节能降耗技术在化学工艺中的应用

＊靳慧轩

（海湾工程有限公司 河北 050000）

引言

化工企业本身在生产中所消耗的能源比较多，随着市场产品需求量的增加，化工企业在生产中消耗的能源也处于增加趋势。而目前我国能源处于短缺状态，且开采的难度逐渐加大，通过更新机械设备能够起到能源节约作用，但没有从根本上解决目前能源问题，并且在化工生产中操作、管理不当，也会导致能源损耗。因此，通过应用节能降耗技术来解决化工生产中能源耗损问题具有一定的必要性。

1.节能降耗技术定义及其在化工工艺中应用的必要性

(1)定义

节能降耗技术指的是各行业生产过程中所使用的节约能耗、保护环境，为企业创造更多效益的技术[1]。该技术在化学工艺中应用，是对传统化学工艺的补充和优化，使化工企业站在可持续发展的角度，对自身发展理念、技术进行调整，通过提高能源的利用率，减少污染物的排放量，达到节约成本的目的。

(2)必要性

其一，对于化工企业而言，生产过程中会消耗多种类型的能源，而我国现有的能源储存量有限，只能满足短期内化工行业发展的需求，在化学工艺中应用节能降耗技术，减少能源的浪费，使能源使用年限延长，满足化工行业长期发展的能源需求。另外，火电、水电作为化工生产的主要动力，生产设备的运转会损耗一定动力，即能源的消耗，通过应用节能降耗技术，可以促使动力利用率提高。其二，在化工生产中能源成本所占比例较多，在目前能源逐渐短缺的情况下，各类能源价格处于上涨趋势，使化工企业生产成本增加，与化工企业生产目的不相符。而应用节能降耗技术，以最少的能耗满足生产需求，对生产成本得以控制，确保企业的经济效益。其三，化工生产中会产生一些有害物质，对生态环境、人类身体健康产生威胁。而节能降耗技术作为一种新工艺，在化学生产中应用，可以减少有害物质的排放，使化工企业发展与生态环境保护处于协调发展状态，与国家所提出节能减排思想相一致，具有一定的时代意义。其四，在当前可持续理念的倡导下，我国化工企业已认识到节能、绿色生产的重要性，且实际在践行节能降耗方面取得一定的成果，比如借助新技术、工艺及设备来提高生产效率，减少能耗和污染物。但化工工艺中依旧存在一些问题，比如低温热能利用率比较低，设备运行中能源消耗较大，节能降耗管理覆盖面未扩展至各生产环节，能源管理职位相对较少，员工工作强度大，节能降耗检查工作落实不到位，使管理的难度加大。此外，能源管理的前提是获取准确的能源消耗相关数据，但实际上化工企业能源计量系统还不够完善，生产数据传递的环节较多，相关数据传递存在一定的滞后性，无法为本企业节能降耗策略的制定提供参考依据，弱化了节能管理的实际功能。因此，在化工工艺中应用节能降耗技术具有一定的现实意义。

2.目前化工生产过程中常见的能源消耗方式

(1)化工自身因素

化工生产本身作为一个高耗能的行业，以化学热力学视角来说，在化工生产中，为满足高温、高压等化学反应条件的需求，需要提供大量的能量来支持化学反应。以化学动力学的视角来说，大多数化学反应速度比较慢，或在基本反应条件下很难发生完全反应，为了促使化学反应速率提高，使其达到完全反应的目的，需根据参与化学反应的物质特点适当提高反应温度，该过程中也会增加能源的消耗。同时，在化学生产中，通常会使用石油、天然气及煤炭这些基本原料，作为化工生产的燃料和动力，消耗量比较大，部分能源还作为化工生产的原料，比如乙烯、半水煤气的生产需要的原料分别为原油、焦炭，并且部分化工产品生产工艺路线存在巨大差异，所消耗的能源数量、种类比较多，反映出化工生产所需的能源具有多样化、复杂性等特点。此外，化工反应中还伴随着副反应，在对粗产品进行加工、分离及精制等过程中，需消耗大量能源支持其进行化学或物理单元操作。另外，化工生产中对反应条件要求比较高，为了确保生成物的质量满足实际要求，要求生产企业的设备拥有满足生产条件的供应系统，而实际满足温度条件的供热系统所消耗的能量较多，所以，应对该系统进行更新、升级，比如在传热层使用高品质的传热填料，在绝热层使用新型的绝热材料替代以往的材料，使其节能降耗性能得以强化，能够减少化工生产中能量损失。

