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高效節能裝備技術

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高效節能裝備技術

  • 分類:技術銀行
  • 發布時間:2021-05-07 13:57:41
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概要:
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詳情

過程強化——重在高效節能

目標——節能、降耗、環保、集約化
效果——顯著減少初期投資和生產成本,有效解決“三高”
特點——原始創新與集成創新,也是系統集成與優化整體技術

化學工程的優先發展領域——化工過程強化技術
過程強化的幾個基本切入點
多利用核磁、HPLC和GC等分析手段進行過程診斷,要明明白白做事,不能“瞎干”!
認真評估帶加壓過程、反應與分離結合對強化傳質、傳熱的潛力,可以節能降耗,實施過程強化 ,物料全利用與能量梯級利用的可能性
系統考察很關鍵——影響產能的因素往往是換熱方式及換熱器大小、管徑物料、能量不匹配,缺乏測算,未能注意常壓、減壓、加壓的流速和通量差別很大。
關注全系統優化:弄清每個工段時間、處理量和能耗狀況,利用系統工程技術進行全系統優化
宏觀上資源、能源的合理利用及產業合理布局,著力瓶頸技術突破

當前工業節能的主要方向
1.化工是國民經濟支柱產業,占工業產值的30%左右。鋼鐵,化工、石化、建材等是高耗能產業,存在較嚴重的產能過剩和“高能耗、高物耗、高污染”。幾大產業的科學基礎是化學,技術基礎是化工,化學化工是工業生產的核心和重心
2.目前國民經濟發展的重點不是重復建廠而是節能改造和產品結構調整 
3、工業節能重點應該是帶普遍性的重大課題——余熱回收,髙效節能技術與裝備開發

一、用先進技術手段提升現有工業技術水平
重視生產過程采用焓(能量)的分析、火用(有效能)的分析,系統的“能”與“流”分析及過程模擬等先進手段,搞好行業基本分析,找出高能耗、能量利用不合理的環節,研發改進方案,穩步推進。
二、用高效轉化技術提高資源利用率
工業生產過程其實是能量和物質的轉化過程,需要不斷研發和評估物理、化學、生物的各種轉化或其組合技術和裝備提高過程的轉化效率。
三、集成創新,工藝、工程、裝備和控制的有機結合與系統優化
必須大力改變長期只重視產品的開發,不重視節能降耗,只重視工藝研究,不重視工程和裝備研究的傾向
工業技術是系統工程,包括工藝、工程、裝備、控制等方方面面的問題。只有組織各方力量進行工藝、工程、裝備和控制相結合的技術攻關,才能真正解決工業技術難題。

四、技術提升必須突破行業和專業局限性,實施多學科協同戰略
鋼鐵、冶金、焦化、建材、水泥、火電、鍋爐、化工、煉油等各種行業都有自身的局限性,本行業的專家往往受到行業局限性,無法獨立解決重大技術關鍵問題,對相關學科的新技術缺乏了解。 只有突破行業和專業的局限, 實施協調創新戰略,“大問題”依靠“大家”才能解決。
五、節省資源資源就是節省能源,必須重視資源的全價開發
能源與資源本是同一體,節約資源就是節約能源,必須改變現有工業只關注單一產品獲取、加工不注重資源的全價利用的生產模式,提倡資源全價開發與高附加值利用

三傳一反與過程強化

傳質、傳熱和反應的共同要求——充分的面接觸
1、微觀分子間直接接觸——大接觸,均相有利,關鍵因素-體系的自身相互作用力及溶劑優選
2、創造介觀體系——利用納米、微米的巨大比表面(催化、相轉移、強化氣體、液體和固體的分布與分散、超聲波、循環擾動、分布器等輔助手段的綜合作用)
3、熱量直接從混合體系中移出或供給的效率遠遠大于有宏觀機械表面的間接換熱
千方百計利用直接蒸汽供熱或移熱是優選方案!
次優方案才是選擇換熱器,管道式反應換熱器、 流態化床、噴霧床、漿態床、旋流床是幾種理想的值得發展的高效傳質傳熱設備。

傳質的關鍵——分子間混合難易
取決于分子間 距離,推動力熵(S)增加
氣體——分子間距離大,可以相對自由運動

容易通過濃度差和分子的擴散運動實現完全均勻迅速混合,可以形成分子間完全均勻混合的氣相
液體——分子相互接觸存在分子間吸引力力,混合需要依靠體系的自身分子間新作用力或外力的作用足以克服分子間吸引力才能有限溶解或分散(全混合——分子間完全均勻混合的均相;部分混合-存在相互獨立的不完全混溶的非均相。理想體系——膠束、囊泡)
固體——分子間存在化學鍵或更大作用力,除非通過熔融形成熔融體或固溶體,否則只能通過溶劑的強溶劑合作用及強外力作功才能有效分散。
理想體系——納米顆粒的懸浮體系

傳 質——物質間混合遷移過程
相溶性即分子間作用力的克服是首要因素
1)均相易,非均相傳質效率低,固固差。
2)合適的混合方式的選擇很重要
3)溶劑/相轉移催化劑也可能是選項
4)各種體系的混合難易(1容易,7難):1、氣——氣(均相)2、液——液(均相)3、液——液(非均相)4、氣——液(非均相)5、氣——固(非均相)6、氣-液-固(非均相)7、固——固(非均相)

