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關鍵詞:化工高效節能;精餾技術;開發與應用
一、引言
近年來,環境問題逐漸突出,能源的保護得到了全社會的關注和重視,尤其是化工生產中所涉及到的資源。因此在化工行業高效、節能技術應運而生,高效節能精餾流程通過優化構造流程結構,利用精餾塔頂蒸汽的冷凝潛熱,大大的降低了精餾作業的能耗,其精餾節能率高達80%以上,并且大幅度的提高了能源利用率和終端用能效率,為我國化工行業的發展擴大了空間。本文就精餾節能高效技術的開發與應用進行了簡單分析。
二、節能型精餾流程的節能基本原理
普通精餾,一般進料,塔底通過再沸器由熱能量體供給熱量,進一步氣化塔底物料,通過塔板將塔內下降和上升的液體物料進行傳質傳熱,利用輕重組分進行氣化和冷凝,從而實現輕重組分分離。在塔頂的氣體,通過冷凝器,將一般的冷卻水送去塔頂冷凝,一部分作為塔頂產品采出,其余一部分回流返回塔頂。在化工生產精餾過程中,塔頂冷凝器帶走了蒸汽的大部分熱量,處于塔底的再沸器熱能量體提供熱量,如果科學合理的利用普通精餾塔頂蒸汽的冷凝熱,不僅有利于大幅度降低能耗,還能提高生產效率。實現節能、高效生產的目標。由于進行精餾塔頂蒸汽冷凝熱回收利用的方式和途徑不同,同時分離物系不同,可能會形成不同的節能型精餾流程,以便更好的適應于各種液體混合物的分離,提高分離的質量與效率。目前化工生產中,主要使用的節能高效型精餾流程包括三類,即熱偶精餾流程、熱泵精餾流程、多效精餾流程等。隨著精餾技術和化工技術的進步與發展,結合我國化工生產具體情況,越來越多的節能型精餾流程應運而生,提高了我國化工行業的生產效率和質量,有利于促進化工行業的健康、飛速發展。
三、加強節能高效精餾技術開發的措施
1、完善操作條件
在化工生產中,若想順利進行混合物的分離,就必須更好的滿足和完善精餾塔運行的條件。精餾塔的主要操作條件包括操作壓力、溫度、踏板壓降、進料溫度、回流溫度、塔頂塔底采出量、組分分割程度等,由于塔的操作壓力往往是預定的,其他條件必須結合實際情況進行設置,以確保分離的最大化值,獲得最小冷凝負荷和再沸負荷,實現節約精餾能耗的目的。
2、充分利用中間換熱裝置節能
由于精餾塔底部與頂部存在較大的溫度差異,可以通過增加中間熱換器使冷熱量達到均衡狀態。一旦精餾塔上部溫度出現了大幅度上升或者下降,可以在精餾段某踏板間設置冷凝器,用低品位冷劑作為冷源,從而達到節省主冷凝器高品位劑量的目標,有利于降低能耗。如果精餾塔低部溫度變化明顯,可以在提餾段某踏板間設置中間再沸器,通過減少再沸器高品位熱量的消耗來降低精餾塔熱能,從而有效的提高熱效率,實現最佳的節能效果。
3、多塔精餾分離序列的優化
在化工精餾過程中,為降低后續設備材質要求,確保穩定操作,應除去容易造成系統腐蝕和結焦的部分。將進料分為分子數接近的兩股流,根據塔頂和塔底1:1的分餾比例設置,按照塔頂產品揮發度以此遞減的順序逐個回收,結合各組分沸點的差異,進行高效的分餾。相對無熱集成技術,精餾流程采用熱集成技術減少了50%的操作成本投入,且塔系熱集成技術獲得的效果更加顯著。
四、工業化應用前景分析
對化工精餾技術進行創新和優化,對提高化工生產效率,確保產品質量具有十分重要的意義。但國內對該方面理論研究較多,實際應用方面報道較少,主要是由于以下幾個原因:一是缺乏實際生產和實驗的經驗;二是缺少系統的技術和資料支持;三是沒有類似的工業化示范裝置;最后是節能高效型精餾過程較為復雜,其控制操作難度較大,導致企業產生畏難情緒,動力不足等。
針對上述問題,為切實提高化工生產的效率與質量,就必須在化工企業中積極推廣節能高效型精餾流程,大幅度降低我國化工生產的能耗,為我國節能減排工作做出巨大的貢獻。
