化工装置工艺气余热回收节能优化策略

化工装置工艺气余热回收节能优化策略

周生范 李少捷 朱士福

鲁西化工集团股份有限公司 山东省聊城市 252211

摘要：化工工业是将天然物质或其他自然物质作为原材料，并根据不同物质的化学性质及其特点进行相应的化学反应工程。大量使用这些自然的物质存在着资源浪费、资源匮乏、环境污染等问题，有些资源使用过后并不可再生致使资源逐渐缺少。在化工工艺实施过程中，节约资源是十分重要的，能源的节约能有效地将所节约到的能源放在更多的领域上去实施，进而起到回收利用的作用。

关键词：化工装置工艺；气余热回收；节能优化；策略

1余热回收利用的意义

我国空压机能耗占工业企业能源消耗的很大一部分。空压机在运行过程中，电能主要转化为压缩空气内能和热能。据相关统计，50%左右的电能都转化为热量散失掉。若将这些热量直接排放到空气中，一是造成空气热污染，二是散热效率不高，会使空压机长期处于高温运行状态，无法正常运行，缩短使用寿命。

随着空压机余热利用技术的进步和企业供热需求的增长，企业对空压机余热利用也越来越重视。将空压机余热回收合理用于热水供应、设备预热等方面，可节省设备投资，提高资源利用率，减少经营成本，符合我国节能减排、可持续发展的方针理念。

2化工装置工艺气余热回收节能优化策略

2.1生物质碳化伴生气余热回收工艺

现有的一般生物质炭化工艺通常采用低温和高温炭化工艺及其设备进行生产。低温高温碳化工艺是指在低温条件下，低温碳化过程中产生的伴生气热值低，难以燃烧和利用，低温下产生的伴生气大部分直接排空。在高温条件下，高温碳化过程中产生的高温伴生气一般经过简单的净化、过滤等方法后使用。虽然这些方法可以在一定程度上提高利用效果，但仍存在许多问题：（1）低温条件下产生的低温伴生气热值低，不易使用，导致直接放空，能源浪费和环境污染。（2）高温条件下产生的伴生气中含有焦油、粉尘等各种杂质，在生产过程中难以处理，投资成本高。（3）全自动化程度低。（4）氧化效率不理想，需要借助外部能量维持操作。技术陈旧，能耗大。

新工艺的余热回收装置由三个系统组成：启动预热系统、逆流氧化系统和自动控制系统。设备以液化气与空气混合燃烧产生的热量作为启动设备的初始能量。该装置采用高温热逆流反氧化工艺。其原理是低温碳化过程中产生的低热值伴生气在高温环境下可以独立氧化。在该过程中，产生的热量被提供给伴生气氧化过程所需的能量，并且该热量也被用作输出到外部世界的热量。液化气和空气在设备的混合器中完全燃烧，产生的高温气体加热逆流氧化系统中的蓄热介质石英砂。当石英砂加热到预定温度时，设备将自动切断液化气，停止燃料供应，让其自行加热。该设备具有以下优点：能在低温下充分燃烧低热值的伴生气，实现能量回收。与常规技术相比，减少污染气体排放更环保，尾气处理要求大大降低，燃料利用率大大提高，自动化程度高，燃料需求量低，节能效果显著，新技术达到了环保节能的目的。

2.2高温余热回收装置

气体余热回收设备的工艺原理一般是将高温气体分成若干部分进行传热，以达到冷却高温介质的目的，并对设备内的水进行加热和蒸发以获得蒸汽。高温气体可以降低到适当的温度，冷却后的气体从设备排放到后续工艺中。设备选材要求较高，不仅增加了投入成本，而且增加了生产过程的复杂性。新型装置为卧式三缸高温余热回收装置，有效解决了一般设备的缺点。设备的制造条件不高，所以成本不需要增加太多。

