化工工程节能措施的应用实践

引言

化工行业是全球能源消耗和碳排放重点领域，其高能耗特性和资源环境约束矛盾尖锐，传统“高投入、高排放”发展模式面临资源枯竭、政策收紧与市场竞争多重压力，急需通过节能技术突破实现降本增效和绿色转型，当前化工节能已从末端治理转变为源头优化，涉及工艺革新、能源耦合与智能管控等多个维度，本文梳理化工工程节能措施，目的是为化工企业提供可落地解决方案，助力构建“低能耗、高附加值”可持续发展模式。

1 化工工程节能措施的重要性

第一，以环境保护为基础的化工设计流程，如果从节能的观点来看，势必要对化工设计流程中的各类生产原料和能效进行削减，这样的削减实质上是降低化工企业的生产流程的能耗效率，进而降低对环境的污染。第二，从环境保护的角度来看，以化工企业在生产流程中形成的节能措施为基础，能够在某种程度上，通过降低化工设计流程中的污染物排放量，通过采取节能措施，将有害物质的排放量降到最低，能够更好地保护环境，减轻对生态环境的影响。就灰霾的成因来说，如果提高对环境保护的认识，并采取相应的节能措施，就能减少灰霾的发生。第三，在环境保护的观念下，提高化学过程的效能，还可以从节约能源的角度出发。正如上文所述，从单位产量的角度来看，能耗设备和生产技术水平对化工企业而言是有很大区别的，在生产过程中，由于各企业的生产能力不一样，所以相应的各种设备也会有很大的差异。所以，通过提高化学生产的效率，降低生产流程中的原材料的效率水平，就能有效地提高产量，同时又能确保生产质量。

2 化工工程节能措施的应用分析

2.1 变频技术

在化工工艺过程中，应用变频控制技术时，应与精确计量技术相结合，对系统阀门等进行必要的技术改造升级，以实现根据控制参数调节开度或启闭，降低能源消耗。在应用自动化控制技术时，化工企业应结合化工生产的实际情况及工艺特点，合理选择现场传感设备，实现对化工工艺过程中流量、温度、压力等工艺参数的动态监测。传感设备应具备实时向控制中心传输监测数据的功能。自动化控制技术应能自主分析所接收的数据信息，并根据预设参数对化工工艺过程进行自动化调节控制。化工企业还应加强可编程逻辑控制（PLC）技术的应用，充分利用其在自动化控制方面的技术优势，以减少化工工艺过程中的物料消耗和能源损耗。

2.2 高效节能设备推广

（1）新型反应器应用。新型反应器的应用是提高精细化工生产效率和降低能耗的重要途径。微反应器技术凭借其高效的传热传质特性，在精细化工合成中表现出显著优势，微通道结构使得反应物充分混合，反应效率大幅提高，同时反应热可以迅速移除，有效避免了局部过热现象。微反应器的模块化设计便于放大和连续化生产，极大地提高了生产效率，旋转床反应器则通过强化传质过程，显著提高气液反应速率，适用于精细化工中的氧化、加氢等反应。（2）高效分离设备引入。高效分离设备的引入对于降低精细化工生产过程中的能耗具有重要意义。膜分离技术作为一种新兴的分离方法，在精细化工产品的纯化过程中显示出巨大潜力，纳滤膜可以实现对小分子有机物的高效分离，而不需要传统蒸馏工艺所需的高温操作，渗透蒸发技术则可以有效分离共沸混合物，避免了能耗较高的萃取精馏过程。对于热敏性产品，超临界流体色谱可以在低温条件下实现高效分离，既保证了产品质量又降低了能耗。离子交换树脂技术在废水处理和产品纯化中的应用，可以大幅减少再生过程中的能源消耗。吸附分离技术通过开发新型吸附剂如金属有机骨架材料，可以实现高选择性分离减少分离过程的能耗。

