全球性的高校工節能源短缺使得高能耗的化工行業面臨嚴峻挑戰。一批已開發成功,設備術加速化處于應用前夜的和工新成果將為化工節能提供有力的技術支撐。
1. 開發高效節能設備:
精(分)餾塔是藝技化工行業應用最普遍的裝置之一,但傳統精餾方式的高校工節能耗高、熱力學效率低。設備術加速化天津大學針對苯酚、和工鄰/對苯二酚等高凝固點類化工產品的藝技分離過程,開發成功具有高凝固點、高校工節高黏度和熱敏特征的設備術加速化難分離復雜物系精餾節能新技術,采用該技術設計的和工精餾塔已在萬噸級苯酐裝置獲得應用,分離效率提高2~3倍,藝技熱能耗降低30%~50%,高校工節產品成本降低3%~5%。設備術加速化中石化荊門分公司針對氣體分餾裝置中的和工精餾塔和解吸塔開發的中間再沸器技術,在裝置節能和提高塔處理能力方面具有獨特作用,采用該技術改造的解吸塔水、電、汽消耗大為降低,設備改造投資不足70萬元,年創效高達250萬元。
殼管式換熱器是化工生產中重要的熱能交換設備,近年來一種新型的殼管式換熱器——螺旋隔板換熱器由于節能、節材效果顯著而備受關注。華南理工大學先后研制開發了不同類型的螺旋隔板換熱器,與相同規格尺寸的弓形隔板換熱器相比,其總傳熱系數提高近一半;在相同壓降下,傳熱效率提高10%。目前該新型換熱器已在8家企業獲得應用。
滲透汽化膜分離技術是一項新型分離技術,與傳統的恒沸蒸餾和萃取精餾相比,該技術可節能1/3~1/2,運行費用不到傳統分離方法的一半。由清華大學等組建的藍景膜技術公司率先實現了該技術的工業化應用,目前已建成7套工業裝置和1套中試裝置,總產能超過3萬噸/年。
2. 推廣典型節能工藝:
化工行業裝置眾多,流程復雜,可進行節能改造的工藝很多,推廣典型節能工藝對化工節能意義重大。蒸餾工藝是化工生產廣泛采用的分離操作,近年來人們開始研究在蒸餾工藝中利用熱泵降低過程能耗,以丙烯—丙烷精餾為例,在產品收率和精度大致相同的情況下,熱泵蒸餾工藝可節能80%以上。
在目前熱法磷酸的生產中,不僅對磷燃燒產生的熱量未加利用,反而要配置龐大換熱器和額外的燃煤鍋爐,直接導致了磷酸生產的高能耗、高成本和高污染。為此,浙江大學開發了具有余熱回收功效的膜式水冷壁結構燃磷塔,并形成了系統用能自給自足的低成本高純磷酸生產新工藝,使系統能源利用率從9.87%提高到24.75%。
采用吸收式制冷技術余熱的尿素生產工藝由河北科技大學開發。該工藝利用尿素系統產生的蒸汽冷凝液和工藝熱水通過吸收式制冷制取低溫冷水,用于冷卻碳丙液,取代冰機提供冷量。由于轉化率低于30%,甲烷氧化偶聯(OCM)工藝這一天然氣一步法制乙烯技術遲遲不能工業化。華南理工大學近期研究發現,OCM反應過程是高溫強熱反應,而利用其熱量實施冷熱電聯產,不但能提高整套工藝的能源利用效率,還可實現能量外供,降低乙烯生產成本,最終達到工業化應用的目的。
3. 應用系統節能技術:
采用系統節能的理念對化工生產能量系統從整體上進行優化節能考慮,不但可取得良好的節能效果,而且可帶來環保和經濟效益。夾點技術是目前工業應用中最廣泛的確定最優能量系統的方法,迄今為止該分析方法已在100余個工程項目中得到應用。
西安交通大學采用夾點技術對一套30萬噸/年乙烯裝置公用工程系統進行最優設置,在對其換熱網絡進行優化的基礎上,結合裝置實際情況,對蒸汽系統和制冷系統提出改造方案,每年節約操作費用1000多萬元,而設備投資僅需133萬元。此外,他們還采用夾點技術對已進行蒸汽凝液余熱回收的苯乙烯裝置進行了能量利用分析,提出了可行的節能改造方案。