摘要：当前，节能减排已成为确保我国国民经济“又好又快”发展的重要政策，我国《节约能源法》规定：“国家对重点用能单位要加强节能管理”。文章对化工企业设备的升级改造与节能进行了探讨，以期化工企业努力提高节能管理水平。
关键词：节能减排；化工行业；化工设备；升级改造
关键词：节能减排；化工行业；化工设备；升级改造
与发达国家比较，我国化学工业的产值能耗与产品能耗都高于工业发达国家，化工节能潜力较大。过去的十年，化工生产技术的主流是不断提高与升级设备的生产能力。本文针对化工生产节能的问题，介绍一些的化工设备升级改造工艺新技术。
一、化工节能存在的问题
目前化学工业每年消耗各种能源折标准煤1.5～1.9亿吨，占全国耗能总量的17%，年耗电量占全国工业用电量的15%左右。2003年化学工业能源消费量突破1.5亿吨大关以来，近5年能源消费量以年均4.8%的速度增长。同时在在未来相当长的时间内，燃煤化工锅炉仍将是我国化工锅炉的主导产品，且以中大容量（单台蒸发量≥1Ot/h）居多。随着能源供应结构的变化，环保要求的不断提高，小型燃煤化工锅炉将退出历史。目前，在众多锅炉企业中具有自行设计能力的企业并不多，一些企业没有基本的技术开发能力，节能功效更无从谈起。许多中小企业步履维艰，有些企业存在诸多问题，转产或倒闭现象时有发生，即使一些专门生产节能锅炉的企业也面临着节能认证困难，市场推广乏力等难题。在国内锅炉企业普遍面临技术落后，同行竞争激烈的同时，国外资金的进入，无疑加重了锅炉生产企业的困境。
二、加强化工设备升级改造，提高化工产业节能的措施
（一）创新原料路线的选择
化工生产中，实现一个化学反应过程，要涉及到原料、流程、设备及其工艺条件等这么几个方面。首先从原料上来说，当某一个化工产品有多种以上的原料路线时，只有确定了原料路线，才能研究流程。不同的原料路线，会有不同的反应过程和不同的工艺流程，也会涉及到不同的反应装置、分离过程及其装置、原材料消耗水平等等，因此，研究原料路线可以说是节能的第一道关口。比如，生产聚氯乙烯的单体氯乙烯有两种不同的方法，一种是乙炔和氯化氢合成，另一种则是乙烯氧氯化法合成。乙炔法使用电石为原料，而电石的生产是典型的能耗大户，因而使合成聚氯乙烯的整条流程的能耗和成本就很高；相反，乙烯氧氯化法使用乙烯为原料，这种原料来源广泛，成本低，所以这种流程的能耗和成本就比较低。所以原料路线的选择，可以说是节能减排的起点。
（二）创新设备的节能技术
近年来，我国大型化工设备采用国际和国内的先进工艺、设备和控制技术，进行了大量技术改造，经实践证明以下技术是先进、成熟、可靠的，可供企业改造时选择使用。比如在合成氨设备中：（1）变换采用低水碳比高活性的催化剂，提高CO变换率，降低蒸汽消耗。降低变换阻力，如将高低变换炉由轴向床改为轴径向床。（2）脱碳采用低能耗的脱碳工艺。如低热耗苯菲尔工艺、双塔再生工艺、MDEA工艺等。采用低热苯菲尔工艺和更换高效阶梯环演料等配套改造，使脱碳能力提高30%以上，再生热耗降低30%。（3）氨合成及合成回路采用新型合成塔内件配以小颗粒、高活性催化剂，使合成塔及合成回路阻力下降，氨净值提高，合成反应热综合利用好。目前大型氨厂采用的塔型有卡萨轴径向冷激或层间换热型、托普索S-200径向层间换热型、卧式合成塔等，均取得较好效果。（4）弛放气回收。可采用深冷分离或膜分离技术，现多采用后者，效果很好。（5）机泵采用“三元流”设计的新型高效节能型转子；采用先进的防喘振控制系统和调速系统；采用大机组状态监测和故障诊断技术；一些效率较低的小型汽轮机改用电机驱动，有利于提高机组效率和装置运行可靠性。
（三）积极开发化工新设备
