化工節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王巖（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

隨著中國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)煉油與化工行業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展，但是在發(fā)展過(guò)程中，也存在著資源利用不充分及浪費(fèi)的情況。我國(guó)是一個(gè)資源大國(guó)，如果按照資源的總儲(chǔ)備來(lái)說(shuō)，我國(guó)可以排在世界前列，但是我國(guó)的人口基數(shù)大，人均占有資源數(shù)量不足世界人均的一半。當(dāng)前，我國(guó)能源面臨的形勢(shì)還是較為嚴(yán)峻，以石油為例，石油資源對(duì)外依存度接近70%，我國(guó)工業(yè)能耗約占全國(guó)能耗的70%，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家，約占其1/3 的水平；同時(shí)我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗約為世界平均水平的2.8 倍，重化工行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平，其中原油加工、乙烯、合成氨等重要煉油與化工過(guò)程的單位產(chǎn)品能耗與世界先進(jìn)水平還存在至少5%～15%的差距。工信部指出，國(guó)家“十二五”節(jié)能減排約束性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，2017年我國(guó)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)單位能耗占全國(guó)總能耗的73.74%，高能耗行業(yè)能耗占工業(yè)能耗的78.9%，遠(yuǎn)高于世界主要經(jīng)濟(jì)體在工業(yè)過(guò)程中的最高占比，并且還有上升的趨勢(shì)?；ば袠I(yè)作為高能耗高污染企業(yè)的典型代表，不僅在節(jié)能技術(shù)上與世界先進(jìn)國(guó)家存在差距，而且在節(jié)能的理念和節(jié)能制度上也不同程度存在問(wèn)題。

1 我國(guó)化工行業(yè)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

與上世紀(jì)化工技術(shù)相比，我國(guó)化工企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步是非常巨大的，雖然生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都得到了大幅度地提升，但是與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，在能源的利用率和資源節(jié)省方面還存在較大的差距。首先是煉油和化工裝置的規(guī)模和設(shè)計(jì)水平都比不上國(guó)外先進(jìn)國(guó)家，沒(méi)有先進(jìn)的工藝技術(shù)作為支撐，同時(shí)裝置的規(guī)模又偏小，加工處理能力薄弱，這些都會(huì)加劇能耗的增加?，F(xiàn)在世界先進(jìn)水平煉油能耗在50 kg 標(biāo)準(zhǔn)油，我國(guó)煉油能耗最好的可以達(dá)到55 kg標(biāo)準(zhǔn)油水平，普遍都是在60 kg 標(biāo)準(zhǔn)油以上，規(guī)模小的甚至能達(dá)到80 kg 標(biāo)準(zhǔn)油[1-3]，嚴(yán)重地造成了能源的浪費(fèi)，同時(shí)也影響了企業(yè)的盈利能力。在我國(guó)大型煉廠并不多，大型煉油廠和化工廠主要集中在中國(guó)石油、中國(guó)石化和中海油等大型國(guó)有企業(yè)中，還有很多私有企業(yè)的規(guī)模比較小，在幾十萬(wàn)噸每年到幾百萬(wàn)噸每年規(guī)模，這樣小型企業(yè)雖然加工靈活性非常好，但是想成規(guī)模化比較困難。我國(guó)實(shí)行原油配給機(jī)制，將更多資源傾斜到大型國(guó)有企業(yè)，小企業(yè)的加工原料資源有限，即使獲取原料其質(zhì)量也都比較差；同時(shí)，小型企業(yè)的管理不系統(tǒng)、不科學(xué)，員工培訓(xùn)不到位并且資金有限，如果擴(kuò)大經(jīng)營(yíng)規(guī)模需要大量資金，但獲取銀行貸款和融資都比較困難，這些都會(huì)加劇小型企業(yè)能耗高居不下。而大型煉廠通常在規(guī)模、設(shè)計(jì)水平、管理水平、培訓(xùn)、員工技能都占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這種大型企業(yè)通常能耗較低，盈利能力具有優(yōu)勢(shì)，故大型煉廠規(guī)?；Ｊ綄?huì)有助于我國(guó)總體節(jié)能水平的提升[4-6]，多建設(shè)大型煉廠是我國(guó)化工企業(yè)的出路。

2 化工企業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在國(guó)家“十三五”規(guī)劃中明確提出，我國(guó)今后將要朝著綠色、環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展，在此大背景下化工企業(yè)的節(jié)能減排將是大勢(shì)所趨，這也將是我國(guó)化工企業(yè)的生存之道，只有節(jié)能減排水平提升上去，企業(yè)的盈利能力才會(huì)有充分保證。

2.1 裝置的集成設(shè)計(jì)和聯(lián)合建設(shè)