副產物增多,轉化率降低也可能是傳質問題分散不均造成

在反應釜中加入超聲(固液反應有效),超聲技術在萃取、分離中應用前景很好。

過程強化可以利用的能量

體系的混合熵,濃度差導致的擴散推動力,組份之間的化學反應推動力、釋放或吸收的能量氣化溶劑或放出熱量導致溫度升高、體系激烈混合和物料定向移動的動能、范德華力、氫鍵等溶劑合作用
原料或產品的氣體、液體、固體等不同物料狀態,固有的密度差導致的定向物流運動-氣體的動力、升力,固體的重力,傳遞輸送物料過程中帶入動力都是可以很好利用的過程強化動力
通過合理的裝備創新將相關能量盡可能轉化為能夠大大強化傳質傳熱過程的內在動力,可能改變現有設備低效和高耗能的現狀

傳質
相溶性:傳質效率均相高,非均相傳質效率低,固液差,如:付克反應。尋找合適的溶劑/催化劑以互溶,若轉化率/選擇性出現異常規律,則考慮為傳質的問題。

攪拌:可考慮擋板/盤管(加強傳熱作用)/雙層攪拌。
分散不均:副產物增多,轉化率降低,在反應釜中加入超聲,超聲技術在萃取、分離中應用前景很好。

界面活性劑:在大多數情況下,對非均相反應體系(g-l、g-s、g-l-s、l-s)加入表面活性劑,可以改善物料的混合狀態,通常用在有陰陽離子參與的有機化學反應中。如季銨鹽型(正離子)表面活性劑可用于有負離子參與的有機化學反應體系中,對于較小的負離子,如OH-,應加入較大烴基的季銨鹽;對于較大的負離子,如氧樂果的硫磷銨鹽、酚鈉等,加入較小的季銨鹽也可取得滿意效果。對于氧化還原反應或酸體系中的鹵代等反應,添加表面活性劑也可能是有效的。

傳熱過程與裝備
換熱過程是提供或移出熱量的過程
蒸汽特別是水蒸汽的傳熱效率高
液體以水的傳熱效果好(比熱大)
充分的氣-液、氣-固、液-液、氣-液-固三相接觸的傳質效率高
通過反應-分離合理組合是好過程強化方法
通過換熱器換熱是次優選擇

余熱利用和熱泵技術
(1)低溫余熱的回收利用。
(2)中溫余熱的回收利用。
(3)高溫余熱的回收利用。
(4)冷能的回收利用。
(5)熱泵精餾節能。
(6)熱泵蒸發和海水淡化。
(7)工業加熱爐空氣預熱節能。
(8)定形相變蓄熱材料的應用。
(9)工業加熱爐煙氣余熱回收。
(10)壓力能的回收利用。

余熱利用的重大意義

石油化工企業既是能源生產大戶,又是能源消耗大戶。約占工業能源占總消耗的25%。
煉油生產中溫度130℃以下的低品位熱能,占煉廠總能耗的60%。
目前,這些熱能都被循環冷卻水帶走,從涼水塔散失于大氣中。造成水的損耗。
余熱利用潛力很大,如采用熱泵技術,將低品位熱能回收利用,節能、節水意義巨大。
余熱利用的關鍵,是回收的熱能如何應用,合理用于合適的地方。
如果將工業生產中的余熱回收后,用于供暖的熱能,可以取代供暖鍋爐,迏到節能的效果。

低溫余熱的回收利用
1.低溫余熱主要指低于150℃的余熱。
2.它主要產生于某些排放的尾氣,以及石油化工、輕工等生產中物料的冷凝、冷卻。
3.低溫余熱的回收利用,重點應該放在80-150℃容易回收,而且比較集中的煙氣和冷凝器的熱量回收。
4.低溫余熱的回收利用,要與城市的供熱、供暖相結合,這是容易實施和合理的應用。例如鋼鐵廠的熱風爐尾氣去加熱回水至90供暖。
5.在某些條件下,可采用熱泵技術加以提升,它在成本上必然低于地熱熱泵供暖。

中溫余熱的回收利用
1.中溫余熱主要指200-500℃的中溫氣體。
2.中溫余熱的回收,首先將氣體進行干式除塵,除去粉塵和懸浮物。
3.采用廢熱鍋爐來回收熱量,廢熱鍋爐產生的髙壓蒸氣去膨脹機發電。
4.為了提髙余熱發電的效率,好采用有機工質。
5.中溫余熱也可用作加熱介質,取代熱油爐和中壓蒸氣等熱源節能

高溫余熱的回收利用
1.高溫余熱主要指500℃以上的高溫氣體,如各種加熱爐的燃燒氣。
2.高溫余熱的回收,比較成塾而有效的方法是采用高溫蓄熱技術,將高溫余熱用來預熱燃燒用的空氣。
3.改進、發展和提高溫蓄熱技術,采用定形相變蓄熱材料,得到高蓄熱能力,高傳熱速率、高孔隙率的蓄熱器。
4.高溫氣體經凈化后,用于燃氣發電。

冷能的回收利用
1.冷能主要指低于常溫的氣體和液體,以及由于壓力降低氣體膨脹產生的冷能。
2.冷能的回收利用,方便的應用是作為冷介質用于空調。
3.低溫氣體或液體,由于加熱而產生高壓,可以用膨脹機回收能量發電。
4.液化天然氣-165℃的低溫,有大量的冷能可以回收利用,意義十分重大。

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