化工工艺中的能源消耗和碳排放研究

化工工艺中的能源消耗和碳排放研究

郭向兵

陕西金泰化学神木电石有限公司     陕西，神木市    719300

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摘要：化工行业作为能源密集型行业，能源消耗与碳排放越来越引起人们的高度重视。文章对化工行业能源消耗特点及碳排放主要源进行分析，并指出可能造成环境影响。对化工工艺节能减排技术进行论述，有先进节能工艺、能源回收再利用技术和碳捕获封存技术。提出化工工艺优化的策略，主要从优化工艺路线设计，落实精细化管理及监控等方面进行阐述，并强化职工的节能减排意识等方面进行分析，目的在于减少能源消耗及碳排放，促进化工行业朝着绿色可持续发展的方向转变。

关键词：化工行业；能源消耗；碳排放；节能减排技术；工艺优化

引言

在全球气候变化与环境保护大环境下，作为能源消耗与碳排放主要源头的化工行业节能减排工作越来越紧迫。优化化工工艺既关系到企业经济效益也是全球环境保护责任。文章通过对化工行业能源消耗与碳排放现状进行探究，对节能减排技术运用情况进行分析，提出行之有效的工艺优化策略以供参考。

1.化工工艺中能源消耗和碳排放的现状

1.1 化工行业的能源消耗特点

化工行业作为一个能源密集型的行业，在能源消耗方面有着显著的特点。化工过程一般都要消耗大量热能与电能，这些热能与电能主要是在反应中被加热、蒸发、冷凝及蒸馏所消耗。所以燃料、电力消耗量大。化工生产中能源利用效率总体不高，一些能源在转移与转化时损失严重，造成总体能源利用率不高。化工行业能源消耗结构较为复杂，各种化工产品及生产工艺所需能源也有很大区别。比如石油化工，煤化工以及天然气化工等能源的利用就有明显的不同。

1.2 碳排放的主要来源和规模

化工行业作为一个高能耗的行业，碳排放的主要来源是燃料的燃烧，化学反应过程以及副产品的处理。燃料燃烧是化工行业碳排放最主要的来源，特别是在以煤炭、石油、天然气等为主要原料进行化工生产时，这类化石燃料在燃烧时会排放出大量二氧化碳。化工生产中一些化学反应自身生成二氧化碳，如石灰石煅烧制石灰时排放出大量二氧化碳。另外化工生产的副产品处理以及废弃物处理都是碳排放的重要来源，例如废水处理时经过生物降解以及化学处理后还会生成一定数量的二氧化碳等。

2.节能减排技术在化工工艺中的应用

2.1 先进的节能工艺和设备

在化工行业中，先进节能工艺与装备的运用可以显著减少能源的消耗，促进生产效率的提高。高效热交换技术是其中一种，它通过对热量传递路径进行优化来降低热损失从而达到能量高效利用的目的。如板式换热器和螺旋板换热器，由于其换热效率较高，占地面积较少而被广泛地应用在各类化工生产的工艺当中。另外，使用如固定床反应器和流化床反应器这样的节能型反应器，能够在确保反应效率的同时，降低能源的消耗。与此同时，节能蒸馏技术还对化工分离过程起到了至关重要的影响，例如热泵蒸馏，膜蒸馏以及其他一些新技术的运用都有效地减少了蒸馏时的能量消耗。现代化智能控制系统及优化算法则可实现生产过程实时监控与动态调整并进一步提升能源利用效率。

2.2 能源回收与再利用技术

将能源回收和再利用技术运用到化工工艺当中是为了将能源浪费降低到最低程度和能源利用效率得到提升。余热回收技术就是关键之一，它通过对生产中废热的回收利用来预热原料或者生产蒸汽以减少总能耗。常用的余热回收设备主要有热源换热器和余热锅炉，它们可以对高温废气进行有效的回收。除了这些，化学工业还普遍采用废水热能回收技术，通过热泵或热交换器来回收废水中的热量，这可以用于生产过程中的加热或制冷，从而进一步降低能源消耗。废气余热回收还是一种重要的工艺，它利用燃气轮机和蒸汽轮机将尾气中热能转换成机械能或者电能。另外，化工生产的副产品还可用作能源，如生产时产生的可燃气体可作燃料焚烧发电，还可用于供热。

2.3 碳捕获与封存技术

通过对化工生产中二氧化碳的捕集，压缩，输送以及最后封存等环节可以有效地降低温室气体的排放量。常用的碳捕获技术主要有化学吸收，物理吸附和膜分离，化学吸收法采用溶剂对二氧化碳进行吸附，适合大规模工业应用。捕集的二氧化碳一般压缩为液态并经管道输送到封存地点。封存手段主要分为地质封存和海洋封存两大类，其中地质封存涉及向深层地下储层，例如废弃油气田和深层盐水层，注入二氧化碳，通过岩层的天然屏障来实现长期的封存。海洋封存是一种将二氧化碳注入深海的方法，通过海水的物理和化学作用，实现二氧化碳的长期隔离。CCS的广泛使用不仅可以显著降低化工行业碳排放，而且有利于达到预期和目的，为全球气候变化的响应提供技术支持。

3.化工工艺优化以降低能源消耗和碳排放的策略

3.1 工艺路线的优化设计

通过对各生产环节能耗分布及碳排放来源进行分析，并对工艺路线进行优化，可达到高效利用能源，降低排放。这就涉及原料的选择，反应条件和催化剂的使用都要进行精细的调整，才能使反应速率最大化和能量损失降低。利用先进的仿真与优化软件并结合实验数据对该过程进行精准仿真与优化设计可以在保证产品质量与产量不受影响的基础上，切实减少能源消耗与碳排放，达到可持续发展生产目的。

3.2 精细化管理与监控

精细化管理及监控对于化工工艺优化具有重要意义，可以实现能源消耗及碳排放实时监控及精确控制。通过搭建完善数据采集系统及监测平台，实现关键工艺参数的连续监测与分析，发现能源消耗过高或者排放超标等现象，并采取适当措施加以调整与优化。引进先进物联网技术及人工智能算法对生产过程进行智能化管理以提升能源利用效率并减少碳排放水平。在强化操作人员技术培训与意识教育的前提下，保证其能娴熟地运行设备并按最佳做法管理生产，使过程稳定运行与最优化配置。

3.3 加强员工节能减排意识

节能减排培训、宣传教育活动的方式，增强职工对能源消耗与碳排放的了解与认知。建立职工参与节能减排工作奖励机制与激励措施，调动职工积极性与创造性，促进节能减排技术推广应用。鼓励职工从小处着手，比如合理使用设备、节约用能、减少废物等等，积极投身日常的生产节能减排。在全员参与、共同努力下，化工企业节能减排目标不断实现，助力产业可持续发展。

结束语

总之，化工行业绿色转型作为一项系统工程，必须在工艺设计，设备更新，能源管理等方面着手，以达到能源消耗与碳排放双减少。通过推行节能减排技术、优化工艺路线、增强职工环保意识等措施，化工行业能够有效降低环境影响，达到可持续发展的目的。今后，化工企业要不断探索、不断创新、同政府、科研机构以及社会各界一起努力，促使化工行业朝着更绿色、更高效、更环保的方向迈进。

参考文献

[1]杨家鑫, 李建华. 化工工艺中常见的能源消耗方式以及节能降耗对策[J]. 化工设计通讯, 2020, 46 (07): 202+209.

[2]叶寒. 化工工艺中常见的能源消耗方式以及节能降耗的对策[J]. 化工设计通讯, 2018, 44 (07): 198.