充分发挥工程设计在节能减排中的重要作用

费丽明，王文昌，杨志敏

(惠生工程(中国)有限公司河南化工设计院分公司，河南郑州450046)

充分发挥工程设计在节能减排中的重要作用

费丽明，王文昌，杨志敏

(惠生工程(中国)有限公司河南化工设计院分公司，河南郑州450046)

结合“十二五”规划节能减排目标、化工设计行业的特点与现状，联系惠生工程公司的实际做法及体会，重点阐述了工程设计、设计技术创新、设计方案优化、增强节能减排的意识和责任、产学研设联合攻关、发展循环经济等在节能减排中的重要作用。

节能减排;工程设计;技术创新;联合攻关;循环经济

节能减排是我国的基本国策。五年来，我国化工行业节能减排工作虽然取得了十分辉煌的业绩，但前景不容乐观。节能减排，任重道远!本文主要结合化工设计行业的特点与现状，联系惠生工程公司的实际做法及体会，谈谈如何发挥工程设计技术在节能减排方面重要作用的话题。

1 化工设计与节能减排

1.1 化工设计与节能减排的基本内涵

化工设计是指根据化学反应、物理变化过程针对特需的目的产物而专门设计的生产流程，并研究流程的合理性、先进性和经济可行性，再按照工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道、电器、仪表等，进行完善的工厂布局，以满足生产的需要，最终使工厂建成投产。化工设计技术是一门综合性很强的技术学科。

节能减排是指节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。2008年实施的《中华人民共和国节约能源法》所称的节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。我国政府在2006年初提出:希望到2010年，单位GDP能耗比2005年降低两成、主要污染物排放减少一成。这两个指标结合在一起，就是我们通常所说的“节能减排”。

化工设计是把先进适用的节能减排技术或措施，推广应用于工程项目的关键转化环节，决定着工艺技术的应用、工程方案的优化、新设备新材料的采用，直接关系到整个工程建设全过程和最终工程产品能否达到节能减排的效果。相比某个工艺环节上单元技术或关键设备的改进，工程设计的集成化、工程化开发具有更大的优势和潜力，更有能力汇集各个环节的成果对整个工艺流程进行改进和完善，取得并保证整体工程的综合节能减排效果，具有不可替代的重要作用。

1.2 节能减排是一项基本国策

国家“十二五规划”明确提出了节能减排的目标，即到2015年，单位GDP二氧化碳排放降低17%;单位GDP能耗下降16%;非化石能源占一次能源消费比重提高3.1%，从8.3%到11.4%;主要污染物排放总量减少8%～10%。

石化工业“十二五”节能减排、绿色发展的目标是:到2015年，万元工业增加值能耗和二氧化碳排放量均比“十一五”末下降15%;COD和氮氧化物排放总量均减少10%，氨氮排放总量减少12%，二氧化硫排放总量减少8%，废水达标排放。化工固体废物综合利用率达到75%、有效处置率达到100%。全行业清洁生产达到历史最好水平。

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。

中国是当今世界上最大的发展中国家，发展经济，摆脱贫困，是中国政府和中国人民在相当长一段时期内的主要任务。20世纪70年代末以来，中国作为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就，为世界的发展和繁荣做出了重大贡献。却也付出了巨大的资源和环境被破坏的沉痛代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，人民群众对环境污染问题反应强烈;同时，温室气体排放引起了全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排，也是应对全球气候变化的迫切需要。

1.3 石化行业节能减排取得的成绩与存在的问题

2010年，我国石油和化工行业实现总产值8.88万亿元，跃居世界第二位;全行业综合能源消耗4.14亿吨标煤，能耗增幅比全国平均水平低32.7个百分点，比工业平均水平低26.4个百分点。吨原油加工综合能耗为99.3千克标煤，比2005年下降27.6%;吨乙烯综合能耗为880.7千克标煤，下降11.6%;吨合成氨综合能耗1356.4千克标煤，下降14.3%;电石、30%离子膜烧碱和纯碱的综合能耗也分别下降了14.8%、26.3%和29.1%。石化行业主要耗能产品的综合能耗已经接近或缩小了与国外的差距。

“十一五”时期，全行业节能减排做了大量卓有成效的工作，石化企业淘汰落后产能取得重要进展。中国石化5年累计淘汰落后炼油能力1 700万t;云天化集团关停了8套黄磷装置，淘汰产能2.2万t;全行业累计淘汰电石落后产能305万t，超额完成了国家下达的淘汰任务。

石油化工各子行业根据自身特点持续推动节能减排技术创新。譬如，烧碱、纯碱、化肥、电石等传统高耗能行业通过开发和研制的节能新设备，大幅度降低了能源消耗;染料、农药、中间体、有机原料等高物耗、高污染行业推广应用一批清洁生产工艺和技术，大幅度降低了污染物排放。化工企业通过科技创新，节能减排效果显著。

