化工熱力學與石油化工節能

周君

摘 要：與石油化工節能有關的主要技術，包括了裝置規模的大小和節能的關系，原料路線和節能的關系，技術路線和節能的關系，設備的類型和節能的關系，及剩余熱量回收和節能的關系等重要的節能技術措施。文章還研究了化工熱力學和節能的關系及化工系統工程和節能的關系等重要的理論問題應該如何運用到石化工業的過程中。

關鍵詞：石化節能；石化生產；化工熱力學

用化學方法把原料加工成產品的過程就是我們平常所說的化學工業。在化學工業中有一個重要的分支那就是石油化學工業。石油化學工業分為狹義和廣義兩種方式，狹義的方式指把石油轉變為煤油，汽油，柴油，潤滑油及化學工業的原料，然后再把烴類（石腦油，輕烴，輕柴油、重油以及渣油等）轉變為丙烯、乙烯、丁二烯、甲苯、苯、二甲苯，然后通過進一步的化學反應把這些材料轉化為合成樹脂，合成纖維和合成橡膠的工藝。廣義上的方式包含了以前常用的無機化學工業，新興化學工業，有機化學工業，新型材料化學工業，生物技術化學工業以及現代的煤和天然氣化學工業。

怎樣在石化產品的生產中提高節能效率？要想解決這個問題我們就要學習理論知識，同時也要積極利用以往積累的經驗；只有通過這種方式我們才能對這個問題有所了解，逐步的把它解決掉。現在就讓我們來探討一下有關石油化工節能的重要技術。

1 如何定性石油化工節能技術

1.1 原料路線和節能的關系

下面我們就拿乙烯來說明一下，在生產乙烯的過程中，原料占了將近60%～80%，所以，在乙烯裝置中如何選擇原料路線就顯得十分關鍵。那么如何選擇乙烯裝置的原料路線呢？其要考慮的主要因素就是原料以及產品的價格。在一些不同的地區，其所使用的原料也是不盡相同的，就好像在美國和北美地區大部分以石腦油作為原材料，歐洲很多地方使用乙烷和輕烴，而在國內則主要使用天然氣凝析油，石腦油，輕烴，輕柴油以及加氫尾油等。但是實踐證明：裂解原料越輕所獲得的經濟效益就越大。

不用說我們就能明白，通過裂解原料的輕質化我們不僅可以賺取較多利潤，還能夠很大限度的減少在生產單位產量上的能量消耗。

1.2 裝置規模的大小和節能的關系

伴隨著科技的與日進步，許多新技術被引進到這個行業中來，這就大大的促進了石化產業的生產裝置規模迅速的增大。科學技術是第一生產力，隨著裝置規模的不斷擴大，其單位產品能源消耗就會減少，這一事實早已被人民大眾所了解。

就乙烯生產來說，1970年左右，我們從外國進口了一套乙烯裝置并把它建在上海，這套裝置規模為30萬t/a。在當時的情況下，這套設備的規模是比較大的。伴隨著改革開放步伐逐步的深入，引進的裝置的規模也逐步增大。比如天津乙烯，因為在其生產設備中，使用了很多新技術，新工藝，所以其能耗值降低到了580kg標油的水平，這個數值已經符合了國際規范的要求。根據全世界范圍內具有高水平的基評公司Solomon公布的世界乙烯裝置績效對比的數值，我們可以清楚的看到上海一家公司的乙烯裝置能耗水準在世界108套乙烯裝置里排在第二位。

1.3 技術路線和節能的關系

要做好減少物耗和能耗的工作首先就要考慮技術路線應該具有科學性，高水平以及要滿足合理的要求。我們仍然拿乙烯來說明問題，從書中的知識里可以知道，裂解反應是具有很強的吸收熱量的反應。所以，不管是從熱力學的方面，還是從動力學的方面，都需要很高的反應溫度，以動力學數據優化計算的結果為基礎，我們可以得出結論：停下來的時間要是短的話，乙烯的吸收效率就會提高。

乙烯裂解爐一般情況下是根據特殊的工藝要求做出來的。當前在中國的乙烯裝置大部分是從外國引進的技術較先進的工藝專利，裂解爐則是按照工藝設計的要求由專門認定的若干個廠子經過競爭后來生產的。裂解爐的一些型號有：

