化工设计中节能减排技术的应用与评估

引言

化工行业在国民经济中占据着关键地位，其产品广泛应用于各个领域。然而，化工生产过程往往伴随着大量的能源消耗和污染物排放。据相关数据显示，2020 年石化化工行业能源消费量达 6.85 亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的 14% ，重点耗能产品众多，如原油加工、乙烯、合成氨等。传统化工生产模式对环境造成了沉重压力，同时能源的大量消耗也增加了企业的生产成本。随着全球对环境保护和可持续发展的关注度不断提高，化工行业面临着严峻的节能减排挑战。在化工设计阶段就充分考虑并应用节能减排技术，能够从源头上降低能源消耗和污染物排放，这不仅符合国家的环保政策要求，对于化工企业提升自身竞争力、实现长期稳定发展也具有不可忽视的作用。

1 化工设计中节能减排技术分类

化工设计中的节能减排技术可以根据不同的分类标准进行划分，按照能源利用方式的不同，节能减排技术可以分为热能回收技术、电能节约技术等。热能回收技术主要通过回收和利用生产过程中产生的废热来提高能源利用效率，通过热能回收技术可以将余热回收并用于其他生产环节，从而实现能源的节约和高效利用；电能节约技术则主要是通过优化电力系统和提高电力设备的效率来减少电能的消耗。按照污染物处理方式的不同，节能减排技术又可以分为废气处理技术、废水处理技术、固体废物处理技术等。废气处理技术主要是针对化工生产过程中产生的有害气体进行净化处理以减少对大气的污染，常见的废气处理技术包括吸收、吸附、催化转化等；废水处理技术则是针对化工生产过程中产生的废水进行净化处理，以防止水污染。常见的废水处理技术包括物理处理、化学处理、生物处理等；固体废物处理技术是对化工生产过程中产生的固体废物进行资源化利用。

2 无害化化工行业能耗与排放现状

2.1 能源消耗状况

化工行业是能源消耗的大户，其能源消费量在全国能源消费总量中占比较大。以 2020 年为例，石化化工行业能源消费量达 6.85 亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的 14% 。化工生产涵盖多种复杂的工艺过程，如原油加工、乙烯生产、合成氨制造等，这些过程均需要消耗大量的能源，包括煤炭、石油、天然气等传统化石能源以及电力等二次能源。

2.2 污染物排放现状

化工生产过程会产生大量的污染物，包括废气、废水和废渣等。无害化化工生产过程中会产生多种废气污染物，其中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物以及挥发性有机物（VOCs）是主要的排放物。化工生产过程中产生的废水通常含有大量的化学物质，成分复杂，处理难度较大。废水排放中的主要污染物包括化学需氧量（COD）、氨氮等。无害化化工行业产生的固体废物种类繁多，包括生产过程中产生的废渣、废弃催化剂、污水处理产生的污泥等。随着环保法规的日益严格和企业环保意识的不断提高，化工行业在固体废物处理方面逐步走向规范化。

3 化工设计中节能减排技术的应用

3.1 余热余压回收技术

在化工生产过程中，许多反应和操作会产生大量的余热和余压，如高温废气、高压蒸汽等。余热余压回收技术就是将这些原本被浪费的能量进行回收再利用。例如，通过安装余热锅炉，利用高温废气的热量产生蒸汽，这些蒸汽可用于驱动汽轮机发电或为其他生产环节提供热源。

3.2 废气处理技术

针对化工废气中的各种污染物，采用不同的处理技术进行净化。对于SO₂ ，常用的处理方法有石灰石-石膏法、氨法等脱硫工艺。石灰石-石膏法通过向废气中加入石灰石浆液，使 SO₂ 与石灰石反应生成亚硫酸钙，再经过氧化生成石膏，从而实现 SO₂ 的脱除，脱硫效率可达 90% 以上。对于 NOx，选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）技术应用较为广泛。SCR 技术利用氨气等还原剂，在催化剂的作用下，将 ΔNOx 还原为氮气和水，脱硝效率可达到 80%-95% 。对于 VOCs，吸附、燃烧、生物处理等技术可有效去除废气中的挥发性有机物。

3.3 充分利用太阳能和风能

石油和天然气是化工过程能耗的主要来源，但其资源量十分有限，已不能适应目前国家经济发展的需要。为此，必须将太阳能、风力发电等技术应用于化工过程，以达到降低化工过程能耗的目的。具体来说，就是要做好能量的储存，将生产过程中产生的余热或其它热量进行收集，并将其转换成电能，从而达到对太阳能、风力等资源的有效利用。

4 评估方法

4.1 对比分析法

将应用节能减排技术前后的各项评估指标数据进行对比，直观展示技术应用所带来的变化。例如，对比技术应用前后单位产品能耗的降低幅度、污染物排放浓度和总量的减少情况，以及经济效益指标的变化，从而评估节能减排技术的应用效果。对比分析法可采用纵向对比，即与企业自身历史数据对比，也可采用横向对比，与同行业其他企业的先进水平进行对比，以便更全面、客观地评估技术应用成效。

4.2 生命周期评价法

生命周期评价法从产品或工艺的整个生命周期出发，包括原材料获取、生产加工、运输销售、使用以及废弃处理等阶段，对其能源消耗和环境影响进行全面评估。在评估节能减排技术应用效果时，运用生命周期评价法可综合考虑技术在各个阶段对能源和环境的影响，避免仅关注生产阶段而忽略其他环节的局限性。通过建立生命周期评价模型，量化分析应用节能减排技术前后产品或工艺在整个生命周期内的能源消耗总量、污染物排放总量等指标，从而更准确地评估技术的节能减排效果和环境效益。

4.3 碳足迹核算

随着全球对气候变化的关注度不断提高，对化工企业的碳足迹进行核算变得尤为重要。碳足迹核算主要计算企业在生产过程中直接和间接产生的温室气体排放量，以二氧化碳当量表示。通过碳足迹核算，企业可以了解自身的碳排放情况，制定相应的碳减排目标和措施。例如，某化工企业通过碳足迹核算发现，其生产过程中的碳排放主要来源于能源消耗，于是采取了一系列节能措施和能源结构优化措施，以降低碳排放。

结语

化工设计中节能减排技术的应用对于化工行业实现可持续发展至关重要。通过工艺优化技术、设备节能技术、余热余压利用技术等一系列节能减排技术的应用，能够有效提高化工生产过程中的能源利用效率，减少污染物排放。同时，通过科学合理的能源利用效率评估、环境影响评估和经济效益评估，能够全面衡量节能减排技术的实施效果，为企业进一步改进和优化节能减排措施提供依据。未来，应进一步加强对新型节能减排技术的研发和推广应用，鼓励企业在化工设计阶段就充分考虑节能减排因素，推动化工行业向绿色、低碳、高效的方向发展，实现经济发展与环境保护的良性互动。

参考文献

[1]李良.节能降耗技术在化工工艺中的应用研究[J].当代化工研究,2024（17）:161-163.

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