化工热力学与石油化工节能

摘 要：与石油化工节能有关的主要技术，包括了装置规模的大小和节能的关系，原料路线和节能的关系，技术路线和节能的关系，设备的类型和节能的关系，及剩余热量回收和节能的关系等重要的节能技术措施。文章还研究了化工热力学和节能的关系及化工系统工程和节能的关系等重要的理论问题应该如何运用到石化工业的过程中。

关键词：石化节能；石化生产；化工热力学

用化学方法把原料加工成产品的过程就是我们平常所说的化学工业。在化学工业中有一个重要的分支那就是石油化学工业。石油化学工业分为狭义和广义两种方式，狭义的方式指把石油转变为煤油，汽油，柴油，油及化学工业的原料，然后再把烃类（石脑油，轻烃，轻柴油、重油以及渣油等）转变为丙烯、乙烯、丁二烯、甲苯、苯、二甲苯，然后通过进一步的化学反应把这些材料转化为合成树脂，合成纤维和合成橡胶的工艺。广义上的方式包含了以前常用的无机化学工业，新兴化学工业，有机化学工业，新型材料化学工业，生物技术化学工业以及现代的煤和天然气化学工业。

怎样在石化产品的生产中提高节能效率？要想解决这个问题我们就要学习理论知识，同时也要积极利用以往积累的经验；只有通过这种方式我们才能对这个问题有所了解，逐步的把它解决掉。现在就让我们来探讨一下有关石油化工节能的重要技术。

1 如何定性石油化工节能技术

1.1 原料路线和节能的关系

下面我们就拿乙烯来说明一下，在生产乙烯的过程中，原料占了将近60%～80%，所以，在乙烯装置中如何选择原料路线就显得十分关键。那么如何选择乙烯装置的原料路线呢？其要考虑的主要因素就是原料以及产品的价格。在一些不同的地区，其所使用的原料也是不尽相同的，就好像在美国和北美地区大部分以石脑油作为原材料，欧洲很多地方使用乙烷和轻烃，而在国内则主要使用天然气凝析油，石脑油，轻烃，轻柴油以及加氢尾油等。但是实践证明：裂解原料越轻所获得的经济效益就越大。

不用说我们就能明白，通过裂解原料的轻质化我们不仅可以赚取较多利润，还能够很大限度的减少在生产单位产量上的能量消耗。

1.2 装置规模的大小和节能的关系

伴随着科技的与日进步，许多新技术被引进到这个行业中来，这就大大的促进了石化产业的生产装置规模迅速的增大。科学技术是第一生产力，随着装置规模的不断扩大，其单位产品能源消耗就会减少，这一事实早已被人民大众所了解。

就乙烯生产来说，1970年左右，我们从外国进口了一套乙烯装置并把它建在上海，这套装置规模为30万t/a。在当时的情况下，这套设备的规模是比较大的。伴随着改革开放步伐逐步的深入，引进的装置的规模也逐步增大。比如天津乙烯，因为在其生产设备中，使用了很多新技术，新工艺，所以其能耗值降低到了580kg标油的水平，这个数值已经符合了国际规范的要求。根据全世界范围内具有高水平的基评公司Solomon公布的世界乙烯装置绩效对比的数值，我们可以清楚的看到上海一家公司的乙烯装置能耗水准在世界108套乙烯装置里排在第二位。

1.3 技术路线和节能的关系

要做好减少物耗和能耗的工作首先就要考虑技术路线应该具有科学性，高水平以及要满足合理的要求。我们仍然拿乙烯来说明问题，从书中的知识里可以知道，裂解反应是具有很强的吸收热量的反应。所以，不管是从热力学的方面，还是从动力学的方面，都需要很高的反应温度，以动力学数据优化计算的结果为基础，我们可以得出结论：停下来的时间要是短的话，乙烯的吸收效率就会提高。

乙烯裂解炉一般情况下是根据特殊的工艺要求做出来的。当前在中国的乙烯装置大部分是从外国引进的技术较先进的工艺专利，裂解炉则是按照工艺设计的要求由专门认定的若干个厂子经过竞争后来生产的。裂解炉的一些型号有：

