化工企業節能降耗技術的應用及優化策略

唐海紅(江蘇海四達集團有限公司，江蘇 南通 226200)

0 引言

自20 世紀70 年代以來，隨著我國工業化進程的不斷推進，化工行業在國民經濟中的地位日益重要。然而，化工生產所需的能源消耗較大，給環境造成了不小的壓力，同時也增加了化工企業的生產成本，制約著化工產業的可持續發展。因此，我國的化工行業在長期的發展中，不斷探索和應用各種節能降耗技術，積極推廣先進的生產工藝和裝備。在梯級利用技術、熱交換技術、再生技術等方面，取得了一系列的創新成果，實現了能源利用效率的大幅提升，為化工企業的可持續發展打下了堅實的基礎。這些技術的應用也為其他工業領域提供了借鑒和啟示，為我國推進節能減排和綠色低碳發展戰略作出了重要貢獻。

1 化工工藝中節能降耗技術的作用

1.1 減少化工生產的能源消耗

化工工藝過程中的能源消耗主要來自原料處理、反應過程、分離純化、再生利用等環節，要在上述環節中，減少能源的消耗，降低生產成本，同時降低對環境的負面影響。原料處理環節，可以通過改進設備設計、優化工藝流程、使用新型高效設備等方法，減少能源消耗。在反應過程中，可以采用低溫、低壓、高效催化劑等技術，優化反應條件，提高反應效率，降低能耗。同時，還可以通過循環使用反應廢物、減少反應廢物的排放，實現資源的最大化利用。

1.2 實現能源的循環利用

化工生產中往往需要大量的熱能，而節能技術可以減少熱能的消耗，實現能源的循環利用。采用余熱回收技術可以將廢氣和廢水中的熱能回收再利用，降低了熱能的損失，節約了能源的消耗。這類工廠在實際生產的過程中會產生大量的廢棄物和廢水，而采用節能降耗技術可以減少這些廢棄物的產生，實現廢物資源化利用。例如，采用生產過程中的廢棄物進行再利用，可以將其轉化為新的能源來源，比如生物質燃料、生物氣體等，減少了廢棄物的堆積，同時實現了能源的再利用[1]。

1.3 提升能源轉化率

通過采用先進的反應器設計和優化反應條件，可以提高反應物的利用率和產物的選擇性，高效的分離技術和廢物回收技術，可以將廢物和副產物中的有價值成分重新回收利用。而使用先進的催化劑和催化反應工藝可以提高反應速率和選擇性，減少反應溫度和壓力，降低反應熱量和能量消耗。實際作業時會結合能源管理技術和自動化控制技術對能源消耗進行監測和控制，確保能源的合理利用和最大限度節約。

1.4 降低生產過程的動力損耗

動力損耗是指在化工生產過程中，由于能量轉化得不完全或能量流失導致的能量浪費，不僅會增加能源消耗，還會增加生產成本和環境污染。而采取節能降耗技術，就能有效減少化工生產中廢物排放，降低動力損耗轉化率。這也意味著生產過程更加高效，從而減少了廢物的產生和排放，達到提高化工生產過程的穩定性和質量的目的，滿足客戶的需求，增強企業的市場競爭力。

2 化工工藝中常見的節能降耗技術措施

2.1 梯級利用技術

該技術是將原本一次性利用的熱能分成多級利用，使得熱能的利用效率大大提高，同時能夠降低廢熱的排放。先對加熱過程進行分析，確定熱能的產生和使用過程中的溫度差異，選擇合適的換熱器回收廢熱，或者使用蒸汽再生系統等熱能回收方式，注意熱傳遞面積的設計和換熱系數的優化，并將回收的熱能通過管道輸送到需要加熱的設備中，根據需要的溫度將熱能分成多個級別，再通過控制各級別的熱能流量和溫度，實現梯級利用的目的。在實際操作中，需要注意的是，梯級利用技術不僅可以用于廢熱的回收利用，還可以用于能源的節約，要充分考慮設備的安全性和穩定性，避免過熱和過冷等情況的出現，使用多種熱能回收方式的組合實現最佳效益[2]。

