我国石油和化学工业节能减排潜力大
——《化工过程能源效率研究报告》推介
□中国化工信息中心副总工程师  张瑞和
　　2006年12月美国能源部在www.eere.energy.org政府网站上公开发表了《化工过程能源效率研究报告》。
　　化学品的生产是美国工业界第二大能耗领域，化工行业对燃料和电能的依赖程度很大，而一些产量很大的通
用化学品的原料又是一次能源。2004年消耗了6.3×10 15英热单位的原料和能源，占到整个工业界耗能的1/3。
自20世纪70年代以来，由于中东石油危机，美国化学工业十分重视节能降耗，1974～1986年间，化学品生产的
单位能源消耗下降了约40%。近年来，随着能源价格的继续提高和供应体系的不稳定，化学公司将继续寻求提高
能源效率以降低生产成本，提高竞争力。当前化学品生产商面临的挑战是改善设备和工艺流程的高效性，使能源
效率最大化。
　　为了降低对能源的需求，促进美国经济的增长，美国能源部牵头起动了一个“化工过程能量带宽分析（energy
bandwidth analysis）”研究项目，分析了44个化工产品的53个典型化工工艺过程。对上述选定的化工生产流
程确定并量化其技术和工艺的不经济性；查明能源损失的具体位置；计算每个流程可以回收的能源量；在主要的
单元操作中检查能源损失；将有效能（exergy）的概念引入能源使用和回收中去。研究的目的是应用能源分析来
选择化学生产工艺，以摈除高能耗的工艺过程，提高能源效率。经测算，2004年美国44种化学品生产总能耗为
1700×10 12英热单位，占美国化学工业总能源消耗的60%。通过执行最优生产实践方案，整合现有的先进装置
和工艺技术，达到当前先进流程的能耗水平，总能耗就可以降低到1400×10 12英热单位。通过有效能计算，生
产上述44种化学品实际能达到的最低能耗为500×10 12英热单位，理论最低值为200×10 12英热单位。美国
能源部工业技术计划所支持的R&D项目的宗旨是提高化学品生产过程的能源效率和环境性能。通过新技术、新工
艺的研发使美国化学品生产尽可能达到或接近实际能达到的最低能耗水平，即生产单位化工产品的能源消耗在当
前技术水平的基础上降低2/3。随着美国工业技术计划项目的实施，美国化学品生产的能耗将大幅降低。随着时
间的推移，中美两国化学工业技术装备水平的差距将愈来愈大。
　　节能、降耗、减排是我国的基本国策，也是我国石油和化学工业当前所面临的最迫切的任务。我国所生产的
大宗化学品的产品构成与美国类似，美国分析的44种化学品也是我国石油和化学工业的能源消耗大户，同样面
临着不断改进工艺，提高技术装备水平，降低能耗、物耗的课题。我国的石油和化学工业的技术装备水平与美国
当前的水平相比，尚有明显的差距。差距愈大，表明节能、降耗、减排的潜力愈大。上世纪70～80年代美国用
了10多年的时间，通过不断提高工艺技术水平将生产单位化工产品能耗降低了40%。
　　他山之石，可以攻玉，我国的能源管理机构，石油和化学工业行业管理部门，科研院所以及基础化工原料和
大宗化学品生产企业均可从这份报告中得到一些有意的启示。如能源管理机构和石油和化学工业行业管理部门，
可以学习美国的作法，从那些能耗高、能源利用率低、节能潜力大的生产工艺、技术装备、单元操作入手，重点
支持一批投资高风险、高价值的科研项目，以提高化学品生产过程的能源效率和环境性能，降低石油和化学工业
对能源的需求。化学品生产企业可以对号入座，对照美国同类产品的能源消耗指标以及单元操作、关键流程的能
源效率统计数据，找出差距，确定节能降耗的关键环节，通过自主研发、产学研结合、技术引进等措施使本企业
的化学品生产达到当前先进流程的能耗水平，大幅度降低能源消耗，提高我国石油和化学工业的国际竞争力。这
也是本刊向广大读者隆重推介美国《化工过程能源效率研究报告》的目的。
    我们已完成该报告翻译和编辑，从本期起，将在本刊陆续刊出，敬请关注。有能效分析的44个化工产品目
