提升化工工艺节能降耗的途径探析

摘要：在全球气候变暖、能源价格上涨的大背景下，节能降耗已成为化工行业生存发展的必由之路。特别是我国“双碳”目标的提出，对化工行业的节能减排提出了更高要求。加快推动化工行业绿色低碳转型，大力发展节能降耗技术，提高能源资源利用效率，实现化工与环境的协调发展，是当前和今后一个时期化工行业发展的重中之重。这不仅关乎化工行业自身的高质量可持续发展，也事关国家生态文明建设和能源安全战略的全局。

关键词：化工工艺；节能降耗；途径

1 化工工艺中节能降耗技术的应用价值

1.1 提高能源利用效率

常规化学工业生产方式所依赖的技术往往伴随着能源损耗和效率不高等问题。面对节能减排技术的广泛运用，通过改良工艺流程、优化设备构造、引入先进的能源转换系统等手段，可以弥补传统生产方式的缺陷，增强能源使用的效率，并降低不必要的能源消耗。

1.2 节约资源消耗

节能减排技术在提升原材料及资源使用效率、避免资源浪费方面扮演着关键角色。比如，借助催化技术提升化学反应的效率，降低原料及能源的消耗量；使用循环水系统以减少水资源的消耗；通过废物资源化技术将废弃物质转化为有用的产品等。充分利用生产过程中节能减排技术的潜力，有效减少生产成本，减轻对有限资源的依赖，促进资源的可持续开发。

1.3 减轻环境污染

通过运用节能减排技术，可以在提升生产流程的同时，有效减少环境污染物的产生及排放。比如，在制造过程中精准调整反应参数、精心挑选及活化催化剂，从而减少污染气体的排放量；应用高效率的废水净化技术以降低废水排放量；实施固废资源化技术，以减少废料堆积和处理环节，这些综合措施有助于提升环境品质，维护生态平衡的稳定。

2 提升化工工艺节能降耗的途径

2.1 过程模拟与优化

过程模拟与优化技术的核心是利用计算机模型对化工生产过程进行数学描述和动态模拟，通过对模型参数和工艺条件的优化，实现生产过程的最优控制和能源利用的最大化。这一技术的应用，可以帮助工程师深入理解生产过程的内在规律，识别生产瓶颈和能耗高的环节，并提供优化决策支持。具体来说，过程模拟与优化技术主要包括工艺流程模拟、操作参数优化和设备选型优化三个方面。工艺流程模拟利用专业软件对化工生产全流程进行数字化建模，通过对物料流、能量流、信息流的分析诊断，识别关键影响因素和节能优化潜力。例如，某氯碱企业通过工艺流程模拟，优化了盐水精制、电解、烧碱等环节的能耗分配，实现了综合能耗降低10%以上。在工艺模拟的基础上，操作参数优化通过调整温度、压力、流量、反应时间等关键参数，在保证产品质量的前提下最小化能源消耗和成本支出。如某合成氨企业通过优化氨合成塔的操作压力和进口温度，使得吨氨综合能耗降低了8%，年节约成本上千万元。设备选型优化则通过合理选择设备的型号、规格、材质等，提高设备效率，延长使用寿命，从而降低能耗和维护成本。例如，某PTA企业在设备选型时，采用了高效低能耗的离心机和干燥机，与传统设备相比，单位产品综合能耗降低15%，设备使用寿命提高20%以上。除了上述三个方面，过程模拟与优化技术还可用于节能改造方案的评估和优选。通过对不同方案的能耗、产量、投资回报等进行模拟分析和经济性评价，可以科学合理地确定最优节能方案，避免盲目投资和试错成本。如某乙烯企业在节能改造时，通过模拟优选，确定了裂解炉余热回收、乙烯塔热泵改造等最佳方案组合，投资回收期缩短至2年以内。

