化工企业节能降耗技术的应用及优化策略

唐海红(江苏海四达集团有限公司，江苏 南通 226200)

0 引言

自20 世纪70 年代以来，随着我国工业化进程的不断推进，化工行业在国民经济中的地位日益重要。然而，化工生产所需的能源消耗较大，给环境造成了不小的压力，同时也增加了化工企业的生产成本，制约着化工产业的可持续发展。因此，我国的化工行业在长期的发展中，不断探索和应用各种节能降耗技术，积极推广先进的生产工艺和装备。在梯级利用技术、热交换技术、再生技术等方面，取得了一系列的创新成果，实现了能源利用效率的大幅提升，为化工企业的可持续发展打下了坚实的基础。这些技术的应用也为其他工业领域提供了借鉴和启示，为我国推进节能减排和绿色低碳发展战略作出了重要贡献。

1 化工工艺中节能降耗技术的作用

1.1 减少化工生产的能源消耗

化工工艺过程中的能源消耗主要来自原料处理、反应过程、分离纯化、再生利用等环节，要在上述环节中，减少能源的消耗，降低生产成本，同时降低对环境的负面影响。原料处理环节，可以通过改进设备设计、优化工艺流程、使用新型高效设备等方法，减少能源消耗。在反应过程中，可以采用低温、低压、高效催化剂等技术，优化反应条件，提高反应效率，降低能耗。同时，还可以通过循环使用反应废物、减少反应废物的排放，实现资源的最大化利用。

1.2 实现能源的循环利用

化工生产中往往需要大量的热能，而节能技术可以减少热能的消耗，实现能源的循环利用。采用余热回收技术可以将废气和废水中的热能回收再利用，降低了热能的损失，节约了能源的消耗。这类工厂在实际生产的过程中会产生大量的废弃物和废水，而采用节能降耗技术可以减少这些废弃物的产生，实现废物资源化利用。例如，采用生产过程中的废弃物进行再利用，可以将其转化为新的能源来源，比如生物质燃料、生物气体等，减少了废弃物的堆积，同时实现了能源的再利用[1]。

1.3 提升能源转化率

通过采用先进的反应器设计和优化反应条件，可以提高反应物的利用率和产物的选择性，高效的分离技术和废物回收技术，可以将废物和副产物中的有价值成分重新回收利用。而使用先进的催化剂和催化反应工艺可以提高反应速率和选择性，减少反应温度和压力，降低反应热量和能量消耗。实际作业时会结合能源管理技术和自动化控制技术对能源消耗进行监测和控制，确保能源的合理利用和最大限度节约。

1.4 降低生产过程的动力损耗

动力损耗是指在化工生产过程中，由于能量转化得不完全或能量流失导致的能量浪费，不仅会增加能源消耗，还会增加生产成本和环境污染。而采取节能降耗技术，就能有效减少化工生产中废物排放，降低动力损耗转化率。这也意味着生产过程更加高效，从而减少了废物的产生和排放，达到提高化工生产过程的稳定性和质量的目的，满足客户的需求，增强企业的市场竞争力。

2 化工工艺中常见的节能降耗技术措施

2.1 梯级利用技术

该技术是将原本一次性利用的热能分成多级利用，使得热能的利用效率大大提高，同时能够降低废热的排放。先对加热过程进行分析，确定热能的产生和使用过程中的温度差异，选择合适的换热器回收废热，或者使用蒸汽再生系统等热能回收方式，注意热传递面积的设计和换热系数的优化，并将回收的热能通过管道输送到需要加热的设备中，根据需要的温度将热能分成多个级别，再通过控制各级别的热能流量和温度，实现梯级利用的目的。在实际操作中，需要注意的是，梯级利用技术不仅可以用于废热的回收利用，还可以用于能源的节约，要充分考虑设备的安全性和稳定性，避免过热和过冷等情况的出现，使用多种热能回收方式的组合实现最佳效益[2]。