（1）CBL型裂解爐：國內生產的裂解爐。（2）SRT型裂解爐：在里面停放時間不長的裂解爐。（3）USC型裂解爐：具有良好選擇性的裂解爐。（4）毫秒爐；可滿足在里面停留0.1秒的要求。（5）GK型裂解爐，可滿足在里面停留0.2秒的要求。

1.4 剩余熱量回收和節能的關系

剩余熱量的回收可以有效的減少能源的浪費。在石化生產的過程中，剩余熱量主要來自：化學反應所產生的熱量，比如，在乙烯裂解爐出來地方的物料，經過二次反應生成燒焦煙氣，這種氣體可以使焦化的時間減短；高溫加熱爐及大型蒸汽鍋爐往外排放的氣體；輪機排出的尾氣和經過水冷卻器和空氣冷卻器后排出的低溫水體及空氣等很多方面。

2 定量的石油化工節能技術

2.1 化工熱力學和節能的關系

通過學習化工熱力學我們知道：所謂的熱量其實是低質能量，其可供使用的能量只是其中的一部分，另外一部分則不能被利用。人們接觸的最多的熱量是用火發出的熱量，這其中有一部分沒有被利用，隨著煙氣散發到自然環境中。通常情況下把不可逆性所引發的有效能轉變成沒有能效能的損耗叫做有效能損失。一般情況下我們用它來度量能量的變質。不可逆性大部分來自相互摩擦、流體流動過程中產生的壓力差、及不平衡化學反應過程中出現的化學勢差等。

2.2 化工系統工程和節能的關系

要想在化工系統工程的方面考慮有關節能的事情，就應該從全局的角度，全方位的、有計劃的、科學的來研究，只有通過這個方法才能夠最終的找到節能的措施。依據一些化工系統工程的經驗，可以知道在化工產品的生產過程中工藝流程要盡量的簡潔，其實就是要求我們在其反應過程中最好不用催化劑，如果非用不可，則應該使用高活性、高質量的。

通過用化工系統工程的基本原理來提高節能水平，可以經過建立石化生產過程的模擬軟件，建立石化生產過程的數學模型，并借用這個模型為參考來尋找減少物耗及能耗的方法。比如，把熱和功放在一起，實現熱電聯合生產，運用R曲線進行分析，從而達到公用工程節約能源的目標。熱電的聯合生產在一些公司的系統中具有關鍵作用，而R一曲線值就是分析其熱電轉換水平的一個標準。

熱電聯產過程的轉化效率？濁定義如下：

？濁=（W+Qheat）/Qfuel

相應地，電熱比定義如下：

R=W/Qfuel

式中： W-表示透平發電量；Qheat表示凈蒸汽熱量，包括蒸汽加熱用量及工藝過程（如汽提塔、蒸汽變換等）用蒸汽量；Qfuel表示燃料的能量。

R曲線是對一個專一的公用工程系統來說的，當該系統在最好的情況的時候，制定出該曲線。通過與該廠的實際電熱轉換率相比較，就可以知道該公用工程系統與情況最好的時候之間的差別。

又比如，華南理工大學的研究人員以合理的使用能量為課題，舉出了“三環節理論節能”的說法。所謂的三環節都是什么呢？下面就來講一下。

（1）在工程中所使用的很大一部分能量是熱、流動功及蒸汽，它們的取得通常是經由一些專門的轉換裝置（如：爐子、機泵）來實現的。

（2）能量通過轉換設備出來以后，就會進到關鍵的一個步驟即塔或反應器里，推動工藝的進程，除了一部分能量被產品利用，剩余的就會被回收使用。

（3）能量完成其在關鍵步驟的任務后，效率就會降低，然而這里面仍有一部分可被利用。通過一些回收裝置使可以被利用的能量循環利用，提高能量利用的效率。

3 結束語

通過這篇文章的論述，我們知道做好石化生產過程的節能工作，既可以產生很大的經濟效益，又可以產生很大的社會效益。既可以用以往的經驗來做這件事，也可以從研究一些先進的理論開始。為了實現這個目標要不懈的堅持奮斗！

參考文獻

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