1、化工企業應不斷優化節能高效型精餾流程,建立流程系統優化選擇的專家系統和模擬分析系統,為工業化設計和應用提供良好的發展機會與平臺,積極的幫助和指導化工企業順利進行分餾工作。
2、在化工精餾過程中,建立千噸級熱泵精餾、熱偶精餾以及多效精餾技術等示范裝置,結合企業實際生產過程,不斷創新和優化精餾技術,通過試驗研究等方式,切實解決節能精餾流程操作和控制工作的特性問題,為工業化操作和設計提供技術支撐,為節能高效型精餾技術的開發與應用奠定良好的基礎。
3、相關部門可聯合多家化工企業,建立以節能高效型精餾技術為主的工業化示范裝置,為企業創造一個信息、技術共享平臺,有利于企業更好的優化和應用精餾技術,從而有效的降低資源消耗,提高分餾的效率。
結束語:
綜上所述,高效節能型精餾技術和流程對降低化工生產過程的能耗、提高生產效率與質量具有不可或缺的作用。企業可通過建立工業化示范裝置,切實解決節能精餾流程操作和控制中的問題,大力推廣和應用高效節能型精餾技術,從而實現企業最大化經濟效益和技術效益。
參考文獻
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【關鍵詞】精餾操作 工作原理 影響因素 優化策略 節能措施
精餾是石油行業等化工生產中重要的分離操作單元。通常情況下,相互融合在一起的液體的分離過程都是通過精餾來實現的。但是,精餾分離操作過程需要用到大量的能源,因此如何優化和節能具有重要的現實意義。
一、精餾操作的原理
在精餾操作工藝和設備中,精餾塔是最為常見的一種操作形式――通過精餾塔來完成和實現精餾操作過程。一般情況下,精餾塔的操作形式可以分為兩種:間歇式精餾塔和連續式精餾塔。精餾塔頂部不斷灑下液體,與從塔底進入到塔內的、呈上升狀態的蒸汽接觸并發生化學反應,通過二者氣相中的沸點不同而實現到分離的目的。在精餾塔里面發生反應之后后,一部分液體會重新返回到精餾塔中,另一部分則作為最終產品被取出精餾塔。
二、精餾操作過程的影響因素
(一)工作壓力和溫度的影響。精餾操作只有在一定的壓力和溫度下下才能進行。
在精餾操作過程中,精餾塔內部的壓力不是一成不變的,而是隨著反應的進行而時刻發生著變化,直接造成不同塔板上的氣液成分發生變化。也就是說,精餾塔內的壓力變化會直接影響到氣相中輕組分的含量和濃度。
精餾塔內部的溫度變化也對精餾操作過程的有非常大的影響。例如,當物料的溫度降低時,就會相應地增加精餾塔底部的熱負荷,使精餾塔頂部的冷負荷降低。精餾塔內部的溫度變化就意味著物料的狀態發生了改變,反應的條件發生了變化,對反應結果必然會造成很大的影響。所以精餾塔內部溫度的控制是影響精餾操作的重要因素之一。
(二)回流比的影響。回流比可以顯著地影響精餾塔內的精餾效果,改變回流比來控制和調節精餾產品的質量。例如,回流比增大時,精餾段操作線的斜率就會隨之變大,塔內傳質的推動力會隨著增加,精餾得到的組成成分也會跟著變大。同時,回流比增大,提餾段操作線斜率會隨之變小,會造成釜殘液的組成成分變小。反之,當回流比減小時,會造成分離效果變差。
(三)物料平衡的影響。維持精餾塔內部穩定的必要條件之一是保持精餾過程的物料平衡。對于一定的原料液流量,只要確定了精餾分離度,也就可以分別確定釜殘液流量和餾出液流量。因此釜殘液流量和餾出液流量只能根據精餾分離度來確定,而不能隨意增加或減少,否則進入精餾塔內物料的量和精餾塔產出的產品的量就會不平衡,導致精餾塔內反應波動,組分發生變化,使精餾不能達到組分分離的目的。
(四)進料組成和進料狀況的影響。在實際生產過程中,由于原料的差別等因素,會造成進料的組成和狀態發生改變,這時候應當適當地改變進料的位置,以適應這種變化。
通常情況下,精餾塔上設計有多個進料口,保證在不同的進料組分和狀況條件下,能夠在精餾塔的適宜位置下進料,使得精餾塔內部的精餾反應處于穩定狀態。如果進料組成和進料狀態發生改變而進料位置不變,必然會導致餾出液成分和釜殘液成分的劇烈波動,對精餾產品質量產生重大影響。