该设备的优点是：（1）直接连接设计在很大程度上消除了传统设备中的高温出口管。高温出口管通常由合金钢管制成。通过减少合金钢等昂贵材料的使用，可以实现成本节约。另一方面，它可以减少能量损失，提高余热回收效率，最终提高产品产量；（2）该装置采用三缸结构模式，采用合成塔卧式余热锅炉一体化直接连接设计，因此，生产过程中产生的高温气体首先流入无压内缸，然后将高温气体降低到适当的温度，然后与水进行传热（在高压锅炉管中）。由于不与介质接触，锅炉管可采用低品位材料，延长维护周期不仅可以节约成本，而且使采购材料更容易获得，更有利于安全稳定运行；（3）装置在高压集管内设有分离措施，将高温高压分为两部分，由内外集管承担，有效降低承压板上的压力，可以有效提高设备的运行效率，降低外联箱在制造材料方面的选材要求和制造难度，不仅可以节约成本，但也在很大程度上保证了设备的安全；（4）在制气、转化和合成等各个步骤中都会产生大量的余热。利用该设备进行余热回收，可以降低能耗，达到化工生产的节能目的。

2.3可用于石化工业的工艺余热回收利用装置

石油化工厂有许多可用热量。例如，在石油化工企业生产产品的过程中，化学反应在许多地方发生。通常，放热化学反应产生的热量会因反应物的化学性质和反应条件的不同而不同，介质的温度也不同，但这些反应大多是通过冷却水冷却产生的。考虑到这一环节，由于冷却水循环系统中的供水温度相对较低且固定（由当地气象条件确定），因此在厂内修建冷却水循环系统。在冷却相对高温的介质后，本可以使用的这部分热量将不会被使用。此外，循环水系统还需要电能强制驱动冷却水，热量在循环冷却水塔中释放，造成了巨大的能源浪费。

本发明的工艺废热分级回收利用装置可回收利用化工装置中类似的废热。该装置回收利用余热的方法是设置多个不同温度等级的冷却循环装置，并与原化工过程的冷却系统和化工过程中的反应器（石化过程中的原设备、，它也是机组和需要冷却的设备回收的热源）。在机组运行期间，始终监控入口和出口的温度。如果入口温度低于或等于原冷却系统中的冷却水温度，则逐个比较出口温度，然后将相同温度的冷却水流入。如果进水温度高于所有冷却水循环机组的出口温度，装置将自动将循环冷却水系统与反应器连接，恢复全厂循环冷却水作为冷却介质的过程。该装置可解决现有化工装置工艺中冷却循环水能耗过大、循环水裕度不足、余热利用不充分的问题，并能很好地分步收集各阶段化学反应产生的热量，并在不同温度下进行不同的回收处理，可用于制冷、加热，在工艺介质加热的方向上，化工厂的余热将得到最大程度的利用。

2.4气动设备的热回收方法

气动设备温水机组是利用压缩机高温油热能，通过热交换利用热能的节能设备。通过能量交换和节能控制，收集了气动发动机运行过程中产生的热能，同时提高了气动发动机的运行效率。

1）热能可以是喷泉螺杆式空气压缩机或中央空调，也可以是中央空调的散热器。热水可用于日常生活，热风干燥、加热、恒温恒湿空气温度加热器、锅炉补充热水，可使用热水。

2）原则上，热气的热能用于压缩过程，在室温下通过热交换传递到热水中，实现热能的利用。电机驱动螺杆机旋转。空气通过过滤器吸入螺杆压缩机，压缩成高压空气，与循环油混合形成高压热油混合物，进入油分离器。压缩空气被油和空气分离后，由冷却器消散并供应给用户。循环油气经油分离器分离，冷凝成液体，经预冷器加热过滤后返回压缩机完成循环过程。压缩机热水器单元将高温循环油（和高温压缩气体）引入热水器单元。气动设备运行时产生的热能被热水器充分吸收，同时压缩机可以降低温度。

结论

在很多化工装置中能够以不同形式实现余热回收，在设计化工工艺装置的时候需要将各个单元细分开来考虑，对化工工艺进行深入的研究并制定策略，在逐步摸索中完善化工工艺。还需对国内外的余热回收节能技术及设备进行学习，在借鉴后加入自己的观点，以求对新建及现有工艺装置能达到更加节能和可持续发展的目的。

参考文献：

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[2]郭新忠，曹战龙.从设备、管线布置施工谈化工生产装置节能改造[J].盐科学与化工，2020,49(02):39-42.

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