2.2 熱交換技術

在化工生產中，常常會出現高溫、高壓的物質需要冷卻，或者低溫的物質需要加熱的情況，這時就可以利用熱交換器將熱量從高溫介質中抽出，傳遞給低溫介質，從而實現能量的轉移和回收。根據介質的物性和流量等參數，選擇合適的熱交換器，并通過優化熱交換器的結構和設計，提高傳熱效率，減少能量的損失。要定期對熱交換器進行清洗和維護，以防止管道堵塞和腐蝕等問題，控制介質的流量和溫度，保證熱交換器的正常運行。此外，還需要考慮介質之間的熱力學相容性和傳熱方式等問題，避免因操作不當而導致熱交換器失效或介質混合等問題。

2.3 蒸發技術

蒸發技術是通過加熱溶液使其部分蒸發，從而實現溶液中溶質的分離和純化。在操作過程中，需要注意以下幾點：第一，選擇合適的蒸發器型號。目前市面上有多種不同的蒸發器，如單效蒸發器、多效蒸發器、蒸發結晶器等，不同的蒸發器適用于不同的工藝流程和操作要求，選擇合適的蒸發器可以提高蒸發效率和產品質量。第二，對進料進行預處理。例如，對高濃度、高黏度或含固體顆粒的進料進行預處理，以保證進料順暢、穩定，并避免在蒸發器中發生結垢或結晶現象[3]。第三，控制蒸發器的操作參數，如加熱溫度、蒸發時間、進料速率等。這些參數的選擇需要根據具體的工藝要求和產品特性來確定，合理的操作參數可以提高蒸發效率和產品質量。第四，及時處理蒸發后的產物，對其進行冷卻、減壓、結晶等處理，以實現最終的分離和純化。

2.4 再生技術

針對不同的再生資源，需要選擇相應的設備進行處理，廢氣可以采用吸收塔、冷凝器、膜分離器等設備；廢水則要使用曝氣池、生物反應器、膜分離器等設備；廢熱要用換熱器、蒸汽發生器、熱泵等設備，這些設備的選擇應當綜合考慮成本、能效、環保等因素。除了設備選擇外，還需要選擇合適的工藝流程。如用吸收法、膜法、燃燒法等工藝處理廢氣；利用生化法、物化法、膜法等工藝處理廢水；或者使用蒸汽動力循環、有機朗肯循環等工藝處理廢熱，并結合廢棄物的特性、處理效果、成本等因素進行評估。設備的調試和運行也是實現節能降耗目標的關鍵步驟，實際操作時要注意設備的安全性、穩定性和效率，不斷監測和調整操作參數，確保再生資源能夠得到充分的回收和利用。

2.5 多效蒸發技術

利用蒸發器廢熱加熱進料的多效蒸發技術是通過將預熱后的進料逐級蒸發，利用蒸發器廢熱逐步加熱，達到節約能源的目的。要將進料經過熱交換器預熱至接近蒸發溫度，再把預熱后的進料送入第一級蒸發器中，利用設備的廢熱將進料加熱至蒸發溫度，水分逐漸蒸發，濃縮液體逐漸變濃，蒸汽被輸送至下一級處理容器，再次利用蒸發器廢熱將進料加熱至蒸發溫度，濃縮液體繼續濃縮。重復以上操作，直至濃縮液體達到要求的濃度，然后將濃縮液體送入結晶器中，通過結晶分離技術將所需的物質從濃縮液體中分離出來。多效蒸發技術具有節能、高效、環保等優點，廣泛應用于化工行業的濃縮、結晶、脫水等工藝。在實際操作中，需要注意進料溫度、壓力、蒸汽利用率等參數的調節，以保證多效蒸發技術的高效運行。

2.6 催化劑技術

選擇適當的催化劑，可以促進反應速率，降低反應能量，從而降低反應溫度和壓力，減少反應廢物和副產物的產生，提高化工工藝的效率和經濟性。在操作催化劑技術時，要選擇合適的催化劑種類和粒度，對催化劑進行預處理和再生，通過還原、氧化、硫化等方法改變催化劑表面的物理化學性質，增強其活性和穩定性。通過高溫氧化、蒸汽重整等方法將催化劑中的碳、焦炭等雜質清除掉，恢復其催化活性。除此之外，還需要注意催化劑的負載方式和反應條件的優化，采用浸漬、干燥、浸漬-干燥等方法，提高催化劑的分散度和活性。在反應條件的優化方面，需要對反應溫度、壓力、反應物濃度、催化劑用量等參數進行控制，以達到最優的反應效果和經濟效益。

