11.2 Отрасли первичной переработки

Хотя секторы добычи и переработки материалов имеют наивысшую энергонапряженность, эти отрасли служат поставщиками для промежуточных перерабатывающих отраслей, поэтому нельзя планировать сокращение промышленного использования энергии путем ликвидации добывающих отраслей. Напротив, необходимо исследовать возможности сокращения энергонапряженности добывающих отраслей. Из группы отраслей, показанных на рис. 11.1, отрасль с наибольшим потреблением энергии - производство нефти и угля. Десульфуризация нефти-сырца и производство высокооктанового бензина без использования металлосодержащих добавок предъявляют постоянно увеличивающиеся энергетические требования к процессу очистки. Операциями по очистке обычно тщательно управляют, стараясь при этом увеличивать эффективность, но совместное производство, обмен теплом и предотвращение утечек, по-видимому, тоже предлагают возможности для дальнейших улучшений.

Химические вещества и химические продукты находятся на втором месте среди отраслей (рис. 11.1), хотя около трети показанного объема представлено нефтью и природным газом, используемым как сырье для продуктов, а не как топливо для производства энергии. Из оставшихся двух третей значительное количество используется для образования или поглощения тепла за счет разницы температур между потоками процесса и потоками нагрева и охлаждения. Производство сжатых газов — это другая энергоемкая сфера: около 70% издержек газов представляют издержки электроэнергии, и, таким образом, улучшение энергоэффективности обладает потенциалом для большой отдачи в этой отрасли. Физические проектировщики разрабатывают процессы, которые минимизируют эти температурные различия путем луч­шего использования тепла на заводах, путем реконструкции процесса, включающей различные виды сырья или лучшие катализаторы, или путем сбора тепла процесса для последующего использования или продажи. Их опыт может быть продемонстрирован на примере достойного похвалы сокращения потребляемой энергии на единицу производимого продукта в химической промышленности США (рис. 11.2). За период 1970—1999 гг. эта мера энергоэффективности улучшилась почти на 50%.

рис. 11.2

Количество электроэнергии, необходимой для химической промышленности США на производство единицы продукта, 1986—2000 гг.

Первичные металлы в третьей отрасли приведены на рис. 11.1. Хотя добыча и перевозка руды достаточно энергоемки, основная доля энергозатрат приходится на дробление породы, добычу руды, на образование больших объемов тепла, необходимого для извлечения из руды металла и на производство слитков и других очищенных продуктов. Исторически основные изменения в использовании энергии в первичной металлургии возникли как результат введения новых процессов. В случае стали, например, относительно современные дуговые электропечи гораздо более эффективны, чем более старые открытые металлоприемники или простые кислородные процессы. Другой пример - значительное историческое сокращение потребления электроэнергии, необходимой для производства алюминия, показанное на рис. 11.3.

Практический лимит

Термодинамический лимит: 22,9 МДж/кг

РИС. 11.3

Потребление электроэнергии в производстве алюминия (Адаптировано из P.R. Atkins, D. Willoughby, and H.J. Hittner, in Energy and the Environment in the 21^st Century, J.W. Tester, D.O. Wood, and N.A. Ferrari, eds., 383-387, Cambridge, MA: MIT Press, 1991.)

Стоит отметить, что для алюминия и других металлов затраты приближаются к практическим и термодинамическим лимитам энергии, необходимой для переработки, подсказывая, что основные выигрыши от изменения самих процессов, возможно, уже получены в среде наиболее продвинутых производителей.