(2)生产技术、设备因素

目前我国化学生产中工艺技术、设备处于不断更新和升级的状态，化学生产整体水平明显得到提高。但与发达国家相比较，我国在引进其高端生产技术方面面临多种因素的制约，间接反映出我国化学生产技术、设备相对较落后，一定程度阻碍了化工生产行业的可持续发展。同时，目前化工生产中所使用的设备、技术，能源消耗较大，所产生的部分废弃物会造成环境污染，与当前化工生产所提倡的节能降耗理念相背离。

(3)化学阻垢剂、催化剂研发因素

化学阻垢剂作为化工生产设备维修、保养所需的重要试剂，可以将化学生产中残留于设备中的物质清除掉，防止腐蚀性化学物质或未完全反应的物质影响设备的清洁性，确保下次化学反应顺利实施。催化剂作为化学生产中不可或缺的试剂，能够起到加快反应速率、提高生产效率等作用。但是目前关于这两类化学试剂的研发力度还不够，比如研发规模、数量相对较小，部分科研机构的研究成果还未应用于实际化工生产中。

(4)人才因素

化工生产能源消耗情况，不仅受化工工艺、设备等因素的影响，而且管理人员管理能力及技术人员操作技能和素养也会影响化工生产效率，能源消耗情况。实际化工生产中，部分技术人员对设备、操作方式等不熟悉，因操作不当、设备异常运转，导致化工生产中能量消耗和污染物排放量增加。此外，部分化工生产管理人员，自身管理经营不足，缺乏先进的管理理念，未能根据实际生产情况优化生产流程，造成部分能源浪费，并且不能灵活地处理突发的化工生产问题，导致不必要的能源、资源浪费。

3.化学工艺中如何应用节能降耗技术

(1)节约动力能耗

在化工生产中，为了降低电机拖动系统所产生的能耗，主要通过供热系统优化、变频节能调速方式来实现。其一，供热系统改进其实质是根据不同热源功能的特点，对供热装置进行合理匹配，使其联合运行，在特定条件下能够进行冷热能源流相互转换处理，达到热能资源优化的目的，是对传统单套装置设计方式缺陷的弥补，以新的思维重新匹配供热装置，充分发挥不同部位热能供应的优势，使各类装置联合运作。另外，通过升级冷热能源提高能源利用率，防止高热低用的情况出现。其二，变频调速技术应用的实质是通过调节外部电源的供热频率，改变电动机频率，实现能源的节 约[2]。在化学工艺中应用该技术，对于技术人员而言，应根据实际情况制定变频节能动态控制计划，对制备流程中阀门静态结构进行优化、升级，达到节能生产的要求。另外，在化工生产中负载转速随电动机频率的变化而变化，为了使电动机输入设备、拖动系统处于平衡状态，应在化工装置中应用该技术，以变频节能动态调速的方式取代阀门静态调节，防止拖动系统持续处于工频（工业用电的频率，即50Hz的交流电）状态，促使能源利用率提高。

(2)余热、废水回收利用

其一，化工生产中大多数化学反应都会产生余热，这部分热量未被充分回收利用，容易造成热量浪费。因此，可以采取热泵管技术来收集这部分余热，将其应用到其他工艺流程中。比如在化工生产中，使用余热收集装置对处于高温反应条件下的余热进行回收，然后在其他流程生产加工中使用这部分热量，使热量充分被利用，一定程度可以节约生产成本。其二，化工生产环节会产生大量的废水，如果未对其处理直接进行排放，不仅会污染周围环境，而且会导致资源浪费，所以，在化工废水处理环节应用废水回收和净化技术对其处理，使净化后的废气再次利用，在缓解当前水资源短缺问题的同时，防止化工污水对周围环境的危害。

(3)选用高活性催化剂

在化工生产中，为了对化学反应速率进行控制，通常会使用催化剂来辅助化学反应进行，如果所选用的催化剂性能、含量不符合反应要求，会降低化工原料的利用率，而且化学反应所产生的副产品量会增加，导致能耗、化工分离的负载增加，与化工生产所提倡的节能降耗理念相背离。因此，在化工生产环节，应根据反应原理、原料以及条件等选用高活性的催化剂，且对催化剂的量进行合理控制，促使化学反应速率、转化率提高[3]，比如在使用硫酸钾制取氧气的反应中，为了提高反应速率，节约能耗，可以添加适量的催化剂（高活性氧化铜）。

(4)合理使用阻垢剂

化工工艺中部分设备在长期使用中，受氧化、侵蚀等因素影响，设备容易出现腐蚀、污垢等问题，比如在实际化工生产中机电设备容易出现不同程度的锈蚀，如果没有及时对其清理，腐蚀的范围会增大，直接降低机电设备运行、导热性能，使部分反应不够充分，消耗的原料比较多，且会加快设备老化的速度。针对这种情况，在化工工艺中应按照反应设备属性选用合适的阻垢剂，对设备污垢、腐蚀进行清洗，定期检修、保养机电设备，使其性能在满足化学生产需求的同时，实现能源的节约，使设备使用年限延长。