三、精餾操作過程的優化策略與節能措施
精餾過程中要消耗大量的能量。在完成精餾任務的前提下,降低精餾過程中的能量消耗,對精餾操作過程進行優化,是精餾的優化策略需要研究的問題。
通過上文對精餾過程的的影響因素進行了詳細的分析,可以制定相應的優化策略。
(一)選擇合理的回流比。回流比可以表征精餾操作過程中凈功耗的大小,回流比越小,凈功耗越小。所以,在可能的條件下盡量減小回流比,可以減小精餾操作過程中的凈功耗。
為了確保產品的純度達到一定的要求,設計精餾塔時都會考慮有一定的回流比余量。回流比余量越大,意味著產品純度越高,相應的消耗的能量也就越多。所以在保證產品質量不變的前提下,可以對精餾塔的回流量進行調整(適當降低回流量),即可降低精餾操作過程中的能耗。
調整回流比的方法有:1.減少精餾塔頂部的采出量可以增大回流比;2.當精餾塔塔頂的裝備有分凝器時,可通過增加冷劑的用量的辦法,達到增大回流比的目的;3. 當精餾塔上設計有回流液中間貯槽時,可以通過暫時加大回流量的方法來調整回流比,但是將回流貯槽內的回流液完全抽空是非常危險的。
(二)回收精餾塔裝置的余熱。充分利用精餾操作過程中的廢熱是精餾優化節能的一項重要措施。例如:加強精餾塔的保溫效果,對仍具有一定壓力和溫度的氣體物料,可以采取減壓室的方法進行廢熱回收。在高溫條件下的精餾操作過程中,常常將精餾塔頂部的冷凝器也設計為蒸汽發生器,其作用就是用來回收塔頂蒸汽的廢熱。
(三)對精餾過程進行優化控制。改變精餾操作過程的操作條件和操作方法,降低精餾過程的凈功耗。
1.采取提高分離效率的措施。精餾塔的操作壓力降低,可以使各組分之間的相對揮發度增大,這對提高分離效果和降低能量消耗是十分有利的。例如:采用效率高、壓降低的新型塔板或新型高效填料塔,可以降低精餾塔來內的操作壓力,從而提高分離效果,降低能耗。
2.改變精餾操作過程的處理方法。如果被分離的物料的各組分含量差異較大,可以將各種物料混合后再進行精餾處理,也可以進行一塔多股進料處理。實際操作證實多股進料完成相同的分離任務,可以降低精餾操作過程的能量消耗。
3.選擇合適的操作壓力。加壓精餾是精餾技術的一項重要進步。實際上,加壓精餾就是提升被分離物料的飽和蒸汽壓,降低單位產品的能量消耗和能量損失。另外,由于精餾塔內的飽和蒸汽壓升高,餾出物的露點也就隨著上升,就可以采用冷卻水作為冷卻介質,降低了冷卻介質的成本。
此外,在多組分精餾操作過程中,根據實際情況,合理地選擇和設計精餾操作流程,也可達到節能的目的。
四、結語
影響精餾操作的因素是很多的,通過不同的途徑,采用不同的措施,都可以不同程度的降低精餾系統能耗,達到節能的目的。采用先進的節能技術會顯著地減少操作費用,但更新設備的費用可能會增加。同樣,在加入了節能措施后,往往會使精餾操作變得復雜,要求具有更高的操作控制水平。所以在選擇節能技術時必須綜合權衡,找出最佳方案。
參考文獻:
[關鍵詞]多晶硅;化工節能;生產技術
中圖分類號:TQ127.2 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)35-0038-01
前言
太陽能光伏產業鏈包括晶體硅原料生產、硅棒與硅片生產、太陽能電池制造、組件封裝、光伏產品生產和光伏發電系統等環節。其中硅原料是最重要的生產環節,在業界曾有“擁硅者為王”的說法。目前,世界上太陽能光伏電池90%以上以是單晶硅或多晶硅為原材料生產的。目前擺在多晶硅生產中有四個主要的問題需要解決:降低能耗、減少污染、提高質量、擴大產量。我國太陽能硅材料行業目前絕大部分依賴進口,因此必須提高技術改變受制于人的局面。
1、多晶硅的生產工藝