2.3 流程路线选择与分析

流程路线的选择是化工工艺设计的关键步骤，它决定了生产所需的主要反应和分离过程。不同的流程路线会导致不同的原料消耗、设备投资及产品产出效率，因此如何在多种路线中选出最优方案，是工艺设计的核心内容。常见的流程路线选择原则包括原料经济性、产品收率、工艺成熟度及安全环保性。在流程选择过程中，设计者还需进行详细的工艺路线模拟和比较，分析各路线的能源消耗、设备配置及操作复杂性。随着环保要求的提高，企业需要选择污染物排放最少、能源利用效率最高的工艺路线。例如，在传统工艺成熟度与新兴环保技术之间，设计者需权衡投资风险与环境效益，选择能够平衡经济性与可持续发展的方案。

2.4 催化剂绿色化技术

在化工生产中，催化剂具有关键的作用，它能加快化学反应的速度并提升反应的选择性。传统催化剂存在活性较低、选择性欠佳、容易失活以及对环境有害等一系列问题，催化剂绿色化技术能够研发新型的绿色催化剂。例如，纳米催化剂是近些年来研究的热门方向之一，因为它具有较高的比表面积以及独特的表面活性，能有效提高反应速率与选择性。例如，纳米级别的金属催化剂在加氢、脱氢等反应中呈现出优异的性能，可以在相对较低的温度和压力条件下达成高效催化，降低能源消耗以及生产成本。目前，固体酸、碱催化剂正逐步取代传统的液体酸、碱催化剂，如分子筛、杂多酸这类固体酸催化剂，具有容易分离、可重复使用、腐蚀性较小等优点，在酯化、烷基化等反应中得以广泛的应用。

2.5 循环利用技术

循环再利用技术是化工工艺中一项关键的节能减排技术，它通过集中回收和循环利用废弃能源，能有效提升能源效率，减少各类废弃物的排放。在化工生产中，废气、废水和固体废弃物是常见的副产品。化工企业应针对这些废弃物的特性，采用适当的循环再利用技术。例如，废气可以通过集中回收系统进行捕获，并将其中的热能转化为资源，用于加热生产用水或蒸汽发电，从而降低废气排放。至于生产过程中产生的废水，应通过集中收集和沟渠系统，运用分离和处理技术进行净化，去除其中的污染物。净化后的中水，一旦达到使用标准，可用于企业内部道路清洁、绿化或作为生产用水，这样既可以节约水资源，又能减少浪费。

2.6 废弃物资源化利用技术

化工生产期间会产出大量废弃物，如废渣、废水以及废气，废弃物资源化利用技术能将这些废弃物转变为可再度利用的资源，以此实现废弃物的减量化、无害化以及资源化目标。在废渣处理方面，借助物理、化学以及生物方法，能将废渣中的有价金属回收再利用，如从电镀废渣中回收铜、镍、铬等金属，从磷石膏中提取硫酸和钙等资源。废水处理技术运用物理化学法如沉淀、过滤、吸附以及生物法如活性污泥法、生物膜法等，去除废水中的有害物质，实现水资源的回收利用。对于高浓度有机废水，还可以借助厌氧发酵技术产生沼气，用作能源，也可以采用吸附、吸收、催化燃烧等技术，去除废气中的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等污染物，回收其中的有用成分。

结束语

化工工程节能是在资源环境约束倒逼情况下的必然选择，也是行业技术升级和竞争力重塑的战略机遇，通过工艺流程优化以及能源系统集成协同推进，化工企业能够实现能耗强度和碳排放的双重下降，同时提升生产效率和产品质量，实践表明节能技术的应用不仅可以降低运营成本、规避政策风险，还能催生绿色化工和循环经济等新业态，推动行业向技术密集型和生态友好型转型，未来随着人工智能、新材料与新能源技术的深度融合，化工节能将进入“全要素优化、全产业链协同”的新阶段，为全球碳中和目标提供关键支撑。

参考文献

[1]张天林.电气节能技术在化工工程设计中的实践研究[J].石化技术，2024，31（09）：144-146.

[2]周正武.电气节能技术在化工工程设计中的应用[J].中国设备工程，2024，（02）：197-199.

[3]田飞.电气节能技术在化工工程设计中的应用[J].化工设计通讯，2021，47（10）：20-21.