TLL Media | Инженеринг ревю | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
 
 
 
TLL Media Българското специализирано техническо списание за енергетика
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ЕНЕРГИЙНА ЕФЕКТИВНОСТ

Енерджи ревю » Сп. Енерджи ревю - брой 5, 2016, септември
Повишаване на енергийната ефективност в химическата индустрия

Xимическата промишленост отговаря за 19% от използваната за индустриални цели енергия на територията на ЕС. Голяма част от нея се съдържа във въглеводородните суровини – основно нефт и природен газ. Останалата част от енергията се използва за превръщането на суровините в полезни химични продукти посредством реакции и процеси на пречистване.

Основна разлика между химическата и нефтопреработвателната индустрия е, че при производството на химикали повечето от енталпията на първичните материали се запазва в крайните продукти. В горивния сектор тя бива напълно изразходвана за генерирането на енергия. Тъй като и двете индустрии разчитат на едни и същи ресурси, пестенето на енергия в химическата промишленост е от полза и за производството на горива.

Поради високото енергопотребление, производителите от химическата индустрия непрекъснато се стремят да понижат количествата консумирани горива и електроенергия за производството на единица продукт.

Възможностите за енергийни спестявания обаче не се ограничават само до вътрешното потребление. Индустрията може да повиши и енергийната ефективност на потребителите чрез внимателно оформяне на жизнения цикъл на продуктите, защото около 96% от произвежданите стоки са свързани с химия.

Основните подходи за повишаване на енергийната ефективност в химическата индустрия включват усъвършенстване и интензификация на използваните процеси, прилагането на рекуперация, инвестиране във възобновяеми суровини и др.

Усъвършенстване
Едно от ключовите скорошни подобрения в химическата промишленост е внедряването на усъвършенстван контрол и оптимизация (УКО). Обикновено процесният контрол включва мониторинг и управление на част от химическия завод, например задаване на температура и налягане за даден реактор с цел контролиране на добива. С въвеждането на УКО инженерите могат да разработят модел за предсказване на параметрите на целия процес.

Този подход се счита за затворен цикъл, което означава, че моделът отчита стойностите от инсталацията, оценява работните условия, изчислява най-рентабилните условия и ги задава на съоръженията като целеви. Измерваните показатели са много – температури, налягания, дебити и състави.

В допълнение могат да се отчитат и изменящите се икономически параметри, например настоящите цени и търсенето/предлагането на суровини, комунално-битови услуги и продукти. Моделът контролира стотици показатели за настройка на процесните условия и включва вътрешни ограничения, които осигуряват безопасност и изпълнимост на целевите условия.

Тъй като един химически завод е изключително сложен, с нелинейни и многомерни взаимовръзки, е невъзможно един оператор да избере най-добрите работни условия. Например рестартирането на една инсталация с множество потоци на рецикъл може да отнеме няколко дни до достигането на пълния производствен капацитет. Прилагането на УКО може да намали това време наполовина.

Друга област за енергийни подобрения в химическата индустрия е намаляването на изгарянето на газове и течности. Факелното изгаряне не е част от нормалния режим на работа, а се използва, когато заводът се експлоатира извън определените проектни условия, например при свръхналягане на оборудване при нарушен процес. Предпазните вентили, които защитават съоръженията, са свързани със системата за факелно изгаряне.

Друга причина за изгарянето на газове е производството на неотговарящи на изискванията продукти, които не могат да бъдат оползотворени, съхранени или пречистени. Това обикновено се случва в случай на нарушен процес или при рестарт на инсталациите. Начините за редуциране на факелното изгаряне са два – максимално увеличаване стабилността на работните процеси и намиране на практични възможности за съхранение, пречистване или повторна употреба на некачествената продукция.

Един успешен подход за повишаване надеждността на заводите е замяната на газовите турбини. Макар да са с висока ефективност, те са по-усложнени от парните турбини и причиняват повече прекъсвания на работния процес, които могат да доведат до необходимост от мащабно факелно изгаряне.