目前多晶硅的生產技術主要包括:改良西門子法、物理冶金法和硅烷法。改良西門子法能耗較高在80-200kWh/kg,純度可以達到電子級多晶硅標準9N-12N;物理冶金法雖然能耗較低為30-50kWh/kg,但是純度只能做到5N-6N,而且生產出的多晶硅存在純度不均勻,產出的電池存在轉換效率衰減等問題;硅烷法可以生產12N以上的電子級多晶硅,但是硅烷屬于易燃易爆物質,存在一定的安全隱患。改良西門子法因技術相對成熟,可以相對較低的成本生產出高純度的多晶硅,是目前多晶硅生產的主流技術,占全球多晶硅產能的80%,在中國的多晶硅產能中份額超過90%。
2、多晶硅的生產技術現狀分析
在全球光伏產業鏈中,高純度硅料不僅要求硅的純度高達7~9.9,而且其中的硼、磷等雜質限制在幾十個ppt(萬億分之一),它是光伏企業生產太陽能電池所需的核心原料。因此,高純度硅料的合成、精制、提純、生產也就成為光伏產業集群中最上游的產業。目前,盡管中國的硅原料礦藏儲量占世界總儲量的25%,但是國內太陽能電池生產企業(如尚德、天威英利等)所需原材料絕大部分需要從國外進口。這是因為用于太陽能電池生產的硅料主要是通過不同的提煉方式從硅原料中提煉而成的單晶硅和多晶硅。在中國,現有的高純度硅原料生產技術與西方發達國家相比,在產量和能耗等方面尚有不足之處。如此一來,這不僅大大增加企業的生產成本,更成為制約當前我國光伏產業向上游環節發展難以逾越的“瓶頸”,使我們國家用很低的價格賣出高能耗、高污染的粗原料的同時,用極高的價格購回高純硅料。
據了解,雖然我國硅料工業起步較早(20世紀50年代),但由于生產規模小、工藝技術落后、環境污染嚴重、消耗大、成本高,絕大部分企業因虧損而相繼停產或轉產。到2004年我國只剩下峨眉半導體材料廠和洛陽單晶硅有限公司兩家生產企業,其生產能力僅為100噸/年,且能滿足太陽能電池生產需要的硅料實際產量只有80噸。專家預計,2010年我國用于太陽能電池生產的硅料需求量將達到4365噸,2015年為1.62萬噸。若不以自主知識產權改變國內多晶硅的生產現狀,我國硅料工業受制于國際市場的狀況將無法改變,這將危及我國光伏產業的進一步發展。
3、多晶硅化工節能生產技術及實現的措施
現代化工過程對節能工作非常重視,國外投入大量人力物力進行節能技術的開發,節能新技術、新工藝、新措施、新方法不斷問世。我國的多晶硅生產,在采用化工上已經成熟的先進技術后,將不再是“高能耗、高污染”產業,而是“綠色的陽光事業”。對多晶硅精餾過程進行研究,在運用精餾節能技術對其進行分析后,可以從以下幾個方面來實現節能:
3.1 實行多效精餾,使能量得到充分利用
多效精餾是將原料分成大致相等的N股進料,分別送入壓力依次遞增的N個精餾塔中,N個塔的操作溫度也依次遞增。壓力和溫度較高塔的塔頂蒸汽向較低塔的塔釜再沸器供熱,同時自身也被冷凝,以此類推,這樣就節省了低壓塔再沸器的能耗和高壓塔冷凝器的水耗。在這個系統中,只需向第一個最高壓力塔供熱,系統即可進行工作,所需能量約為單塔能耗的1/N,如將三個塔串在一起采用三效精餾技術,其能耗僅用原來的1/3,節能幅度達到67%,節能效果非常明顯。
3.2 提高分離效率,降低回流比,進一步實現節能降耗
分離過程中,分離效率的提高可以在很大程度上降低能耗、提高產品質量、減少排放、提高回收率、提高企業效益。在多晶硅精餾過程中,采用高效導向篩板、新型填料等新型分離設備,可以提高其分離效率,降低精餾塔的操作回流比,由于精餾塔的能耗與回流比呈線性關系,這樣就成比例地降低了能耗。提高分離效率也是提高多晶硅產品質量和降低四氯化硅排放的最有效方法。
3.3 全面優化流程,實現節能
將多晶硅生產各股物料進行全面的物料平衡和能量平衡,考察其能耗的合理性,采用熱集成技術,將流程優化,最大限度地節能降耗。通過貫穿生產線的節能和清潔生產,并在生產過程中實現閉環清潔生產,達到降低能耗和Si(硅)、H2(氫氣)、Cl2(氯氣)等原料消耗,降低成本的目的,使產品具有國際競爭能力,質量符合目前和未來超大規模集成電路和太陽能電池的要求。