尽管石油和化工行业节能减排取得较大进展，但完成“十二五”节能减排任务依然十分艰巨。一方面，我国石化行业目前仍以生产基础原材料产品为主，精细化工产业比重不大，能源消耗较高、污染物排放量较大的特点一时还难以彻底改变;另一方面，近几年石油和化工产业年均增长率均在20%以上，这相当于几年就再造一个同等规模的石化产业。这样一个产业结构，这样一个发展速度，要实现能耗下降20%、排放减少10%的目标，是十分困难的。

国际能源署的统计资料显示:中国已经成为世界第一大能源消费国。目前我国单位GDP能耗分别是美国、日本、德国的3、4、5倍左右;同时，我国二氧化碳排放量、化学需氧量、二氧化硫排放量均居世界第一。我国石化工业能耗约占全部工业总能耗的17.4%，名列所有工业部门的第二位。由此可见，石化行业节能减排面临着巨大挑战。

2 设计技术在节能减排中大有可为

最近五年，我国节能环保产业将投入3.1万亿元，比“十一五”时期的1.4万亿翻了一番还多。未来的节能减排产业有望成为石化设计行业新的经济增长点，面临千载难逢的市场机遇，工程设计技术在节能减排方面大有可为。

2.1 设计技术创新是节能减排的先导

创新是以新思维、新发明、新描述为特征的概念化过程。化工设计技术创新就是以新的先进技术来改进现有落后技术或创造新的工程建设项目及产品生产流程。

2.1.1 推广先进适用技术

我国石化行业的能源消耗主要集中在化学原料及化学制品制造业，石油加工、炼焦及核燃料加工业。化工行业的化肥、基本原材料和有机化学品3个行业的能源消耗量占全国石化行业总能源消耗量的55%左右。其中，40%的能源用于氮肥、烧碱(含聚氯乙烯)、电石、黄磷、纯碱、乙烯等产品。在进行项目工程设计时，我们应当根据节能、节水、节电、降耗、减少污染等需要，尽可能采用先进成熟、适用有效的现有技术。例如:废水减排、加氢还原等清洁生产技术在染料行业的推广和应用，已经使染料企业走向低污染，甚至零排放;充分利用磷石膏制建材、水泥缓凝剂、土壤改良剂等技术，从根本上解决了磷石膏占用土地、污染环境的问题。废物回收利用是实现节能减排的重要途径。

2.1.2 采用集成创新技术

集成创新是利用工艺、管道、设备、电气、仪表、暖通等各种专业技术、管理工具对各个创新要素和创新内容进行选择、合成或优化，从而形成优势互补的有机整体的动态创新过程。我院在城市煤气联产甲醇项目设计中，采用自主研发的“城市煤气联产甲醇集成工艺”等专利技术，在总结城市燃气、甲醇设计和生产经验的基础上，根据城市煤气联产甲醇的生产特点，对设计进行集成创新，开发出了全套工艺软件及工艺设计技术，攻克了城市煤气调峰调质的技术难题，解决了城市煤气和甲醇生产对原料气气体成分要求不一致的矛盾，为城市煤气联产甲醇提供了新的生产技术，多项生产技术指标达到国际先进水平，节能减排效果明显。该项目荣获中国石油和化学工业协会科技进步一等奖，并为惠生公司晋升上海市高新技术企业和全国化工行业技术创新示范企业奠定了基础。

2.1.3 注重新技术开发

化工设计单位应当树立节能减排的设计理念，对于能耗高、污染重、技术较为复杂、行业影响较大的关键生产难题，要“敢为天下先”，积极组织攻关，研发节能减排新技术。从设计源头上就注重采用新工艺、新装备、新材料，综合利用资源，把工程项目的节能减排落到实处。如在石化乙烯装置的关键设备——乙烯裂解炉的研发中，惠生公司紧盯国内外技术前沿，针对实际生产中存在的疑难问题，先后开发成功了具有自主知识产权的HS－Ⅰ型、HS－Ⅱ型及HS－Ⅲ型裂解炉，截止2010年底，在国内累计完成新建、扩建和改造裂解炉累计115台，乙烯裂解炉在全国的市场占有率达60%，高居国内榜首，不仅为企业直接创造了数亿的经济效益，更为裂解炉国产化和乙烯工业节能减排做出了突出贡献。该项目荣获多项国家专利和省部级科技进步一等奖。

2.2 设计方案优化是节能减排的关键

从多种节能减排设计方案中，经过比较，选择最佳设计的方法叫设计方案优化。“十二五”期间石化行业转型升级的核心任务是发展高端石化产品，以差异化、高质量、低消耗的产品技术引领发展，实现原料多元化、生产清洁化、管理高效化，在转变发展方式上迈出扎扎实实的步伐，取得实实在在的成效。我院在己二酸装置N2O、NOx减排工程设计中，将国外催化分解N2O专利技术与国内NOx转化技术进行了集成创新、设计方案优化，使己二酸尾气中氮氧化物含量由原来的38%降到120×10－6以下，每年分解N2O折合CO2当量408万t，通过出售排放权可为公司带来良好的收益。该项目的实施具有十分明显的社会效益、环境效益和经济效益。2009年分获全国化工行业设计专有技术和河南省建国60周年经典工程奖，2010年获得河南省优秀工程设计一等奖。