2.2 催化剂技术

在化学工业生产流程中，催化剂扮演着至关重要的角色。恰当的催化剂能够加速化学反应的速度，优化产品的产出纯度，进而促进能源使用和原料转换的效率化。首先，常规化学反应往往需要高温高压条件才能达到满意的反应速度，这无疑会增加能源的消耗。催化剂作为一种桥梁物质，它能在反应过程中提供替代路径，并减少所需的活化能，使得反应在更低的温度和压力条件下也能高效完成。这样做不仅降低了能源成本，还减少了高温高压可能对反应系统造成的负面影响。其次，催化剂的应用能够优化反应的选择性，在许多化学反应中，存在多种可能的中间产物和最终产物，催化剂能够有选择地推动某一条特定的反应路径，从而控制产物的形成。例如，在石油炼制工业中，催化裂化技术利用催化剂来有选择性地将原油分解成不同馏分段，这样不仅提升了石油转化的效率，还优化了组分的分离过程，减少了废物的生成，提升了产品质量。此外，近年来研发的以银为主要成分的贵金属催化剂，在乙烯氧化制环氧乙烷的过程中，能够降低40%的二氧化碳排放，同时减少30%的能源消耗，展现了显著的节能减排效果。

2.3 热能梯级利用技术

在化工生产流程中，热能扮演着至关重要的角色，几乎渗透到了每一个化工步骤之中。尽管如此，由于热力学第二定律的限制，热能在转换和利用的过程中难以避免地会遭遇损耗，进而影响能源的使用效率。为了克服这一难题，提升热能的利用效率并降低能源的无效消耗，热能的逐级使用技术随之发展起来。该技术的关键在于依据热能品质的不同进行优化分配，从而实现热能在不同温层之间的依次使用。通过对热能系统的精心设计和科学管理，可以最大限度地回收和重复使用废弃的热能，进而大幅度提高热能的利用效率。这种技术在化工领域的节能减排方面展现出巨大的潜力。具体实践中，热能逐级使用技术涵盖了热泵技术、蒸汽的再次压缩技术以及热交换系统的优化等多个方面。例如，热泵技术能够通过制冷循环的压缩过程，将低温区的热能转移至高温区，从而提升热能的品质。蒸汽再次压缩技术则是将化工生产中产生的低压蒸汽通过压缩加热，转变为高品质的热源，重新投入生产活动中。热交换系统的优化则侧重于工艺流程中的热交换器设计和布局，通过系统的分析和改进，促进工艺流体间热量的高效传递和回收。

2.4 过程强化技术

化工生产过程涉及复杂的物理、化学和生物学机理，传统的化工设备和工艺通常存在效率低、能耗高、污染重等问题。为了突破这些瓶颈，实现化工生产的节能降耗和清洁生产，过程强化技术应运而生。过程强化技术的核心理念是在不改变化工过程热力学平衡的前提下，采用物理、化学、生物等手段，显著提高传质、传热和化学反应效率，从而实现装置小型化、节能降耗和污染减排的目的。与传统化工工艺相比，过程强化技术可以大幅提升生产效率，降低能源消耗，同时减少污染物排放，为化工生产的绿色发展提供了新的途径。在实际应用中，过程强化技术主要包括三大类：流体化技术、微反应器技术和旋转填料塔技术。流体化技术利用流体的紊流和湍流效应，通过强化流体混合和传质传热过程，显著提高反应效率和产品质量。微反应器技术则利用微纳尺度的通道结构，大幅增加传质传热面积，强化物质和能量传递过程，特别适用于高危险、高附加值的精细化工产品生产。旋转填料塔技术通过填料的高速旋转，在塔内形成强烈的离心力场，强化气液两相之间的传质效果，在蒸馏、吸收、萃取等分离过程中得到广泛应用。

结论

总体而言，恰当地在化工生产过程中应用节能减耗手段，可以增强能源使用效率，降低资源浪费，增加经济收益，并为化工行业的绿色发展及持续进步提供技术保障。本篇研究在梳理化工生产节能减耗技术的基础上，针对设备更新改造和降低化工生产能源消耗方面，提出了具有创新性的应对措施，填补了现有研究的不足。在具体应用中，需考虑技术的优势、适用环境以及限制因素，合理选取合适的技术方案，为化工领域的可持续成长和环境保护事业贡献更多力量。

参考文献：

[1]张仁杰，吴雷雷，刘福彬.化工生产工艺的节能降耗技术分析[J].化纤与纺织技术，2023，52（03）：62-64.

[2]张凤霞.化工工艺中常见的节能降耗技术措施[J].当代化工研究，2021（17）：145-146.

[3]杨华.化工工艺中节能降耗技术的应用分析[J].石化技术，2023，30（06）：287-289.

[4]刘文涛，徐翔燕.化工工艺中节能降耗技术的实践研究[J].当代化工研究，2023（03）：161-163.