Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Э.В.Чиркунов, И.М.Кузнецова, Х.Э.Харлампиди,

Е.С.Воробьев, А.А.Гайфуллин

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

2004

УДК 658.26:66.094

Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии: Учебное пособие /Э.В.Чиркунов, И.М.Кузнецова, Х.Э.Харлампиди, Е.С.Воробьев, А.А.Гайфуллин,.- Казань: Издательство Казан. гос.технол. ун-т, 2004. – 232 с.

Изложены методические основы построения и оптимизации промышленных энерготехнологических установок с использованием методов термодинамического и термоэкономического анализа, математического моделирования. Приведены способы оптимизации регенерации теплоты и использования вторичных энергоресурсов. Рассмотрены пути улучшения энергоиспользования, в том числе энерготехнологическое комбинирование. Приведены примеры использования эксергетического метода для анализа термодинамической эффективности основного оборудования химико-технологических систем, а также энерготехнологической системы в целом.

Пособие может быть использовано при изучении курса «Термодинамические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии», а также при курсовом и дипломном проектировании.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 251800 «Основные процессы химических производств и химическая кибернетика» и 170500 « Машины и аппараты химических производств», обучающихся по направлению 655400 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Иллюстраций 47, Таблиц 20, Библиографий 35 назв.

Подготовлено на кафедре общей химической технологии.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного университета.

Рецензенты: доцент КГЭУ Бикбов Р.И.

доцент КГТУ Сагбиев И.Р.

ISDN 5-7882-0236-1 © Казанский государственный технологический университет, 2003

Введение

В основу многих производств вошли химические реакции, протекающие с высокой интенсивностью при температурах 400-1100°С. Этот температурный уровень требует расхода высокопотенциального тепла, генерируемого при сжигании органического топлива.

Химическая и нефтехимическая промышленность относится к энергоемким отраслям промышленности, однако полезное использование тепла в традиционных химико-технологических системах не превышает 20-30 %. Одним из основных направлений снижения расхода топливных ресурсов является рациональное использование побочных (вторичных) энергоресурсов.

Для повышения энергетического КПД в современных производствах аммиака, азотной и серной кислот, этилена и других многотоннажных продуктов начинает широко применяться энерготехнологическое комбинирование, при котором комплексно перерабатываются органическая и минеральная составляющие исходного сырья с утилизацией физического тепла материальных потоков и тепла экзотермических реакций. Благодаря сочетанию химических и энергетических процессов, протекающих на различных температурных уровнях, тепло от сгорания органического топлива вначале передается высокотемпературным эндотермическим процессам, а затем последовательно регенерируется на низкотемпературных стадиях.

Химико-энергетический процесс с позиций системного подхода – это система, конечная цель которой – получение продукции с наименьшими экономическими затратами и максимальным использованием химического и энергетического потенциалов сырья.

В последнее время получила развитие наука об энергетике химических производств и ее взаимосвязи с химической технологией – химическая энерготехнология, занимающаяся проблемой создания замкнутых или безотходных процессов, безопасных для человека и окружающей среды.

Замкнутая технология с рециркуляцией природных ресурсов обеспечивает в самом ходе технологического процесса извлечение тех или иных веществ, которые в обычном производстве являются отходами и поставляются смежным производствам в виде сырья или полуфабрикатов. Наиболее полное комплексное использование знергоресурсов в замкнутых технологических процессах позволяет также значительно снизить тепловое загрязнение окружающей среды за счет сокращения или полного прекращения выброса тепла в водный и воздушный бассейны.

Необходимым условием повышения эффективности синтезируемых и действующих химико-энергетических систем является их термодинамический анализ, который позволяет выяснить предельные возможности систем, определить источники энергетических потерь на различных стадиях процесса и методы их устранения.

1. Основные принципы энергосберегающей политики в нефтепереработке и нефтехимии.

Энергосбережение – это уменьшение потребления топлива, тепловой и электрической энергии за счет их наиболее полного и рационального использования во всех сферах человеческой деятельности.

Вопросы энергосбережения имеют большое значение в жизни современной России. От успешного решения этой проблемы зависят темпы экономического развития страны и благосостояние ее жителей.

Производства химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности являются крупнейшими потребителями топливно-энергетических ресурсов и занимают первое место среди промышленных предприятий по затратам тепловой энергии. Технологические комплексы данных отраслей в совокупности затрачивают 28,8 % всей производимой в стране тепловой энергии. По затратам натурального топлива на технологию химическая и нефтехимическая отрасли занимают пятое место (4,1 % суммарного объема потребляемого в России топлива), а по затратам электроэнергии третье место (7,6 %). Около 5 % добываемого в стране углеводородного сырья расходуется на получение нефтехимической продукции и 3 % – на производство всех видов энергии. Таким образом, с учетом бифункциональности нефтехимического сырья затраты на энергоресурсы в этой отрасли составляют 60% от затрат на сырье.

Высокий удельный расход топлива и энергии в нефтепереработке и нефтехимии обусловлен многостадийностью, регламентными ограничениями технологических режимов при переработке углеводородного сырья, а также многообразием и сложной структурой взаимосвязей технологического оборудования. Фактические затраты энергоресурсов примерно в 1,7÷2,6 раза превышают теоретически необходимый уровень. По данным 2001 г. лишь 43 % энергоресурсов расходуется полезно, а остальное количество либо трансформируется в различного вида потоки, энергию которых невозможно использовать, либо просто теряется.

Таким образом, проблема снижения себестоимости продукции за счет уменьшения доли затрат на топливо и энергоресурсы для предприятий химического и нефтехимического комплекса представляется чрезвычайно актуальной. Для ее решения необходима разработка и последовательное осуществление комплексной энергосберегающей политики.

Основные принципы энергосбережения применительно к нефтепереработке и нефтехимии целесообразно разбить на две основных группы:

• совершенствование технологии с целью снижения удельной энергоемкости;

• повышение эффективности использования энергоресурсов.