尾氣、副產物、余熱的回收綜合利用可以降低多晶硅項目對環境的污染,從而進一步達到節能減排的目的。國外多晶硅企業的建廠,大多是與化工企業結合,在“化工集團傘下”經營,容易實現集團內部的“循環經濟”,廢物可以做到“零排放”。例如德國瓦克公司就實現了多晶硅的全封閉循環生產,硅材料生產年銷售額在30億歐元以上,其中有10億歐元就是對多晶硅副產物進行深加工的有機硅產品所得。除了把四氯化硅氫化成三氯氫硅回收利用外,還可以利用四氯化硅、氯化氫等制成目前市場上需求的氣相白炭黑、硅酸乙酯、有機硅產品、人造石英等材料。
3.4 提高光電轉換效率,降低生產成本
提高光伏材料的轉換效率和降低太陽電池的制造成本是光伏工業一直追求的兩個目標。多晶硅硅片是太陽能光伏電池的核心部分,硅片的質量對于太陽能的光電轉化率起著至關重要的作用。一般情況下,普通太陽能光伏電池的光電轉化率為10%~14%,而高純度硅片的太陽能光伏電池轉化率可達16%,甚至更高,因此,對于太陽能電池的生產過程來說,多晶硅的生產更加至關重要。
多晶硅材料是整個光伏發電成本中最高的部分。在大多數國內光伏企業中,硅材料的成本占到了太陽能電池總生產成本的56.2%以上,約占并網光伏發電系統成本的30%。
因此,進一步地降低成本,提高多晶硅材料的市場競爭力,對推動整個光伏產業鏈的發展有著很重要的作用。主要應對方法有:一、引入新型的分離傳質設備,如北京化工大學的高效導向篩板塔和填料塔對加速多晶硅生產精餾過程的一體化并實現閉環清潔生產有著很大的促進作用;二、通過引入新型精餾裝置從而提高多晶硅產量,實現多晶硅生產的大型化;三、開發和應用大型合成爐和還原爐。
目前85%以上的太陽能電池都是用晶硅片制成的,在未來相當一段時間內還不可能有其他材料可以完全替代硅材料來制作太陽能電池。多晶硅產品純度高,工藝要求嚴格,行業技術進步快,研究費用投入大,生產中的副產物和三廢處理投入較大,產業鏈和規模效應明顯。國內多晶硅廠家今后也會在人才、生產成本、產品質量和價格等方面面臨嚴峻挑戰。
參考文獻
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關鍵詞:節能降耗;生產工藝;化學反應
在很多化工產品的生產過程中都存在著能源消耗過多甚至浪費的情況,在很大程度上增加了企業的生產成本,也極大地阻礙了化工行業的長遠發展。基于以上背景,筆者認為非常有必要在生產過程中引入節能降耗工藝,不斷地優化生產過程,盡最大努力避免能源的大量消耗和能源浪費情況,大幅度降低生產成本,提高化工產品的市場競爭力,進而在提高企業經濟效益的基礎上降低對環境的污染。在本次研究中,筆者首先分析了化工節能技術的使用現狀,在此基礎上提出了幾種節能降耗的措施,希望能夠推動化工行業的可持續發展。
1化工生產中節能技術運用情況分析
在生產的過程中,能源并不會憑空的消失,所以,能源的損耗都是有原因的,例如保溫的厚度不夠、設備的選型不當、裝置年久失修、生產工藝跟不上時代潮流等。在目前的化工生產過程中有一種特別常用的軟件叫“化工流程模擬軟件”,運用這個軟件可以非常準確地分析工藝過程中的物性數據,從而給新裝置的設備選型和老裝置的改造提供非常有參考價值的依據。然而,目前許多化工企業仍然存在一種錯誤的思想,他們認為在生產過程中有能源的損耗是正常的,同時,用于改進生產工藝所投入的資金遠遠大于節約能源的費用,因此,很多化工企業都不愿意去更新設備或者改進生產工藝。當然,這種思想是錯誤的,不可取的,雖然改進工藝和更換設備的一次性投入很大,但是所帶來的回報卻是非常持久的。是化工企業在可持續發展過程中必須要選擇的路,會指引一個企業發生翻天覆地的變化。
2關于節能降耗技術的研究
2.1設備選型的得當