2.3 增强责任意识是节能减排的源泉

刚刚结束的中共中央十七届六中全会指出:“当代中国进入了全面建设小康社会的关键时期和深化改革开放、加快转变经济方式的攻坚时期，文化越来越成为民族凝聚力和创造力的重要源泉”。精神动力、责任意识、思想保证是民族文化的重要组成部分，同时也是做好节能减排工作的精神源泉。

化工设计企业应当把节能减排的技术推广、应用、服务贯穿于设计工作的全过程。节能减排的强制推行，使得基础化工等传统工程的市场空间受到压缩，原有的发展模式和路径势必遭遇新的挑战，例如全国现有400多家氮肥厂因淘汰落后产能将有一半企业出局，遏制传统煤化工的盲目发展等，必然对化工设计单位的技术和服务能力提出更高要求。目前，许多化工设计单位已经拥有一大批节能减排意识很强的设计技术人员和管理人员，积累了丰富的工程经验和详尽的技术资料，拥有大量的技术储备，已经成为我国开展节能减排、发展低碳经济的一支重要生力军。他们主动承担节能减排的社会责任，自觉从组织管理、人员保障、技术支撑、资金援助、长效机制等方面承揽、落实化工节能减排项目，取得了丰硕成果，并将在今后贯彻实施节能减排国策中进一步彰显主导和关键的作用。

3 节能减排有赖于产、学、研、设联合攻关

近10年来，勘察设计行业高速发展。目前，我国已拥有设计企业14 200多家，比2001年增加了25.5%;2010年，全行业从业人数达142.3万人，比10年前增加了71.6%;全行业实现营业收入6 853亿元，是2001年的9.5倍;人均产值达53.96万元，是10年前的5.5倍。据中国石油和化工勘察设计协会统计，2009年146家会员单位累计获得国家专利1 292项，专有技术1 171项，分别比2005年增长2.3倍和2倍。为节能减排奠定了雄厚的人才、技术、资金储备。

要实现节能减排基本国策规定的各项目标任务，除了政府强力推进之外，还需要石化企业、高等院校、科研设计单位的合作攻关。

3.1 工程设计是联结产学研的桥梁和纽带

工程设计是把先进的科研成果推广应用于工业生产实践的中间环节，是工程化、规模化和工业化的必经之路，是连接产学研的桥梁和纽带。因此，设计单位在国家技术创新体系中具有不可替代的重要作用，理应以自己的应用研究成果和应用类核心技术服务于节能减排事业。如有的设计院将节能减排和环保领域列为重点突破方向，自主研发相关技术与装备，开拓了节能减排的新兴市场，取得了显著成效。

3.2 节能减排要注重产业结构调整

节能减排是国家贯彻落实科学发展观、推进发展方式转变的重要战略举措。要加强产业结构、能源结构调整，坚持走新型工业化道路，促进传统产业升级换代，提高高新技术产业在化工行业的比重，坚决淘汰不符合国家产业政策和节能减排要求的高能耗、高污染化工产品和落后技术。要通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的经济发展形态，促进我国石化工业结构的优化升级。

3.3 节能减排要大力发展循环经济

循环经济是指工业生产、建设所需的资源通过回收、再生等方法重复获得使用价值，实现循环利用，减少废弃物排放的经济生产模式。在化工项目设计中，要按照循环经济和低碳经济理念构建产业生态链，推进行业之间废物循环;提倡清洁生产，从源头减少“三废”产生，实现由末端治理向污染预防、生产全过程控制转变，促进化工企业能源消费、工业固体废弃物、包装废弃物的减量化与资源化利用，控制或减少污染物的排放。

例如我们设计的惠生(南京)化工有限公司煤化工项目，采用GE水煤浆气化和低温甲醇洗净化等先进的工艺技术，以煤为原料生产高纯度CO、氢气、副产甲醇、合成气等重要化工原料，综合利用煤炭资源生产高附加值化工产品，使资源得到了最大限度的利用。生产的CO、甲醇产品供下游企业生产醋酸，与传统的甲醇生产减少50%CO2排放;生产中产生的CO2气体，供下游企业生产食品级和工业级CO2;生产中产生的煤渣，一部分给下游企业做空心砖、铺路用;另一部分提取三氧化二铝、二氧化硅，变废为宝;含硫废气经处理回收生产硫黄、硫酸;通过优化工艺流程和换热网络设计以及将气化污水、全部地面冲洗水返回煤浆制备单元用于制浆等措施，最大限度地回收、利用水资源，对于本装置低位能低压饱和蒸汽系统则在国内率先设计了“饱和蒸汽余热发电单元”，所有蒸汽全部以电回收，冷凝液重复利用，超过50%的装置用电是余热回收得来的。本项目在设计中充分整合利用和消化国内外先进技术的基础上，结合下游产品用户需求对设计方案进行了系统优化，做到了节能、节水、安全、环保，使资源得到了最大限度的利用，实现了经济、社会和环境效益最大的统一。该项目被认定为南京化工园区循环经济的典范工程。

TQ050.2

A

1003－3467(2012)14/16－0003－04

2012－06－21

费丽明，女，高级工程师，从事化工设计、技术管理工作，电话:0371－68567988－2255。