化工工艺中节能降耗技术的实践研究

＊刘考涛 徐翔燕

（沂南县工业和信息化产业发展中心 山东 276399）

我国提出的“双碳”战略主要是实现“碳达峰”与“碳中和”的目标，倡导绿色、环保、低碳的方式，提倡绿色转型发展，以绿色技术创新促进我国产业结构和能源结构的调整，兼顾经济发展和绿色转型。而化工行业在生产过程中消耗的能源比重及总量普遍较高，存在大量的能源成本消耗，属于高能耗行业[1]。同时，由于在发展初期对环境影响问题的考虑较少，导致传统的化工生产工艺对环境具有较大的负面影响。在国家“双碳”战略目标及高质量发展的影响下，化工行业必须重视起节能降耗技术的应用，以此更好地应对能源危机和环境污染问题。因此，为积极响应国家节能减排的号召，化工企业应认识到自身的责任，在实际生产过程中加强对节能降耗技术的应用，引入新技术和新设备，优化传统生产流程，以提高原料利用率，降低能源损耗[2]。同时对于生产过程中产生的废水和废料进行回收再利用，以确保同步实现化工生产的经济效益和社会效益。

1.化工工艺能耗现状及节能降耗现状

据中国石油和化学工业联合会统计，截止至2021年，化工行业能耗总量约为7.2亿吨标准煤，其中原料用能量占30%，约为2.19亿吨标准煤。目前，高能耗化工行业主要涉及烧碱、纯碱、乙烯、电石、对二甲苯、合成氨、黄磷、磷酸一铵、磷酸二铵9个重点领域。化工行业是一项高系统性、复杂性和危险性的产业体系，立足化工工艺生产的性质进行分析，化工行业在生产效率上具有极高的要求，而想要进一步提高生产效率，则需要重视起能源的节约。基于此，对化工工艺的能耗现状展开分析：

一方面，化工工艺的改造及应用空间较大。虽然在改革开放之后，我国化工产业发展良好，生产规模持续增大，行业实力持续增强。但目前，我国化工产业的能耗较高，存在严重的环境污染情况，特别是在臃肿的化工工艺系统与传统化工工艺下，导致出现大量的能耗损失，难以提升的能源利用率也加剧了生产环境污染。分析化工工艺能耗水平较高的原因，化工工艺生产机制较为落后，节能降耗技术的应用不足是其主要原因。由此，化工工艺在节能降耗技术的改造和应用方面具有较大的空间[3]。

另一方面，节能降耗技术发展有所滞后。现阶段，我国在政策引导和技术投入下，大力开展化工工艺中节能降耗技术的研究，并得到广泛应用，但与环境友好型社会建设下的产业模式需求仍有一定的差距。例如部分化工工艺虽然对乙烯装置能耗加以管控，但在综合能耗上仍比标准要求的80kg/t要高，并未达到预期的理想效果。针对化工工艺节能降耗技术的研究而言，不仅要兼顾节能技术应用和传统工艺改良，以现代化工艺改进为节能降耗技术的应用提供充足的空间，还要全面降低能源损耗，避免因工艺机制合理性不足，生产结构过于繁杂所造成的不必要能源消耗。

2.化工工艺中节能降耗技术的实践应用

(1)应用热管换热器优化现有工艺装置

热管换热器在化工工艺运作体系中是比较常见的一种节能降耗技术装置。热管换热器能够利用内隔板达到节能的目的，分离开冷热水，从而在整体上提高换热器的工作效率。在化工工艺实践中，热管换热器可应用于日化工业废气余热的回收，以生产清洁热风，干燥物料。在利用热管换热器进行带腐蚀烟气余热回收时，可以通过调整换热器冷凝段与蒸发段传热面积的方式，对热管的关闭温度进行改善，进而规避腐蚀影响。同时，对于在强酸或腐蚀等特殊环境中的化工工艺而言，利用热管换热器可以有效增加工艺的安全系数，并且热管换热器的应用成本相对较低，具有较高的性价比优势，例如在硫酸系统中应用热管换热器回收焚烧率出口高温SOx气体的余热、在转化工段回收高温气体余热，产生热水或蒸汽供系统使用。此外，热管换热器的应用还能有效解决某些化工工艺环节中出现的堵灰问题，进一步实现对化工工艺装置运行效率的提升，大大减少能源的消耗。