縱觀化工產品的生產過程,所有能量的傳遞都是在設備上進行的,恰當的設備選型不但能夠提高產品的生產效率,同時也能夠在極大的程度上提高能量的利用效率,達到降耗的目的。所以筆者認為設備的選型是節能技術的重要體現形式。在進行化工生產設備選型的過程中一定要遵循以下四個原則,一是合理性原則;二是先進性原則;三是安全性原則;四是經濟性原則。并且這四種原則缺一不可。第一,合理性主要是指設備在結構上是合理的,便于操作的,利于生產的,和企業自身的生產條件相符合;同時,合理性也指材質在選型上是合理的,設備的材質應該結合生產工藝條件來選型,在化工生產過程中時常會遇到強酸、強堿等情況,不可避免的會引起設備不同程度的腐蝕,如果不多加小心將可能造成設備的損壞,甚至帶來嚴重的事故或者災害。第二,先進性體現在很多方面,要求設備在運行的過程中是安全、可靠而高效的,同時設備的自控水平高,具有較大的單位產能和較低的單位能耗。第三,安全性體現在工人勞動強度非常小,不存在或者少存在對人身安全有危險的方面,在運行時非常平穩,對于現場的工作環境要求比較低。第四,經濟性是企業能否選擇設備的關鍵因素,在選擇設備的時候一定要考慮投資的費用是否合理,設備在運行的過程中所需要的費用是多少,保證設備的性價比高。
2.2生產工藝的優化
生產工藝的優化也是降低能耗的重要措施,在進行生產工藝優化的過程中主要有以下幾種方法:(1)選擇合適的溶劑。溶劑在生產過程中發揮的作用不容小覷,在產品的收率、質量、三廢量等很多方面均體現出非常關鍵的作用。如果溶劑的使用不當將會降低產品的收率和質量,加大三廢的處理量,并且在處理這些廢物的過程中增大能源的損耗。基于以上情況,怎樣正確處理這些副產物成為目前急需解決的問題。倘若不可以對這些副產物進行恰當的處理,將產生不可設想的后果。不但會給人們的身體健康帶來不良的影響,同時也會給環境造成極大的破壞。所以,一定要努力選取可以提高產品收率、提升產品質量、降低三廢處理量的合適溶劑。(2)選擇合適的催化劑。催化劑對于化學反應具有非常重要的作用,催化劑的加入能夠改變反應速率,還可以適時降低反應溫度、降低壓力,同時降低產品的單位能耗。(3)選擇合理的反應物。反應物直接影響著產物,所以要求在進行化工生產之前要選擇合理的反應物。然而,在實際生產過程中狠多企業都會考慮成本等因素,從而選擇一些自身含有劇毒或者能夠產生大量三廢的化合物作為反應物。可是這樣做并沒有得到企業預想的結果,相反,將會導致后期三廢處理成本的大幅度提高,更加不利于企業生產的可持續發展。
2.3制度管理的加強
對整個生產過程進行良好的約束和管理是降低能源消耗的一種行之有效的途徑。能夠影響生產結果的因素包括兩個方面,一方面是客觀因素,一方面是主觀因素。對于客觀因素而言,常常是人們無法改變的,而對于主觀因素來說也是能夠通過努力進行控制的,這就是約束和管理的作用,在最大限度內控制失誤發生的比率。如果想要實現節能的終極目標,就一定要在思想上明確節能降耗的重要意義,體現在良好的管理上。對于化工企業來說,務必要建立一個專門從事管理工作的機構,對相應的生產技術和管理制度做出明確的規定,并且在實踐中不斷修訂和完善。如果是相對復雜的操作程序一定要提供具體的操作示范。結合具體的操作流程設定一個可消耗能量的范圍,如果發現存在超過這個范圍的情況,就要進行追蹤和改進。
2.4關注余熱的循環利用
縱觀化工生產的全過程,精餾過程無疑是能量消耗相對大的操作單元。精餾塔釜要求運用高品味熱源加熱,而塔頂的低品位蒸汽又要求運用低溫媒介冷凝冷卻,以上過程中存在的一熱一冷,不但消耗了大量的能源,同時塔頂的低品位蒸汽潛熱也不能得到非常有效的利用。熱泵技術是現階段較新型的節能降耗技術,它可以把塔頂蒸汽通過壓縮機把低品位蒸汽壓縮成為高溫高壓氣體,然后將此氣體通入塔底再沸器做為再沸器的高溫熱源使用,在加熱塔釜液體的過程中,塔頂高壓蒸汽也得到冷凝,通過這種方法塔頂蒸汽的冷凝潛熱就可以得到有效的利用。除了精餾塔低品位熱源壓縮再利用之外,蒸汽冷凝水的余熱回收再利用也是一個非常好的方法。將每個疏水閥排出的冷凝水進行收集之后送入閃蒸器,閃蒸產生的二次蒸汽可用來加熱一些對溫度要求不高的地方,比如產物干燥、加熱洗澡水、三效蒸發的二、三級蒸發器等;以此同時,閃蒸器排出的低溫冷凝水是相對干凈的蒸餾水,和普通工藝水進行比較的話存在不易結垢的優點,能夠延長設備的使用壽命。如果需要的話,這些蒸餾水能夠經過簡單的過濾除雜程序而被再次送回廢熱鍋爐用于生產蒸汽,通過以上途徑能夠對冷凝水和余熱進行充分利用。
