1.3.3. Энергетические ресурсы химико-технологической системы

1.3.3.1. Энергия в химическом производстве

В химическом производстве осуществляются процессы, связанные либо с выделением, либо с затратой, либо со взаимными превращениями энергии. Энергия затрачивается не только непосредственно на проведение химических реакций, но и на транспортировку материалов, дробление, фильтрацию, сжатие газов и т. д.

Энергоемкость производства - расход энергии на получение единицы продукта – один из важнейших показателей эффективности производства. Имеются производства, отличающиеся высокой энергоемкостью, и производства с относительно небольшим потреблением энергии. Так, на производство 1 т алюминия необходимо 18 000-20 000 кВтч энергии, а на производство минеральных удобрений (суперфосфата) – 2-10 кВтч. Энергию выражают в различных единицах: кДж, кВт^.ч, в том числе в единицах условного топлива (1 кг твердого топлива или 1 м³ газообразного с теплотой сгорания 29,3 МДж).

Несмотря на наличие производств, потребляющих небольшие количества энергии на тонну продукции, крупные масштабы современных химических комбинатов и заводов обусловливают возрастающую потребность во всех видах энергии.

Виды энергии

Наиболее широкое практическое применение в промышленности имеют электрическая, ядерная, тепловая, химическая и др. виды энергии. Вид применяемой энергии зависит от технологического процесса.

Электрическая энергия ‑ наиболее универсальный вид энергии. Источником ее является энергия воды на ГЭС и превращение тепловой энергии, полученной в результате сгорания топлива (ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую. Электроэнергия на химических предприятиях используется для осуществления электрохимических (электролиз растворов и расплавов), электротермических (плавление, нагревание, синтезы при высоких температурах и т. д.), электромагнитных процессов. В промышленности нашли применение процессы, связанные с использованием электростатических явлений (осаждение пылей и туманов, электрокрекинг углеводородов и др.), электронноионные явления, применяемые для контроля и автоматизации химических производств. Особенно широко в химической промышленности используется превращение электрической энергии в механическую, которая необходима главным образом для физических операций ‑ дробления, измельчения, смешения, центрифугирования, работы вентиляторов, компрессоров, насосов и пр.

Тепловая энергия в химической промышленности применяется, во-первых, для осуществления разнообразнейших физических процессов, не сопровождающихся химическими реакциями ‑ нагрева, плавления, сушки, выпарки, дистилляции и т. п. Кроме этого, большое количество тепловой энергии затрачивается на нагрев реагентов для проведения эндотермических химико-технологических процессов.

Внутриядерная энергия, выделяемая при различных превращениях атомных ядер или при синтезе ядер водорода в ядра гелия, используется для производства электрической энергии на атомных электростанциях. Большое распространение получают радиационно-химические процессы, в которых радиоактивные излучения используются для осуществления химических реакций.

Химическая энергия, выделяющаяся в результате экзотермических химических реакций, служит ценным источником тепла для обогрева реагентов, используемых для проведения реакции. Химическая энергия применяется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она преобразуется в электрическую.

Световая энергия используется для осуществления различных фотохимических реакций: синтеза хлористого водорода из элементов, галоидирования органических соединений и других процессов. Фотоэлектрические явления, в которых происходит превращение световой энергии в электрическую, нашли применение для автоматического контроля и управления технологическими процессами.

Источники энергии, используемой на промышленных предприятиях, могут быть различными. Они могут оцениваться по характеру энергетических ресурсов, энергетической ценности, запасам.

По характеру энергетические ресурсы делятся на невозобновляемые и возобновляемые. К невозобновляемым источникам энергии относятся уголь, нефть, сланцы, природный газ, которые после их использования не могут быть воспроизведены. Гидроэнергия, растительное топливо, энергия ветра, солнечная энергия относятся к непрерывно возобновляемым источникам энергии.

Энергетическая ценность отдельных источников энергии определяется количеством энергии, которое можно получить при их использовании. Для топлив, например, энергетическая ценность характеризуется количеством квтч, получаемых при полном использовании теплоты сгорания одного килограмма или кубического метра данного топлива, например энергетическая ценность каменного угля составляет 8,0 кВтч/кг, а природного газа – 10,6 кВтч/м³.

Практическое использование энергетических ресурсов определяется прежде всего запасами, а также их географическим положением, доступностью использования, возможностью трансформации энергии и передачи ее на расстояния и рядом других факторов.

Размещение химических предприятий, отличающихся большими масштабами потребления энергии, зависит от наличия дешевого топлива и электрической энергии. В этой связи следует отметить роль местных видов топлива, которые, как правило, обходятся дешевле дальнепривозных. Однако в некоторых случаях использование транспортируемого на дальние расстояния по трубопроводам газа более рентабельно, чем использование местных топлив.