Едно продължително изгаряне на газове или течности може да елиминира изцяло спестяванията от по-висока ефективност на турбините. След инсталирането на парни турбини в завод в САЩ например, периодът между прекъсванията се е увеличил от приблизително 250 дни до няколко години. Друг вариант за намаляване на факелното изгаряне е рециклирането на газовете.

Интензификация
Процесната интензификация (ПИ) представлява набор от често радикално иновативни принципи в проектирането на процеси и оборудване, които могат да донесат значими ползи по отношение на ефективност, капитални и експлоатационни разходи, качество (заради по-висока селективност), намаляване на отпадъците и др.

Оказва се, че най-често прилаганите химични и физични технологични процеси са с големи ограничения в масо- и топлопреноса. Тези ограничения в една дестилационна колона например могат да бъдат вследствие на относително ниската земна гравитация.

Десетократното увеличение на движещата сила на ротационно оборудване може да редуцира инвестиционните разходи и потреблението на енергия. Реализирането на тази мярка обаче не е праволинейно.

Въпреки демонстрираните подобрения, постигнати за специфични процеси, реализирането на пълния потенциал на ПИ не трябва да се взима за даденост. Съществуват редица бариери за внедряването й, сред които са разходите за модернизация на действащи инсталации, недостигът на знания и незапознатост с технологиите. Това означава, че за действащите заводи ПИ се ограничава до подмяната или настройката на изпълняващите се енергийно интензивни етапи от процеса. За новите заводи свободата на избор и съответно потенциалът са по-съществени.

В рамките на ПИ могат да бъдат различени две категории технологии:
• оборудване за ПИ, например съвременни реактори и пещи, интензивно разбъркване, устройства за топло- и масопренос;
• методи за ПИ, като интегрирането на реакция и разделяне, топлообмен или фазови преходи, техники, използващи алтернативни източници на енергия и нови методи за процесен контрол.

За целите на ПИ се разработват усъвършенствани топлообменници, бъркалки, реактори с въртящ се диск, технологии, комбиниращи реактивна дестилация, топлообменни и мембранни реактори.

Рекуперация
Установено е, че 20-50% от използваната в промишлените процеси енергия се губи под формата на отпадъчни газове, охлаждаща вода и топлинни загуби от оборудването и продуктите. Решенията за оптимизирано използване на енергията, като се отчетат и емисиите на въглероден диоксид, обикновено обхващат няколко сектора. Внедряването им зависи предимно от икономическата осъществимост и потенциалните технически рискове.

При наличие на периодични процеси следва да се вземат предвид и фактори като добро времево разпределение между търсене и доставка на топлина и сигурност на достъпа до топлинна енергия. За реализиране на потенциала на този подход са необходими както подобряване на икономическите параметри при рекуперация, така и използването на евтини технологии за съхранение на енергия в комбинация със системи за енергиен мениджмънт.

Конкретни мерки могат да бъдат прилагането на пинч анализ (структурен анализ за възстановяване на топлина) за цялата производствена площадка, термопомпи, абсорбционно нагряване и охлаждане, органични цикли на Ранкин и топлообмен между различни компании в една индустриална зона или с мрежи за централно жилищно отопление.

Пинч анализът намира най-добрия баланс между търсене и доставка на топлинна енергия, като се отчете използването на системи за съхранение на енергия. На площадки, за които този метод не е бил прилаган досега, след извършването му могат да бъдат постигнати 20-30% спестявания от технологично гориво и редуциране на разходите с 10-15%.

Подобряване качеството на енергията от отпадна топлина включва използването на ниско- и високотемпературни термопомпи, термопомпи с големи температурни увеличения и термично задвижвано студено захранване, при които отпадната топлина може да замени пара или електричество.

Принципно това покрива всички съвременни процеси за пренос на оползотворима топлинна енергия от среда, в която тя не може да бъде използвана, към среда, която я прави използваема при максимална температура. Необходимо е развитие например при подобряване характеристиките на топлопреноса (по-високи температури, приложимост в прашни и ръждиви среди), съхранение на енергия при различни температури и разделяне на газове при високи температури.