2.5降低動力能耗
在化工生產過程中的動力能耗涉及兩個方面,第一是電力能耗,第二是蒸汽能耗。在具體的生產過程中,動力能耗在實際能源總消耗中所占的比例比較大,所以,降低動力能耗成為節能降耗過程中不可忽視的一個方面。如果打算降低動力能耗可以從用電設備和用汽設備兩方面入手。針對大功率用電設備,比如電機等設備可以增加變頻調節,從而讓其負荷率維持在較高水平;針對小功率的用電設備,比如給燈加裝聲控開關,來避免在無人狀態下持續工作。加大巡查和檢查的力度,特別是閥門、管道、設備的銜接處密封面,以免出現跑、冒、漏、滴現象。
3結論
綜上所述,在化工工藝生產過程中,存在著很多能源浪費的情況,為了節約能源并提高企業的經濟效益,筆者對化工生產過程中的節能降耗技術進行研究。通過研究發現,節能降耗技術所包括的內容比較多,在進行具體的操作時一定要結合化工企業自身的實際情況,采取最恰當的措施。本文中筆者首先介紹一下目前我國化工企業運用節能降耗技術的基本情況,以此為基礎提出了五種節能降耗的方式,希望能夠給化工企業一些啟發,讓他們不再因前期的投入而對節能降耗望而卻步。也希望以上五種措施能夠帶領企業認識到節能降耗的重要意義,不斷促進企業的發展。
參考文獻
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[關鍵詞]深冷 空分 工藝技術 發展
中圖分類號:TP739 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)19-0284-01
空分設備及其生產的產品已經在我國國民經濟的各個部門都得到了廣泛的應用,而且會其他行業設備的正常運行提供所需的氧、氮、氬等空分產品,是保證我國國民經濟正常運行和發展的支柱。近些年來,深冷空分技術從高壓到低壓經歷了持續的發展,從當前已經投入到實際生產,而且成熟的系統來看,國外已經形成了已經形成了生產能力為103660m3/h的成熟系統,而國內當前廣泛應用的系統為生產能力在50000 m3/h的系統。從國內外近些年深冷空分設備設計與制造技術的發展歷程來看,技術整體呈現為安全、節能兩個方向。
1、現代深冷空分技術的整體發展趨勢
當前,隨著密封技術以及化工生產技術的快速發展,設備生產制造的各個行業對氧、氮、氬等需求量迅速增加,這使得設計制造的空分設備生產能力越來越大。當前,國外的空分設備及技術主要以:巨型化、無氫制氬、內壓縮、高純度、高提取效率、自動化、高可靠度、節能以及長周期運行等特點為主。而國內的空分技術流程整體類似,主要采用分子篩前端凈化、規整填料塔、全精餾無氫制氬、外壓縮或內壓縮或氧氮外壓縮等。而化工型空分則主要采用了內壓縮流程,而且生產制造的規模日益加大,形成了較大的單機生產容量特點。
從當前國內外深冷空分技術的發展特點來看,其整體發展趨勢為:
(1) 氣體的整體提取效率得到進一步提高。例如,傳統的空分精餾塔使用了較小板間矩的篩板塔,導致氣體通過時的阻力較大,而且氣體的整體提取效率較低。當前大多使用了效率更高的規整填料式空分塔、粗氫塔,并且配合使用高傳質的塔內件以及液體分布器件,使得氣體的提取效率得到迅速提高。
(2) 設備能耗繼續下降