2.7 新型反應器技術

與傳統的批量反應器不同，新型反應器技術采用連續反應器、流化床反應器、薄膜反應器等先進的設備技術，具有效率高、速率快、能耗低等優勢，該技術還能實現反應過程的在線監測和自動控制，進一步提高了生產過程的穩定性和可控性。在操作新型反應器技術時，要充分了解其物理和化學特性，并對所有反應過程進行實時監測，及時調整反應條件，確保反應過程的穩定性和高效性，采用先進的自動化技術和智能化控制系統，實現反應過程的無人操作。

3 化工工藝中節能降耗技術優化策略

3.1 提升廢水處理水平

化工企業可以加強廢水處理設備的維護保養，確保設備的正常運轉，避免因設備故障導致廢水處理效果降低。同時，應該及時更換老化的設備，更新技術，提高設備的效率和運行穩定性。引進先進的膜技術、生物處理技術等廢水處理技術和設備，有效去除廢水中的污染物，大幅度降低處理能耗和處理時間，達到節能降耗的目的。還可以通過優化廢水處理工藝流程，降低廢水處理能耗，采用“生化+物化”聯合處理工藝，充分利用生物降解和物理化學處理的優勢，降低能耗和化學品的使用量，同時提高廢水處理效率和水質穩定性。

3.2 注重使用變頻設備

變頻技術可以通過調節設備的轉速，使得設備的能耗與產出成正比，從而減少不必要的能耗。例如，在化工過程中常使用的離心泵、鼓風機等設備，其運行時耗能與轉速的三次方成正比，而采用變頻技術可以實現這些設備的運行速度可控，避免過高的轉速帶來的能耗浪費。推廣這項技術還可以實現設備的精細化控制，避免設備的頻繁啟停和過載運行。如果過于頻繁的啟停會加速設備的磨損和故障率，過載運行則會造成能源的浪費和設備的損壞。而采用變頻技術可以實現設備的平穩啟停和穩定運行，避免了這些問題的發生。

3.3 落實節能降耗管理制度

制定和實施有效的管理制度是確保化工工藝中節能降耗技術優化能夠取得長期、穩定和可持續效果的重要前提，需要完善能源計量計費系統，確保能源使用量的準確測算和計費。建立能源管理制度，加強對能源的監測和控制，及時發現和糾正能源浪費和損失的現象。并強化能源審計，及時發現能源利用效率低下的問題，并提出相應的改進措施，還要制定能源管理績效考核機制，通過考核激勵，落實能源管理的責任和義務，推動節能降耗工作的深入開展。

3.4 阻垢劑的積極推廣

垢的形成不僅會降低設備的傳熱效率，還會增加設備的能耗和維護成本，使用阻垢劑可以有效地降低能耗和維護成本，同時還能延長設備壽命。其使用方式也非常便捷，就是通過將添加劑注入管道或設備中，合理控制其注入量和周期，保證管道和設備的內部始終干凈，提高傳熱效率，減少設備停機維護的次數，提高設備的生產效率和利用率。通過定期使用阻垢劑對設備進行清洗和維護，不僅能夠降低企業的能耗和維護成本，還能夠提高生產效率和經濟效益，減少對環境的污染和資源的浪費，達到可持續發展的目標。

3.5 加大綠色能源的使用力度

綠色能源主要包括太陽能、風能、水能、生物質能等，這些能源具有環保、可再生、可持續等優點。化工企業可以考慮在生產過程中增加綠色能源的使用比例，從而降低傳統能源的使用量。例如，在生產過程中使用太陽能光伏發電，或者利用風能發電來驅動設備。這些做法不僅能夠減少能源消耗，同時還能減少環境污染，提高企業形象。還可以對耗能高的生產設備進行能效改造，采用高效節能的泵、風機等設備，或者使用新型節能型反應器，減少化學反應的溫度和壓力，從而降低能源消耗。此外，在生產過程中實行全過程控制和自動化，以最小化能源的浪費，提高能源的利用效率。

4 結語

當化工生產技術在不斷創新和環保意識繼續增強時，越來越多的企業開始重視節能降耗，并將其納入到生產經營的戰略中。未來，這種趨勢將會持續推動化工工藝向著更高效、更環保、更可持續的方向不斷前進。在這個過程中，各種新型的節能降耗技術將不斷涌現，為化工工藝的進一步優化提供更多的選擇和可能性。因此，從業者應該積極不斷提升技術水平，創新發展，不斷探索和應用各種節能降耗技術，積極推廣先進的生產工藝和裝備，為我國推進節能減排和綠色低碳發展戰略作出積極貢獻。