Глава 4 состояние и пути энергосбережения в химическрой промышленности
Современная химическая промышленность является одним из крупнейших потребителей топлива и электроэнергии; она широко использует тепловую, электрическую и механическую энергию. Структура потребления энергии характеризуется следующими данными (в %): электрическая – 40; тепловая (пар и горячая вода) – 50; топливо прямого использования – 10 [12].
Тепловая энергия высокого потенциала ( 623 К) используется главным образом для изменения физико-химических свойств сырья или полуфабрикатов посредством их обжига, а также для интенсификации химических реакций. Эту энергию получают за счет сжигания различных видов топлива (угля и продуктов его переработки – кокса, доменного и коксового газа, жидкого топлива и природного газа), непосредственно в технологических устройствах.
Тепловая энергия среднего (373-623 К) и низкого (323-423 К) потенциала используется для удовлетворения технологических нужд в таких производственных процессах, которые связаны с физико-химическими изменениями свойств обрабатываемых материалов и требуют для своего осуществления повышенных температур и давления. Это термический пиролиз и крекинг, выпарка, дистилляция, конверсия, сушка и обогрев в химической , нефтеперерабатывающей, лесоперерабатывающей промышленности и ряде других отраслей: очистка и сортировка обрабатываемых материалов (мокрое обогащение железных руд, промывка материалов в химической, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности и т.п.). Низкопотенциальную энергию используют также для создания комфортных условий труда и быта в помещениях производственного и непроизводственного назначения: бытового и коммунального горячего водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха.
Основными энергоносителями, обеспечивающими тепловой энергией средне- и низкотемпературные процессы, являются пар и горячая вода. В перспективе их доля в составе энергоносителей достигнет 80-85 % потребления тепловой энергии среднего и низкого потенциала. Более 80 % от потребляемой химической промышленностью тепловой энергии расходуется на технологические нужды.
Электрическая энергия применяется для проведения электрохимических (электролиз растворов и расплавов) и электротермических (нагревание, плавление, возгонка, синтезы при высоких температурах и др.) процессов. В химической промышленности применяются также процессы, связанные с электромагнитными (в дуговых и индукционных печах, отделение магнитопроницаемых веществ от непроницаемых и т.п.) и электростатическими явлениями (электроосаждение пылей и туманов, электрокрекинг и др.).
Механическая энергия необходима главным образом для физических операций: дробления, измельчения, смешения, центрифугирования, работы насосов, компрессоров и вентиляторов, а также для различных вспомогательных операций (транспортировка грузов и т.п.).
4.1 Характеристика топливно-энергетических ресурсов
Все источники энергии условно подразделяют на первичные и вторичные (см. рис. 4.1) [23]. Первичными источниками энергии называют вещества, энергетический потенциал которых основан на действии природных явлений и процессов и не зависит от деятельности человека. К первичным источникам энергии относятся: ископаемые горючие и расщепляющиеся вещества, нагретые до высокой температуры воды недр Земли (термальные воды), солнце, ветер, энергия воды рек, морей, океанов и др. Вторичными источниками энергии называют вещества, обладающие определенным энергетическим потенциалом. Например, отработавшие горючие органические вещества, горючие отработанные теплоносители промышленных производств (газ, вода, пар), нагретые вентиляционные выбросы. Как правило, это побочные продукты деятельности человека.
Рис. 4.1 Классификация энергетических ресурсов
Первичные источники энергии условно разделяют на невозобновляющиеся и возобновляющиеся. К невозобновляющимся первичным исследованиям источникам энергии относят ископаемые горючие вещества (уголь, нефть, газ, сланец). К возобновляемым первичным источникам энергии относят все возможные источники энергии – продукты деятельности Солнца и природных процессов на поверхности Земли: ветер, водные ресурсы рек, океан, растительные продукты биологической деятельности (древесина и другие растительные вещества), а также энергия Солнца. Оценка ресурсов источников энергии на Земле такова:
Таблица 4.1
Источники энергии |
Ресурсы, ЭДж (1 ЭксаДж = 1018 Дж) |
1. Невозобновляющиеся - ядерная энергия деления - химическая энергия ископаемых горючих веществ |
1,97·106 5,21·105 |
2. Возобновляющиеся (в расчете на 1 год) - энергия Солнца, преобразованная в тепловую энергию на земной поверхности - энергия морских приливов - энергия ветра - энергия рек - биоэнергия лесов |
2,4·106
2,52·105 6,12·103 1,19·102 1,46·103 |
В промышленности используется главным образом не возобновляющиеся источники энергии, среди которых основную долю составляют горючие ископаемые – уголь, нефть, природный газ и сланцы. Из этой группы источников энергии в химической промышленности для обеспечения тепловой энергии используются преимущественно газовое и жидкое топливо.
Виды первичных энергоресурсов. Понятия условного топлива, первичного условного топлива, нефтяного эквивалента.