(2)应用热泵提高热能利用率

化工工艺中应用节能降耗技术，合理选用热泵也是关键。在化工工艺中，选用高能效比，且达到一级能效指标的热泵，能够为化学工艺提供良好的供热环境，以确保工艺中涉及的化学反应能够在最适宜的温度下发生，从而提高化工工艺生产效率。热泵在实际工作过程中，可以凭借自身能量高效聚集周围介质环境中的能源，增强热传导效率，保持供热系统的温度不变或升高，以此为周围一定范围内的工艺装置提供温度及热量支持。例如，在多数化工行业生产过程中，会产生大量的饱和热废气，废气排放前需进行降温处理，应用热泵可将余热降温回收热量并进行再利用，既减少了浪费也降低了能耗。但与上述热管换热器相比，应用热泵的成本相对较高，建议在大规模化工工艺体系中进行应用，以满足性价比需求。

(3)应用阻垢剂降低能源消耗

在多数化工工艺生产中，受工艺水平或生产管理水平的限制影响，导致在生产过程中容易出现锈蚀、结垢等现象。倘若生产装置出现锈蚀或结垢情况，则会对生产化学反应的效果造成持续影响，轻则增加能耗，减少装置的使用寿命，重则会导致安全生产事故的发生。基于此，为确保化工工艺生产的顺利进行，可以在化学工艺生产中加入适当的阻垢剂，以避免或减缓化工工艺装置出现结垢问题。例如，在化工工艺体系中，锅炉和交换器等装置容易出现结垢情况，在一定程度上影响装置传热效率，进而造成能耗的增加，存在一定的能源浪费。而合理应用阻垢剂能够有效避免结垢，保证化工工艺的高能源利用率，并延长装置设备的寿命。

(4)应用蓄热器提升热量储存效率

在化工工艺节能降耗技术的应用中，引入蓄热器装置同样可以达到良好的节能降耗效果。蓄热器能够在化工工艺正常运行中实现对热量的快速储存，并依照工艺的实际需求情况适当地释放热量，从而在吸收—释放的交互中提高对热能的利用效率。目前，化工工艺中常应用的蓄热器分为两种，变压式蓄热器和定压式蓄热器，在实际生产过程中可以根据需求情况合理选择不同的蓄热器。例如，在锅炉装置中，可以应用变压式蓄热器，当锅炉的蒸发量大于用汽量时，由蓄热器将多余的蒸汽吸收起来，加热储水，使蒸汽大量凝结。而在锅炉蒸发量小于用气量时，在降压作用下则会使蓄热器内的储水沸腾，以提供足够的蒸汽维持锅炉的正常运行。

(5)优化催化剂工艺促进化学反应

在现代化化工工艺生产中，催化剂是十分常见的辅助添加剂，通过对催化剂的合理应用能够减缓或提高化学反应速率，在满足化工工艺生产要求的同时，降低能源消耗[5]。目前，随着化工生产的现代化发展，催化剂的种类不断丰富，选择更为合适的催化剂种类，或对催化工艺进一步优化，能够达到节能降耗的目的。例如，中国石化北京化工研究院在2021年研发出一款YS8840贵金属催化剂，主要以银元素为活性成分，具有银含量低、选择性高的优势特点，在利用乙烯氧化生产环氧乙烷工艺中具有极高的应用价值。利用该催化剂能够使环氧乙烷生产过程减少40%以上的二氧化碳排放，能耗降低约为30%。