由于我國(guó)化工企業(yè)規(guī)模普遍較小且分散，使企業(yè)的能耗居高不下，所以，煉油與化工企業(yè)應(yīng)聯(lián)合集成建廠來(lái)加強(qiáng)企業(yè)的規(guī)?；б媸枪?jié)能技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[7]。它不僅會(huì)使裝置的總體操作費(fèi)用降低，同時(shí)也會(huì)使裝置的整體能耗降低，而且裝置的燃燒效率會(huì)有大幅度地提升?，F(xiàn)在熱聯(lián)合也是流行的新概念，就是指為了增加熱效率，減少不必要的投資成本，縮減加熱設(shè)備，同時(shí)將冷卻設(shè)備過(guò)程中回收的熱量用在給其他工段加熱上，可大幅度地降低燃料成本。同樣可以跨界進(jìn)行聯(lián)合，已經(jīng)不局限與化工設(shè)備之間的聯(lián)合，可以是煉油設(shè)備與化工設(shè)備的聯(lián)合，即是自上游煉油至下游化工的大聯(lián)合，這種聯(lián)合除了可以實(shí)現(xiàn)原料的互相有效地供應(yīng)之外，還可以使原料的利用效率及熱量得到充分利用，使煉油和化工兩個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)效益都得到提升。在實(shí)踐過(guò)程中，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)單套裝置和雙套裝置的應(yīng)用能耗和成本分析，單套裝置的能耗和成本都要低于雙套裝置，分別降低18%和25%。新建成的大型裝置都是采用多套裝置進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，這會(huì)使造價(jià)成本和能耗比較低，并且功效比較好。因此，裝置的集成設(shè)計(jì)和聯(lián)合建設(shè)已成為提高現(xiàn)有資源的利用率，降低能耗的最有效途徑。

2.2 優(yōu)化能量系統(tǒng)

在化工領(lǐng)域能源種類(lèi)繁多，工藝過(guò)程復(fù)雜，有吸熱反應(yīng)也有放熱反應(yīng)，能量的品位參差不齊，通過(guò)對(duì)能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行控制，以及能量回收系統(tǒng)的改善，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熱回收。對(duì)動(dòng)力與蒸汽的有效控制以及對(duì)能量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是節(jié)能的重要途徑之一[8]。對(duì)于能量系統(tǒng)的優(yōu)化，最重要是在最初的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行。在設(shè)計(jì)階段對(duì)化工廠的各個(gè)階段進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，使能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程、利用過(guò)程和回收過(guò)程的效率達(dá)到更高。就目前而言，最常用的能量系統(tǒng)優(yōu)化方法是使用夾點(diǎn)技術(shù)。所謂的夾點(diǎn)就是指在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中溫差最小的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)對(duì)于能量的回收利用具有非常大的作用，通過(guò)控制夾點(diǎn)的溫差可以有效地降低資源的消耗和能量的浪費(fèi)，尤其在節(jié)熱和節(jié)水領(lǐng)域更是被普遍應(yīng)用。同時(shí)，隨著人工智能的不斷普及，可以采用人工智能方式對(duì)能量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。

2.3 使用新工藝、新設(shè)備

采用新工藝，從源頭上減少能量是節(jié)能的理想措施。新工藝有助于提高目的產(chǎn)品的收率、提高裝置的操作彈性，從而降低能耗。例如，某廠在醇類(lèi)濃縮中采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精餾塔，使醇類(lèi)的收率得到大幅提升。

通過(guò)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高能源的回收率、減少能量的損耗，是能量回收系統(tǒng)熱集成的一個(gè)具體體現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要多套裝置進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)才能生產(chǎn)出目的產(chǎn)品。工藝的熱聯(lián)合可以將各個(gè)裝置聯(lián)系起來(lái)，不再是單獨(dú)作戰(zhàn)的個(gè)體單元，有助于提高整體能量的使用效率，減少裝置的冷卻負(fù)荷、不必要的加熱系統(tǒng)，從而既可節(jié)省燃料，又能減少污染物的排放。采用高效節(jié)能設(shè)備主要體現(xiàn)在傳輸設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備、鍋爐、反應(yīng)器和換熱器等幾個(gè)方面。

2.4 采用節(jié)能新技術(shù)

目前，新研發(fā)的化工節(jié)能技術(shù)有精餾裝置節(jié)能技術(shù)、熱泵技術(shù)、機(jī)泵變頻調(diào)控技術(shù)等。其中，機(jī)泵變頻技術(shù)的基本原理就是將計(jì)算機(jī)作為控制的核心，實(shí)時(shí)地通過(guò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)C(jī)泵進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)機(jī)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)機(jī)泵進(jìn)行調(diào)控，從而保證機(jī)泵并不是保持某一負(fù)荷一直運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。精餾裝置節(jié)能技術(shù)中有一項(xiàng)就是對(duì)常規(guī)的精餾裝置進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，使用直徑為14 m 的精餾塔，并在精餾塔中裝填最新技術(shù)的孔板波紋填料，提高精餾塔的利用效率，達(dá)到裝置節(jié)能的目的。

3 結(jié)論

節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用將會(huì)成為化工領(lǐng)域長(zhǎng)期發(fā)展的主流趨勢(shì)，我國(guó)節(jié)能技術(shù)起步較晚，與先進(jìn)國(guó)家相比還有很大的差距；但是憑借我國(guó)優(yōu)良的經(jīng)驗(yàn)借鑒能力和高速發(fā)展的科技使我國(guó)完全有能力在節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域有所建樹(shù)，而加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，重視并推動(dòng)節(jié)能技術(shù)的研究是最基本的工作基礎(chǔ)。在化工領(lǐng)域，做好裝置的集成設(shè)計(jì)和聯(lián)合建設(shè)是化工企業(yè)做好節(jié)能最有效的途徑。對(duì)于化工企業(yè)在多套裝置進(jìn)行整合之外，還要對(duì)其能量系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化，進(jìn)一步利用好能源；同時(shí)，也要注重新工藝、新設(shè)備的引進(jìn)和自主研發(fā)，不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，只有從多方面著手節(jié)能技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用才能更有效地將我國(guó)化工企業(yè)節(jié)能工作提升到一個(gè)新臺(tái)階，不斷縮小與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，使我國(guó)化工企業(yè)走上綠色、節(jié)能、高效的發(fā)展之路。