（1）CBL型裂解炉：国内生产的裂解炉。（2）SRT型裂解炉：在里面停放时间不长的裂解炉。（3）USC型裂解炉：具有良好选择性的裂解炉。（4）毫秒炉；可满足在里面停留0.1秒的要求。（5）GK型裂解炉，可满足在里面停留0.2秒的要求。

1.4 剩余热量回收和节能的关系

剩余热量的回收可以有效的减少能源的浪费。在石化生产的过程中，剩余热量主要来自：化学反应所产生的热量，比如，在乙烯裂解炉出来地方的物料，经过二次反应生成烧焦烟气，这种气体可以使焦化的时间减短；高温加热炉及大型蒸汽锅炉往外排放的气体；轮机排出的尾气和经过水冷却器和空气冷却器后排出的低温水体及空气等很多方面。

2 定量的石油化工节能技术

2.1 化工热力学和节能的关系

通过学习化工热力学我们知道：所谓的热量其实是低质能量，其可供使用的能量只是其中的一部分，另外一部分则不能被利用。人们接触的最多的热量是用火发出的热量，这其中有一部分没有被利用，随着烟气散发到自然环境中。通常情况下把不可逆性所引发的有效能转变成没有能效能的损耗叫做有效能损失。一般情况下我们用它来度量能量的变质。不可逆性大部分来自相互摩擦、流体流动过程中产生的压力差、及不平衡化学反应过程中出现的化学势差等。

2.2 化工系统工程和节能的关系

要想在化工系统工程的方面考虑有关节能的事情，就应该从全局的角度，全方位的、有计划的、科学的来研究，只有通过这个方法才能够最终的找到节能的措施。依据一些化工系统工程的经验，可以知道在化工产品的生产过程中工艺流程要尽量的简洁，其实就是要求我们在其反应过程中最好不用催化剂，如果非用不可，则应该使用高活性、高质量的。

通过用化工系统工程的基本原理来提高节能水平，可以经过建立石化生产过程的模拟软件，建立石化生产过程的数学模型，并借用这个模型为参考来寻找减少物耗及能耗的方法。比如，把热和功放在一起，实现热电联合生产，运用R曲线进行分析，从而达到公用工程节约能源的目标。热电的联合生产在一些公司的系统中具有关键作用，而R一曲线值就是分析其热电转换水平的一个标准。

热电联产过程的转化效率？浊定义如下：

？浊=（W+Qheat）/Qfuel

相应地，电热比定义如下：

R=W/Qfuel

式中： W-表示透平发电量；Qheat表示净蒸汽热量，包括蒸汽加热用量及工艺过程（如汽提塔、蒸汽变换等）用蒸汽量；Qfuel表示燃料的能量。

R曲线是对一个专一的公用工程系统来说的，当该系统在最好的情况的时候，制定出该曲线。通过与该厂的实际电热转换率相比较，就可以知道该公用工程系统与情况最好的时候之间的差别。

又比如，华南理工大学的研究人员以合理的使用能量为课题，举出了“三环节理论节能”的说法。所谓的三环节都是什么呢？下面就来讲一下。

（1）在工程中所使用的很大一部分能量是热、流动功及蒸汽，它们的取得通常是经由一些专门的转换装置（如：炉子、机泵）来实现的。

（2）能量通过转换设备出来以后，就会进到关键的一个步骤即塔或反应器里，推动工艺的进程，除了一部分能量被产品利用，剩余的就会被回收使用。

（3）能量完成其在关键步骤的任务后，效率就会降低，然而这里面仍有一部分可被利用。通过一些回收装置使可以被利用的能量循环利用，提高能量利用的效率。

3 结束语

通过这篇文章的论述，我们知道做好石化生产过程的节能工作，既可以产生很大的经济效益，又可以产生很大的社会效益。既可以用以往的经验来做这件事，也可以从研究一些先进的理论开始。为了实现这个目标要不懈的坚持奋斗！

参考文献

[1]魏寿彭，丁巨元.石油化工概论[M].北京：化学工业出版社，2011

[2]许江.乙烯装置规模大型化的研究与探讨[J].现代化工，2011（4）.

[3]冯霄.化工节能原理与技术[M].三版.北京：化学工业出版社，2009.