(6)新型节能降耗技术的应用

化工工艺还要加强对新型节能降耗技术的应用。例如，在化工甲醇生产中应用水煤气技术，实现能耗的降低。常规情况下，应用水煤气技术对化学反应中氢碳比要求为1:2，与传统技术工艺相比，反应能耗有着很大程度的降低。水煤气技术的应用流程如下：先对预产炉中的粗煤气进行预热处理，之后将预产炉中生成的气体通到主变炉中，设置温度300℃以上，之后由原料与生成的气体相接触，反应温度降低，当气体温度持续下降至40℃时，即可将其引入低温甲醇的生产过程中。又如，在甲醇生产中应用酸性气体脱除技术。因煤炭中含有大量的硫、氮元素，在煤气化甲醇生产过程中会产生硫化氢、二氧化碳、三氧化硫等酸性气体，长期影响下会对生产装置造成严重的腐蚀，并危害大气环境。由此，可以利用酸性气体脱除技术对生产过程中产生的酸性气体进行有效脱除，在提高甲醇生产质量的同时，规避工艺生产对环境的污染情况。应用酸性气体脱除技术要布置吸收式智能装置，使酸性气体的温度降低在-40℃[6]。酸性气体在低温下能够全部吸收合成气体，且在吸收塔内部也可以将酸性气体全部脱除，以保证合成气体化学性质的稳定。应用酸性气体脱除技术，可以将合成气体中的硫化氢含量降至0.1×10-6，显著降低了甲醇生产中的能源消耗。

3.化工工艺中节能降耗技术的具体应用策略

(1)合理运用新型装置优化生产环境

化工工艺生产中的节能降耗实践可以加大投入资金用以更新生产装置与设备。选用效能比较高的生产设备，在确保生产效率的同时，实现能耗的降低。新型装置与设备的引入能够对现有的生产体系进行优化改造。以供热设备为例，若能够提高系统运转率，则可以实现生产效率的提升，保证能源的利用率。通过对现有供热装置与设备的更新，将老式鲁奇炉更换为新型熔渣汽化炉，将老式变压式蓄热器更换为新型节能变压式蓄热器，可以有效减少供热系统发生高热的概率。同时，在更换新型装置设备时，还可以结合结晶技术、蒸馏技术、层析技术等对现有生产流程进行优化，进一步提高能源利用率，优化化工工艺技术管理。

(2)注重废弃物循环利用优化节能策略

化工工艺中节能降耗技术的应用可显著提高生产效能。在化工生产过程中难免会产生一定的废弃物。例如，对废水的处理一般采用冷凝水回收系统，但传统开放式的处理系统易出现闪蒸降温情况。由此，可以将开放式回收改造为封闭式的冷凝水回收。同时，还可以在冷凝回收系统中加入温度调控系统、自动检测闪蒸消除系统、废水性质测量系统等，由此在保持热力系统高能源利用率的基础上，实现废水的循环利用，从而降低废水回收成本，为化工生产创造更多的附加效益。而对于废渣的回收处理而言，可以采用相应的化学药品将其中有价值的盐、金属等元素提炼出来。对于废气回收处理则可将废气制成碳酸钠、硝酸等相应的酸碱溶液，进而在提高能源循环利用的同时，增加化工工艺的附加价值。

(3)优化工艺条件与流程提高节能降耗整体效率

化工工艺中节能降耗整体效率的提升，关键在于对现有化工工艺体系的优化，从而提高化工工艺水平。通常情况下，化工工艺生产主要受温度、压强等因素的影响。为此，可以在掌握化工工艺生产规律的基础上，结合现有化工工艺体系展开针对性的创新研发。例如，化学反应效率与外部压强有着紧密的关联，可以通过合理的计算及判断，强化对压力的掌控，适当增加外部压强，促进化学反应效率的提升。同时，对部分涉及气态物质的化学反应而言，可以借助计算机技术和信息技术对化学反应活动进行在线模拟，进而实现对生产要素的精准把控，精细控制反应压力条件，进一步提高能源及原材料的利用效率。

4.结语

综上所述，化工生产在我国国民经济发展中发挥着至关重要的作用，但化工工艺生产极高的能源消耗，及严重的环境污染问题也对其发展造成一定的阻碍。在此环境下，随着现代社会经济的发展，化工工业体系不断优化，化工工艺中节能降耗技术的应用与优化备受人们关注，关乎我国高质量社会经济发展模式与节约型社会的建设。基于此，应综合考量传统化工工艺能耗现状，借助改良工艺流程，优化工艺体系、优选阻垢剂、催化剂等方式，降低化工工艺生产过程的能源消耗，避免生产造成的环境污染情况，提高生产效率。从而，进一步推动我国化工行业的转型升级，促进社会的可持续化发展。