过去的十年，化工生产设备设计的主流趋是不断提高设备的生产能力。这种趋势自然与追求规模经济效应密切相关，这样可使大型设备生产设备的生产成本比小型设备低。因此在能获得低成本天然气的地方，对建造大型化工设备特别感兴趣。一般说来小型工艺设备的总成本较高，但大型化工设备又受到其他工艺设备规模的限制。为了增大装置规模，用相对较小的工艺设备处理大流量的合成气就变得愈加重要。比如托普索国际公司论证了如何通过将包含“甲醇合成和冷凝结合”（CMSC）技术的甲醇合成工艺和基于在很低水碳比条件下运行的自热转化炉合成相结合的技术。我们都知道，最常规的甲醇合成设备是由循环回路构成的。其理由就是为了维持高反应率，甲醇反应塔通常在比较高的温度下运行。但是温度高对甲醇的平衡浓度有不利影响，即只有将未转化的气体进行循环，才能实现高的碳效率。使用CMSC技术的合成反应塔和不包含循环的设计就能够解决上述问题。在这个设备中，当反应温度降低时，碳效率迅速提高。当温度达到露点时，开始冷凝，这时碳效率的提高更快。同时相关论证也显示送入CMSC工艺过程的合成气应该具有高的CO/CO2比，以达到经济上最有效的设计。但是现在开发的自热转化技术正好能生产出CMSC工艺所需的最好合成气。同时将自热转化技术和CMSC技术结合，生产出的粗甲醇含水量仅为0.5%。因此将自热转化技术和CMSC技术结合后在许多情况下，可以完全取消蒸馏设备。还有胜利油田胜利集体资产管理中心发明了一种新型二甲醚或甲醇合成工艺及设备。它通过设置对精脱硫处理后的合成气进行固定床脱氯、脱羰基铁和羰基镍预处理过程以及反应器和管线采用特殊材质，达到了大幅度提高合成二甲醚或甲醇的收率和催化剂寿命的目的。
（四）积极改造升级设备
随着煤化工行业的迅速发展，作为化工基础原料的甲醇生产也在迅速地发展。除了一部分氮肥厂还在继续联醇生产外，目前年产60万吨左右的甲醇装置接连开始建设，特别是在煤产量较多的山西、内蒙和天然气较多的四川、重庆等地的一些企业，使用焦炉气和水煤气、天然气大规模地生产甲醇已成趋势。因此对于精馏塔装置的改造升级也在节能所需要。比如哈尔滨气化厂甲醇分厂是年产4万吨甲醇生产大产，但是其精馏塔装置为前苏联设计，采用的是筛板式塔板。为提高甲醇产量，杨帆对其进行了改造，精馏塔是主要改造项目，经过计算，我们得出一个结论，塔体不用动，只对塔板和相应管线进行改造，这样就节省了大量资金。由于进料量和采出量相对增大，他们对进料管线和采出管线进行了更换，进料管由DN50改成了DN65，采出管线由原先DN65改成了DN80，我们也相应更换了回流泵，这是因为回流量相应增大的缘故。精馏塔的改造，主要是对塔板的改造，新改的精馏塔塔板还是75层，塔板全部更换，材质改为0Crl8NigTi，采用北京泽华化工有限公司设计的ADV高效微分浮阀塔盘。浮阀装在开有圣Φ39的孔上，可以上下浮动，使气液两相充分接触，保证较高分离效率，每层塔板由三块组成，并由M10*50不锈钢单头螺栓和不锈钢压板连接为一体，分三块是为了便于安装和检修，每块板可以从人孔进出，75层塔板浮阀尺寸一致，只是数量分布不同：1～5层每层塔板上均布219个浮阀，6层、15层每层塔板上均布249个浮阀，16～75层每层塔板上均布319个浮阀。精馏塔经过改造，达到了年产6万吨的要求，年增经济效益1260万元。
节能工作，是一项系统工程。化工生产的特点决定了这个行业必然要消耗较多的原料和较多的能量，并排放出大量的废物，但通过节能减排措施的不断开发和研究，通过对现有生产设备的不断升级改造，我们应该可以做到以最小的投入产生最大的效益。
一、化工节能存在的问题
