努力,化工行业有望实现更高水平的节能降耗,迈向绿色、低碳、可持续发展新征程,为全球能源与环境事业贡献力量。

参考文献:

[1]田蕊.油气集输管道的节能降耗技术研究 [J].石油石化节能与计量, 2024, 14 (12): 39-44.

[2]刘金堂,张蕾蕾,王研,等.同井注采技术节能降耗效果分析 [J].石油石化节能与计量, 2024, 14 (12): 28-33.

[3]曹晓波.煤矿带式输送机节能降耗的探析 [J].西部探矿工程, 2024, 36 (12): 96-98.