Энергия в химическом производстве Использование энергии в

Энергия в химическом производстве

Использование энергии в химической технологии Химическое производство – одно из самых энергоемких. Доля энергетических затрат в нем составляет 9 %, в то время как в среднем по промышленности она равна 2, 5 %. При доле химической отрасли 6% во всей промышленности она потребляет до 12 % всей вырабатываемой энергии. В химической технологии энергия служит для проведения следующих операций: Ø химические реакции; Ø компрессия газов и жидкостей; Ø нагрев материалов; Ø проведение тепловых процессов, не связанных с химическими реакциями (ректификация, испарение и другие); Ø проведение механических и гидродинамических процессов (фильтрование, измельчение, сушка).

Использование энергии в химической технологии В химическом производстве используется: электроэнергия для электрохимических, электротермических, электромагнитных и электростатических процессов, а также для переноса различных материалов и приведения в действие машин и механизмов; тепловая энергия для высокотемпературной переработки сырья (обжиг, нагрев аппаратуры, реагентов). Тепловая энергия, используемая в химической промышленности, делится на высокопотенциальную (более 350 0 С), среднепотенциальную (100 – 350 0 С) и низкопотенциальную (50 – 100 0 С).

Использование энергии в химической технологии В химическом производстве используется: топливная энергия (энергия, полученная при сжигании топлива непосредственно на технологических установках) для производства тепла и электроэнергии в печах специального назначения; световая энергия для проведения процессов фотосинтеза, например, при производстве хлороводорода и галогенопроизводных; химическая энергия в работе химических источников тока.

Использование энергии в химической технологии В химическом производстве используется: ядерная энергия для проведения радиационно-химических процессов (например, некоторых полимеризационных процессов, а также для анализа, контроля и регулирования технологических процессов). В химической промышленности на долю электрической энергии приходится примерно 40 %, тепловой – 50 %, топливной – 10 %. Доля остальных видов энергии составляет менее 1 %.

Источники энергии Основными источниками энергии для промышленности служат горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, пара, биомас -са и ядерное топливо. Незначительная доля приходится на энергию ветра, солнца, приливов и геотермальную энергию. Все энергетические ресурсы подразделяются на первичные и вторичные, возобновляемые и невозбновляемые, топливные и нетопливные. Невозобновляемые энергетические ресурсы связаны с горючими ископаемыми. Среди них каменный уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы, битуминозные пески. Остальные виды энергии являются возобновляемыми. К ним относятся энергия солнца, ветра, приливов, био- и геотермальная энергии. Все перечисленные виды энергетических ресурсов являются первичными.

Источники энергии Вторичными энергоресурсами называют энергетический потенциал конечных, побочных и промежуточных продуктов и отходов химического производства, используемых для энергоснабжения установок, машин и механизмов. К ним относят теплоту экзотермических реакций, энтальпию отходящих продуктов процесса, а также потенциальную энергию сжатых газов и жидкостей. Предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и химической промышленности, а также металлургии располагают наибольшими ресурсами вторичной энергии, главным образом, в виде тепловой.

Классификация источников энергии Энергетические ресурсы Вторичные ресурсы Биоэнерги я Энергия приливов Энергия ветра Гидроэнер гетика Возобновляемые ресурсы Геотермал ьная энергия Энергия солнца Природны е газы Нефть Каменный уголь Ядерное топливо Невозобновляем ые ресурсы Первичные ресурсы

Рациональное использование энергии Большая доля энергетических затрат в химической продукции требует рационального и экономичного подхода к использованию энергии. Критерием экономичности при этом является коэффициент использования энергии равный отношению количества энергии, теоретически необходимой для производства единицы продукции, к фактически затраченной энергии. В случае высокотемпературных эндотермических процессов этот коэффициент не превышает 0, 7, то есть свыше 30 % энергии теряется с продуктами реакции или путем теплопередачи через стенку в окружающую среду.

Рациональное использование энергии Существует ряд методов снижения тепловых потерь, которые сводятся к двум типам: разработке энергосберегающих технологий и экономичному использованию энергии при существующей технологии. К первому типу относятся следующие мероприятия: Ø разработка новых энергоэкономных технологий; Ø замена применяемых методов разделения менее энергоемкими; Ø создание комбинированных энерготехнологических схем, объединяющих технологические операции, протекающие с поглощением и выделением энергии. Ко второму типу энергосберегающих мероприятий относится: Ø снижение тепловых потерь за счет эффективной теплоизоляции и уменьшения излучающей поверхности аппаратуры; Ø снижение потерь на электросопротивление в электрохимических процессах.

Новые виды энергии в химической технологии В последние время в химическую технологию все более интенсивно внедряются новые виды энергии, полученные с применением плазмохимических процессов, ультразвука, фото- и радиационного воздействия, низковольтного электрического разряда, лазерного излучения. Из перечисленных процессов наиболее перспективными и универсальными являются плазмохимические процессы. Они отличаются протеканием химических процессов в плазменном состоянии. Различают низкотемпературную (103– 104 К) и высокотемпературную (106– 108 К) плазму. В химической технологии применяют низкотемпературную плазму.

Новые виды энергии в химической технологии С помощью плазмохимических процессов осуществляются: Ø синтез тугоплавких соединений, таких как карбиды урана и тантала, нитриды титана, алюминия, вольфрама; Ø восстановление металлов из оксидов и солей (железо, алюминий, вольфрам, никель, тантал); Ø окисление различных веществ (азот, хлороводород, оксид углерода, метан); Ø пиролиз углеводородного сырья; Ø одностадийный синтез из элементов (аммиака, цианистого водорода, гидразина, фторуглеводородов); Ø синтез соединений, образующихся только в условиях плазмы: озона, дифторида криптона, оксида серы (II), оксида кремния (II).

Новые виды энергии в химической технологии В промышленных масштабах плазмохимические процессы применяют для производства ацетилена и водорода из природного газа, ацетилена, этилена и водорода из нефтепродуктов, диоксида титана. Плазмохимические процессы отличаются очень малым временем контакта 10 -2 – 10 -5 с. Небольшое время контакта определяет незначительные размеры реактора. Плазмохимические процессы легко управляемы, оптимизируются и моделируются, и затраты энергии на их проведение не выше, чем в традиционных процессах.

Новые виды энергии в химической технологии Особое место в ряду перспективных источников энергии занимает водород. Его применение имеет ряд преимуществ: Ø широкое распространение в земной коре (горючие ископаемые) и в виде практически неисчерпаемых водных ресурсов; Ø высокое энергосодержание (в 3, 5 раза выше, чем энергосодержание нефти); Ø экологическая чистота продуктов сгорания (вода). Наиболее экономичный источник водорода – природный газ, из которого водород получают путем парокислородной или паровоздушной конверсии, базирующейся на химических реакциях: СН 4 + Н 2 О ↔ СО + 3 Н 2 СН 4 + ½О 2 ↔ СО + 2 Н 2