Каскадното използване на топлина също е възможна алтернатива. В химическата индустрия топлинната енергия с висока температура, например от пещи, се регенерира като пара със свръхналягане, която от своя страна се използва за задвижване на компресори, които се нуждаят от много енергия. Остатъчната пара се употребява при по ниски налягания съгласно пинч принципа.

Термопомпите могат да повишат температурата на отпадната топлина дотолкова, че тя да може да бъде използвана като процесна топлина. Максималното увеличение на температурата и максималната температура, които могат да бъдат постигнати, ограничават потенциала на термопомпите, тъй като някои процеси изискват топлинна енергия с прекалено висока температура.

За елиминиране на този проблем се работи по разработката на иновативни системи като термохимични и термоакустични термопомпи. Разходите за въвеждането на органични цикли на Ранкин са все още високи в сравнение с други методи за енергопроизводство. Отпадната топлина от химическите заводи може да бъде използвана за удовлетворяване на топлинните нужди на други потребители, например за централно отопление, като икономическата осъществимост зависи до голяма степен от разходите за разпределителната мрежа и тенденциите в търсенето.

Ефективно използване на електроенергия
Електродвигателите са най-важният консуматор на електрическа енергия в индустрията. За тях се използват близо 2/3 от общото количество електроенергия в химическата индустрия, ако не се изключи необходимото електричество за химични превръщания.

Те задвижват всякакви видове съоръжения в химическите заводи – помпи, вентилатори, центробежни компресори. Ефективността им зависи не само от ефективността на самия електродвигател, но и от фактори като управление, подходящо оразмеряване, трансмисия, поддръжка и ефективност на задвижваното оборудване.

Основните подходи за пестене на енергия при електродвигателните системи са три:
• използване на подходящо оразмерени и енергийно ефективни двигатели;
• използване на задвижвания с променлива скорост, които могат да регулират скоростта на мотора спрямо изискванията за механично натоварване на системата;
• цялостна оптимизация на системата, включваща правилно оразмерени електродвигатели, избягване на излишни обратни потоци, тръби, ефективни трансмисии и крайно оборудване.
Спестяванията в потреблението на електроенергия от използването на ефективни електродвигатели могат да достигнат 17-30%.

Енергопроизводство на място
Чрез мерки за повишаване ефективността на котлите може да се постигне намаление на потреблението на гориво от 3%. Типично мерките включват подобрен процесен контрол, намаляване количеството на отпадъчните газове, оползотворяване на топлинната енергия от димните газове и редовна поддръжка на инсталациите.

Спестяване от 5% в пароразпределителните системи може да бъде реализирано чрез предотвратяване на течове, връщане на кондензата и др. В резултат на по-добра изолация допълнително могат да бъдат спестени 1,5%. Все пак трябва да се отбележи, че потенциалът за повишаване на енергийната ефективност на тези мерки е различен за отделните сектори и площадки.

Нови концепции за управление на енергия и ресурси
В дългосрочен план значителното повишаване на енергийната ефективност и намаляването на емисиите на въглероден диоксид ще бъдат постигнати благодарение на оптимизацията на взаимозависимостите между компаниите в и извън индустриалните зони. Новите системи за управление на енергията и ресурсите в рамките на индустриалната зона изискват обвързване на търсенето с децентрализираните източници на енергия.

Тези системи трябва да предоставят стандартизирани подходи за оптимизация на финансовите спестявания при търсенето и доставката на енергия и ресурси на базата на иновативни аналитични инструменти.

Извън индустриалната зона взаимодействията между компаниите, съседните общини и инфраструктурните администрации могат до доведат до няколко ползи за химическата индустрия, например повишена икономическа стойност, привличане на нови клиенти и др.



Етикети:   енергийна ефективност   химическа индустрия   процесна интензификация   рекуперация   пинч анализ  

« Назад
IFP
BPVA
Екология и Инфраструктура
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2017 TLL Media        Начало   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media