目前化学工业每年消耗各种能源折标准煤1.5～1.9亿吨，占全国耗能总量的17%，年耗电量占全国工业用电量的15%左右。2003年化学工业能源消费量突破1.5亿吨大关以来，近5年能源消费量以年均4.8%的速度增长。同时在在未来相当长的时间内，燃煤化工锅炉仍将是我国化工锅炉的主导产品，且以中大容量（单台蒸发量≥1Ot/h）居多。随着能源供应结构的变化，环保要求的不断提高，小型燃煤化工锅炉将退出历史。目前，在众多锅炉企业中具有自行设计能力的企业并不多，一些企业没有基本的技术开发能力，节能功效更无从谈起。许多中小企业步履维艰，有些企业存在诸多问题，转产或倒闭现象时有发生，即使一些专门生产节能锅炉的企业也面临着节能认证困难，市场推广乏力等难题。在国内锅炉企业普遍面临技术落后，同行竞争激烈的同时，国外资金的进入，无疑加重了锅炉生产企业的困境。
二、加强化工设备升级改造，提高化工产业节能的措施
（一）创新原料路线的选择
化工生产中，实现一个化学反应过程，要涉及到原料、流程、设备及其工艺条件等这么几个方面。首先从原料上来说，当某一个化工产品有多种以上的原料路线时，只有确定了原料路线，才能研究流程。不同的原料路线，会有不同的反应过程和不同的工艺流程，也会涉及到不同的反应装置、分离过程及其装置、原材料消耗水平等等，因此，研究原料路线可以说是节能的第一道关口。比如，生产聚氯乙烯的单体氯乙烯有两种不同的方法，一种是乙炔和氯化氢合成，另一种则是乙烯氧氯化法合成。乙炔法使用电石为原料，而电石的生产是典型的能耗大户，因而使合成聚氯乙烯的整条流程的能耗和成本就很高；相反，乙烯氧氯化法使用乙烯为原料，这种原料来源广泛，成本低，所以这种流程的能耗和成本就比较低。所以原料路线的选择，可以说是节能减排的起点。
（二）创新设备的节能技术
近年来，我国大型化工设备采用国际和国内的先进工艺、设备和控制技术，进行了大量技术改造，经实践证明以下技术是先进、成熟、可靠的，可供企业改造时选择使用。比如在合成氨设备中：（1）变换采用低水碳比高活性的催化剂，提高CO变换率，降低蒸汽消耗。降低变换阻力，如将高低变换炉由轴向床改为轴径向床。（2）脱碳采用低能耗的脱碳工艺。如低热耗苯菲尔工艺、双塔再生工艺、MDEA工艺等。采用低热苯菲尔工艺和更换高效阶梯环演料等配套改造，使脱碳能力提高30%以上，再生热耗降低30%。（3）氨合成及合成回路采用新型合成塔内件配以小颗粒、高活性催化剂，使合成塔及合成回路阻力下降，氨净值提高，合成反应热综合利用好。目前大型氨厂采用的塔型有卡萨轴径向冷激或层间换热型、托普索S-200径向层间换热型、卧式合成塔等，均取得较好效果。（4）弛放气回收。可采用深冷分离或膜分离技术，现多采用后者，效果很好。（5）机泵采用“三元流”设计的新型高效节能型转子；采用先进的防喘振控制系统和调速系统；采用大机组状态监测和故障诊断技术；一些效率较低的小型汽轮机改用电机驱动，有利于提高机组效率和装置运行可靠性。
（三）积极开发化工新设备
过去的十年，化工生产设备设计的主流趋是不断提高设备的生产能力。这种趋势自然与追求规模经济效应密切相关，这样可使大型设备生产设备的生产成本比小型设备低。因此在能获得低成本天然气的地方，对建造大型化工设备特别感兴趣。一般说来小型工艺设备的总成本较高，但大型化工设备又受到其他工艺设备规模的限制。为了增大装置规模，用相对较小的工艺设备处理大流量的合成气就变得愈加重要。比如托普索国际公司论证了如何通过将包含“甲醇合成和冷凝结合”（CMSC）技术的甲醇合成工艺和基于在很低水碳比条件下运行的自热转化炉合成相结合的技术。我们都知道，最常规的甲醇合成设备是由循环回路构成的。