(5)优化化工生产工艺

以往化工生产中所使用的技术、设备等相对落后，所生产的化学品质量存在不达标的情况，生产成本较高，影响化工企业盈利，并且生产过程中所排放的污染物对人体、环境带来负面影响。为了充分发挥节能降耗技术的优势，在化工工艺中使用新技术对其方案、流程等进行优化，为废旧能源再次使用提供技术支撑，对化学工艺系统进行优化，使新技术应用的范围扩大；对未被充分利用的能源进行回收、利用，比如在实际化工工艺中回收废旧能源，优化化学工艺，或者尝试应用新技术，促使生产效率提高。同时，化学反应条件会影响化学工艺实施情况、能量消耗量，为了保证化工生产活动顺利进行，且消耗的能量相对较少，应对化学反应所需温度、压力以及转化效率等条件进行优化[4]，比如提前了解各类化学品的特性、对反应条件的要求等，以对比的方式选择最佳的温度、压力等进行化工生产，在实际操作中对反应条件严格控制，且随时观察反应情况，根据反应情况灵活地调整反应设备的相关参数，促使化学反应高效、安全进行。此外，通过减少化工生产中反应出的外部压力，实现能耗的节约，在化学生产之前，对其所产生的压力进行准确计算，即在保证化学反应稳定、高效进行，控制综合能耗问题的基础上，减少气态反应物所产生的压缩能耗，以达到降耗的效果。或者在满足化学物正常反应条件的前提下，通过降低其吸热时的温度，减少反应期间的供热量，促使反应过程中热能利用率提高，并且采取一定的手段使化学物质完全反应，提高其转化效率，对反应副作用进行有效控制，间接性减少反应过程中能源消耗问题。

(6)选用高端设备

在化学工艺中所选用的反应设备也会影响生产水平、能源使用情况。为了突显出节能降耗技术的优点，需不断更新生产设备，根据生产工序对相关机械设备进行更新，正确使用这些设备，确保设备稳定、高效运行，在节约能耗的同时，促使生产效率提高，比如在对化学物质提取过程中，大多数化学工艺需根据反应所需物质进行分离提纯处理，该环节所使用的提纯设备会影响材料、能源消耗情况，如果所使用的设备性能较高，可以充分分离原料中的物质，在保证提纯质量的同时，促使能源利用率提高；反之，如果所使用的相关设备性能比较低，在提纯环节会导致大量物质流失，所消耗的能源相对较多。因此，在化工工艺中，应使用高性能设备，尤其在设备采购过程中，应提前对生产的关键工艺进行分析，明确指出各工艺对设备性能的要求，综合多方面的因素选择最佳的机械设备，制定出相应的采购方案，比如在设备采购过程中，需对设备质量、厂家资质等进行检查和审核，确保设备质量、性能以及型号等符合生产工艺要求，在提高生产效率的同时，实现节能降耗。

(7)其他节能降耗方法

基于节能降耗理念下，化工生产中能源的消耗还受现场管理制度以及人员素质等因素影响。对于化工企业而言，为了降低化工生产各环节的能源的损耗，应对现有的现场管理制度进行完善、改进，加强对操作现场人员、设备以及技术的管理，即要求化工操作人员严格按照工艺流程、标准等开展生产工作，避免人为因素导致操作不当、能源浪费。同时，化工企业应为操作人员提供技术培训的机会，使其对节能降耗理念有新的理解，拥有节约能源的意识，且掌握最新的化工技术，能够根据化工企业实际情况选择合适的节能技术，确保化工工艺高效、安全实施，为化工企业创造更多效益。此外，化工生产企业应成立相应的监管部门，对生产期间浪费资源、造成不必要能耗的行为进行监控、制止，并采取相应的奖惩措施，激励操作人员在化工生产中节约能源、资源，对不节约能源的操作行为进行相应的惩罚，形成能源节约的生产环境，达到全面降低生产能耗的目的。

4.结束语

在化工工艺中应用节能降耗技术，不仅是对传统化工工艺技术的创新，而且是整个化工行业改革的必然趋势，为该行业绿色发展提供新的思路和方向。对于化工企业而言，应顺应节能、环保发展的趋势，在化工生产中选用合适的节能技术，对化学反应产生的余热、废弃物进行收集、处理，实现二次利用，且减少化工生产中的动力能耗，使能源的利用率提高，保证企业最大效益。