在將規整填料應用與上塔之后,當冷凝蒸發器達到同等溫度時,與傳統的空分設備相比,上塔的壓降可以達到0.02MaP,使得空分系統的空壓機能耗下降5%~7%。同時,使用膜式換熱器取代傳統的換熱器之后,空分系統的空壓機排氣壓力進一步下降,使得空壓機的軸功功率再次下降3%~4%。另外,在低壓塔增設冷凝器之后,通過其產生冷凝回流液體,通過加壓之后再回流至高壓下塔,同樣能夠獲得良好的降耗效果。
2、深冷空分生產工藝技術及設備的發展
現代深冷空分生產工藝技術能夠使得空氣的整體液化流程達到40%以上的卡諾循環效率。而之前不能進行商業化生產的試驗室技術,例如雙沸器與混合塔,單塔與雙塔熱泵技術等生產工藝技術與流程等都重新受到了人們的重視,并且通過技術改進和優化,已經在實際的生產過程中得到了一定程度的應用。例如,當前應用的一種新型的制氮設裝置,能夠不利用膨脹機或者液體進行冷量的提供,而是通過使用渦流管系統為系統提供所需要的冷量,從而使得整個制氮裝置的生產工藝和生產設備得到簡化,設備的投資規模下降,而且設備的可靠性得到迅速提高,能夠保證裝置的安全長周期運行。另外,近年來發現并開始開發的非深冷空分技術通過與傳統的深冷空分技術配合使用,能夠獲得較好的分離效果,即所謂的聯合生產工藝技術。不但能夠獲得較優的經濟效果,而且節能效果明顯。隨著國內外機械設計與制造技術的發展,深冷空分生產過程中用到的空氣壓縮機性能得到進一步提升。例如,當前廣泛使用半開后靠式葉片、短軸與單軸單轉子的設計方式,有效的提高了空壓機在極限轉速下的運行穩定性和安全性,使得空壓機的使用壽命顯著提高,能夠達到12萬h,而且運行過程中的噪聲下降至85dB以下。
3、現代深冷空分技術的節能發展趨勢
隨著環境保護實際需求以及環保政策的收緊,國內外深冷空分設備生產制造業對能耗的控制以及設備使用過程中能源使用效率的提高也成為了當前設備生產設計的一個重要方面。從環保節能的實際需要,當前深冷空分技術的發展呈現出了一些新的特點和趨勢:全低壓、低能耗、鋁結構、填料塔、內壓縮、全液體、自動化以及長周期等。而從國內外深冷空分技術的橫向對比結果來看,兩者之間的差距正逐步縮小,尤其是在節能控制方面,國內相關企業生產的系統和設備已經具有較強的國際競爭能力。
從深冷空分系統節能的主要技術角度來看,其主要方式是通過對充分合理利用能源的角度來設計的。即在生產過程中利用能量轉換、回收以及利用等方式來對整個生產系統所消耗的能量進行控制,從而實現動態平衡、節能。而對系統控制設備的節能處理則主要采取局部節能方式,這主要是通過充分利用當前不斷發展的熱力學理論以及過程系統的工作技術產業轉化成果,通過建立起系統中各個部件之間的聯系,達到系統的整體平衡。但是,當前部分設計采用了對單一操作設備進行節能設計的方式,這雖然對設備個體進行了改良,但是沒有重視設備的整體運行性能,在節能與產品的生產性能方面沒有形成較好的平衡。因此,在深冷空分系統節能設計的過程中,應該遵循這樣幾條基本的原則:降低操作控制設備運行的阻力損失;控制換熱器對數平均溫差數值,避免不同狀態下物流之間的直接混合;采取更高的氣體提取率,減少并消除分離、熱循環等實際環節的操作,使得原料的消耗量得到控制。
從深冷空分系統的控制節能角度來看,節能的環節主要包括這樣兩個部分:①為了提高對節能系統的控制精度,在控制系統中應該盡量使用更高精度的儀器儀表進行計量,并結合系統的實際用氣需要,在完成現場的能量計算以及實際用能需求之后,形成完善的操作方案,為操作系統的節能提供依據;② 為了提高系統生產運行過程中的節能效過,還應該對生產過程中的操作進行優化,使得操作控制方式隨著實際系統的運行參數變化而變化,確保實際運行參數與節能方案的優化參數接近,從而達到較好的節能效果。
從當前市場對氧、氮和氬的需求來看,深冷空分技術和設備還將向大型化、多元化的方向發展,而且隨著控制技術的迅速發展,自動化、智能化也將成為未來深冷空分技術的發展趨勢。
參考文獻
[1]李鋼.深冷技術在空氣分離設備設計中的應用[J].企業技術開發(下半月), 2014(15).