其理由就是为了维持高反应率，甲醇反应塔通常在比较高的温度下运行。但是温度高对甲醇的平衡浓度有不利影响，即只有将未转化的气体进行循环，才能实现高的碳效率。使用CMSC技术的合成反应塔和不包含循环的设计就能够解决上述问题。在这个设备中，当反应温度降低时，碳效率迅速提高。当温度达到露点时，开始冷凝，这时碳效率的提高更快。同时相关论证也显示送入CMSC工艺过程的合成气应该具有高的CO/CO2比，以达到经济上最有效的设计。但是现在开发的自热转化技术正好能生产出CMSC工艺所需的最好合成气。同时将自热转化技术和CMSC技术结合，生产出的粗甲醇含水量仅为0.5%。因此将自热转化技术和CMSC技术结合后在许多情况下，可以完全取消蒸馏设备。还有胜利油田胜利集体资产管理中心发明了一种新型二甲醚或甲醇合成工艺及设备。它通过设置对精脱硫处理后的合成气进行固定床脱氯、脱羰基铁和羰基镍预处理过程以及反应器和管线采用特殊材质，达到了大幅度提高合成二甲醚或甲醇的收率和催化剂寿命的目的。
（四）积极改造升级设备
随着煤化工行业的迅速发展，作为化工基础原料的甲醇生产也在迅速地发展。除了一部分氮肥厂还在继续联醇生产外，目前年产60万吨左右的甲醇装置接连开始建设，特别是在煤产量较多的山西、内蒙和天然气较多的四川、重庆等地的一些企业，使用焦炉气和水煤气、天然气大规模地生产甲醇已成趋势。因此对于精馏塔装置的改造升级也在节能所需要。比如哈尔滨气化厂甲醇分厂是年产4万吨甲醇生产大产，但是其精馏塔装置为前苏联设计，采用的是筛板式塔板。为提高甲醇产量，杨帆对其进行了改造，精馏塔是主要改造项目，经过计算，我们得出一个结论，塔体不用动，只对塔板和相应管线进行改造，这样就节省了大量资金。由于进料量和采出量相对增大，他们对进料管线和采出管线进行了更换，进料管由DN50改成了DN65，采出管线由原先DN65改成了DN80，我们也相应更换了回流泵，这是因为回流量相应增大的缘故。精馏塔的改造，主要是对塔板的改造，新改的精馏塔塔板还是75层，塔板全部更换，材质改为0Crl8NigTi，采用北京泽华化工有限公司设计的ADV高效微分浮阀塔盘。浮阀装在开有圣Φ39的孔上，可以上下浮动，使气液两相充分接触，保证较高分离效率，每层塔板由三块组成，并由M10*50不锈钢单头螺栓和不锈钢压板连接为一体，分三块是为了便于安装和检修，每块板可以从人孔进出，75层塔板浮阀尺寸一致，只是数量分布不同：1～5层每层塔板上均布219个浮阀，6层、15层每层塔板上均布249个浮阀，16～75层每层塔板上均布319个浮阀。精馏塔经过改造，达到了年产6万吨的要求，年增经济效益1260万元。
节能工作，是一项系统工程。化工生产的特点决定了这个行业必然要消耗较多的原料和较多的能量，并排放出大量的废物，但通过节能减排措施的不断开发和研究，通过对现有生产设备的不断升级改造，我们应该可以做到以最小的投入产生最大的效益。
参考文献
[1]韩冬冰．化工工艺学[M]．中国石化出版社，2004.
[2]崔思选．化学工艺学[M]．高等教育出版社，1990.
[3]沈维道，蒋智敏，童均耕．工程热力学(第三版)[M]．北京:高等教育出版社，2004.
[1]韩冬冰．化工工艺学[M]．中国石化出版社，2004.
[2]崔思选．化学工艺学[M]．高等教育出版社，1990.
[3]沈维道，蒋智敏，童均耕．工程热力学(第三版)[M]．北京:高等教育出版社，2004.
作者简介：文献娜 （1976- ），女 ，金沂蒙集团有限公司工程师。
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