2.2 热交换技术

在化工生产中，常常会出现高温、高压的物质需要冷却，或者低温的物质需要加热的情况，这时就可以利用热交换器将热量从高温介质中抽出，传递给低温介质，从而实现能量的转移和回收。根据介质的物性和流量等参数，选择合适的热交换器，并通过优化热交换器的结构和设计，提高传热效率，减少能量的损失。要定期对热交换器进行清洗和维护，以防止管道堵塞和腐蚀等问题，控制介质的流量和温度，保证热交换器的正常运行。此外，还需要考虑介质之间的热力学相容性和传热方式等问题，避免因操作不当而导致热交换器失效或介质混合等问题。

2.3 蒸发技术

蒸发技术是通过加热溶液使其部分蒸发，从而实现溶液中溶质的分离和纯化。在操作过程中，需要注意以下几点：第一，选择合适的蒸发器型号。目前市面上有多种不同的蒸发器，如单效蒸发器、多效蒸发器、蒸发结晶器等，不同的蒸发器适用于不同的工艺流程和操作要求，选择合适的蒸发器可以提高蒸发效率和产品质量。第二，对进料进行预处理。例如，对高浓度、高黏度或含固体颗粒的进料进行预处理，以保证进料顺畅、稳定，并避免在蒸发器中发生结垢或结晶现象[3]。第三，控制蒸发器的操作参数，如加热温度、蒸发时间、进料速率等。这些参数的选择需要根据具体的工艺要求和产品特性来确定，合理的操作参数可以提高蒸发效率和产品质量。第四，及时处理蒸发后的产物，对其进行冷却、减压、结晶等处理，以实现最终的分离和纯化。

2.4 再生技术

针对不同的再生资源，需要选择相应的设备进行处理，废气可以采用吸收塔、冷凝器、膜分离器等设备；废水则要使用曝气池、生物反应器、膜分离器等设备；废热要用换热器、蒸汽发生器、热泵等设备，这些设备的选择应当综合考虑成本、能效、环保等因素。除了设备选择外，还需要选择合适的工艺流程。如用吸收法、膜法、燃烧法等工艺处理废气；利用生化法、物化法、膜法等工艺处理废水；或者使用蒸汽动力循环、有机朗肯循环等工艺处理废热，并结合废弃物的特性、处理效果、成本等因素进行评估。设备的调试和运行也是实现节能降耗目标的关键步骤，实际操作时要注意设备的安全性、稳定性和效率，不断监测和调整操作参数，确保再生资源能够得到充分的回收和利用。

2.5 多效蒸发技术

利用蒸发器废热加热进料的多效蒸发技术是通过将预热后的进料逐级蒸发，利用蒸发器废热逐步加热，达到节约能源的目的。要将进料经过热交换器预热至接近蒸发温度，再把预热后的进料送入第一级蒸发器中，利用设备的废热将进料加热至蒸发温度，水分逐渐蒸发，浓缩液体逐渐变浓，蒸汽被输送至下一级处理容器，再次利用蒸发器废热将进料加热至蒸发温度，浓缩液体继续浓缩。重复以上操作，直至浓缩液体达到要求的浓度，然后将浓缩液体送入结晶器中，通过结晶分离技术将所需的物质从浓缩液体中分离出来。多效蒸发技术具有节能、高效、环保等优点，广泛应用于化工行业的浓缩、结晶、脱水等工艺。在实际操作中，需要注意进料温度、压力、蒸汽利用率等参数的调节，以保证多效蒸发技术的高效运行。

2.6 催化剂技术

选择适当的催化剂，可以促进反应速率，降低反应能量，从而降低反应温度和压力，减少反应废物和副产物的产生，提高化工工艺的效率和经济性。在操作催化剂技术时，要选择合适的催化剂种类和粒度，对催化剂进行预处理和再生，通过还原、氧化、硫化等方法改变催化剂表面的物理化学性质，增强其活性和稳定性。通过高温氧化、蒸汽重整等方法将催化剂中的碳、焦炭等杂质清除掉，恢复其催化活性。除此之外，还需要注意催化剂的负载方式和反应条件的优化，采用浸渍、干燥、浸渍-干燥等方法，提高催化剂的分散度和活性。在反应条件的优化方面，需要对反应温度、压力、反应物浓度、催化剂用量等参数进行控制，以达到最优的反应效果和经济效益。

2.7 新型反应器技术

与传统的批量反应器不同，新型反应器技术采用连续反应器、流化床反应器、薄膜反应器等先进的设备技术，具有效率高、速率快、能耗低等优势，该技术还能实现反应过程的在线监测和自动控制，进一步提高了生产过程的稳定性和可控性。在操作新型反应器技术时，要充分了解其物理和化学特性，并对所有反应过程进行实时监测，及时调整反应条件，确保反应过程的稳定性和高效性，采用先进的自动化技术和智能化控制系统，实现反应过程的无人操作。

3 化工工艺中节能降耗技术优化策略

3.1 提升废水处理水平

化工企业可以加强废水处理设备的维护保养，确保设备的正常运转，避免因设备故障导致废水处理效果降低。同时，应该及时更换老化的设备，更新技术，提高设备的效率和运行稳定性。引进先进的膜技术、生物处理技术等废水处理技术和设备，有效去除废水中的污染物，大幅度降低处理能耗和处理时间，达到节能降耗的目的。还可以通过优化废水处理工艺流程，降低废水处理能耗，采用“生化+物化”联合处理工艺，充分利用生物降解和物理化学处理的优势，降低能耗和化学品的使用量，同时提高废水处理效率和水质稳定性。

3.2 注重使用变频设备

变频技术可以通过调节设备的转速，使得设备的能耗与产出成正比，从而减少不必要的能耗。例如，在化工过程中常使用的离心泵、鼓风机等设备，其运行时耗能与转速的三次方成正比，而采用变频技术可以实现这些设备的运行速度可控，避免过高的转速带来的能耗浪费。推广这项技术还可以实现设备的精细化控制，避免设备的频繁启停和过载运行。如果过于频繁的启停会加速设备的磨损和故障率，过载运行则会造成能源的浪费和设备的损坏。而采用变频技术可以实现设备的平稳启停和稳定运行，避免了这些问题的发生。

3.3 落实节能降耗管理制度

制定和实施有效的管理制度是确保化工工艺中节能降耗技术优化能够取得长期、稳定和可持续效果的重要前提，需要完善能源计量计费系统，确保能源使用量的准确测算和计费。建立能源管理制度，加强对能源的监测和控制，及时发现和纠正能源浪费和损失的现象。并强化能源审计，及时发现能源利用效率低下的问题，并提出相应的改进措施，还要制定能源管理绩效考核机制，通过考核激励，落实能源管理的责任和义务，推动节能降耗工作的深入开展。

3.4 阻垢剂的积极推广

垢的形成不仅会降低设备的传热效率，还会增加设备的能耗和维护成本，使用阻垢剂可以有效地降低能耗和维护成本，同时还能延长设备寿命。其使用方式也非常便捷，就是通过将添加剂注入管道或设备中，合理控制其注入量和周期，保证管道和设备的内部始终干净，提高传热效率，减少设备停机维护的次数，提高设备的生产效率和利用率。通过定期使用阻垢剂对设备进行清洗和维护，不仅能够降低企业的能耗和维护成本，还能够提高生产效率和经济效益，减少对环境的污染和资源的浪费，达到可持续发展的目标。

3.5 加大绿色能源的使用力度

绿色能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等，这些能源具有环保、可再生、可持续等优点。化工企业可以考虑在生产过程中增加绿色能源的使用比例，从而降低传统能源的使用量。例如，在生产过程中使用太阳能光伏发电，或者利用风能发电来驱动设备。这些做法不仅能够减少能源消耗，同时还能减少环境污染，提高企业形象。还可以对耗能高的生产设备进行能效改造，采用高效节能的泵、风机等设备，或者使用新型节能型反应器，减少化学反应的温度和压力，从而降低能源消耗。此外，在生产过程中实行全过程控制和自动化，以最小化能源的浪费，提高能源的利用效率。

4 结语

当化工生产技术在不断创新和环保意识继续增强时，越来越多的企业开始重视节能降耗，并将其纳入到生产经营的战略中。未来，这种趋势将会持续推动化工工艺向着更高效、更环保、更可持续的方向不断前进。在这个过程中，各种新型的节能降耗技术将不断涌现，为化工工艺的进一步优化提供更多的选择和可能性。因此，从业者应该积极不断提升技术水平，创新发展，不断探索和应用各种节能降耗技术，积极推广先进的生产工艺和装备，为我国推进节能减排和绿色低碳发展战略作出积极贡献。