录见附录。如需要该报告全文者，请与本刊编辑部联系：闫玉香，010-64431546

附录：44个化工产品及选择的化学过程
化学品名称                             化     学     过     程
硫酸             熔融的硫氧化为二氧化硫并且通过接触反应进一步氧化成可溶于水的三氧化硫。
氮气             Union Carbide——高纯氮常压低温精馏。
氧气             Union Carbide——超高纯氧气常压低温精馏。
乙烯             Braun——丙烷传统裂化，前端脱烷基化。
             M．W．Kellogg——石脑油毫秒裂化，前端脱甲烷基化。
             乙烷在热裂解炉中蒸汽裂解。
丙烯             Fina Research——使用ZSM-5催化剂及硅粘合剂，石脑油加氢裂解。
氯             氯化钠在隔膜电解槽中电解生成氯和烧碱。
二氯乙烷     乙烯在空气流化床内被HCl氧氯化。
磷酸             从磷盐岩中提取磷酸酐并转化为液态酸。
纯碱             Asahi Glass/ICI——改进后的Solvay法。
氨             Szargut & Cremer（见文献）——甲烷重整。
氯乙烯             Hoechst——二氯乙烷气相脱氯化氢。
硝酸             Szargut——氨在铂/铑合金催化剂作用下于空气中被氧化。
硝酸铵             Stamicarbon——硫酸作催化剂，氨在液相循环反应器中的硝化反应。
MTBE             Al-Jarallah等——甲醇与异丁烯以硫酸作催化剂反应生成。
乙苯             Lummus Crest/Unocal/UOP——苯液相烷基化反应。
             Mobil/Badger——苯/乙烯气相烷基化反应。
尿素             Mitsui——氨与二氧化碳在塔式反应器中形成氨基甲酸盐，其可脱水生成尿素。
二氧化碳     DOW——用乙醇胺吸收燃气发电厂的无硫燃气。
苯乙烯           Lummus Crest——以沸石为基体的乙苯液相脱氢法。
             Fina/Badger——乙苯气相脱氢法。
盐酸             燃烧器中氢气与氯气的反应。
异丙基苯     UOP——糊状磷酸(SPA)催化原料苯/丙烯反应。
             沸石催化剂催化苯丙烯烷基化反应(与Mobil/Badger、UOP和DOW-Kellogg的沸石工艺相似)。
             三氯化铝催化剂催化苯丙烯烷基化反应(于Monsanto-Kellogg的沸石工艺相似)。
对苯二甲酸     Amoco——钴-二氧化锰-溴催化剂作用下对二甲苯液相氧化。
对二甲苯     C8芳香族异构体的混合物通过前端异构化所得产物。
蚁醛             BASF——银催化剂作用下通过甲醇制得。
异丁烯             叔丁醇催化脱氢。
环氧乙烷     Shell/Union Carbide——乙烯与氧气直接氧化法。
甲醇             ICI LP——镍基催化剂作用下天然气低压重整，再以铜催化剂进行甲醇的合成。
             Lurgi——2步法联合重整过程。
乙二醇             环氧乙烷的加热水解反应。
硫酸铵           氨、二氧化碳与生石膏间的反应。
苯酚             异丙苯的过氧化反应得到氢过氧化异丙苯，接着结晶形成苯酚和丙酮。
             甲苯氧化成苯甲酸，接着转化为苯酚，该过程中无副产物生成。
丁二烯             Nippon Zeon——作为液态原料(C5～C8)蒸汽裂解的副产物回收。
醋酸             Chiyoda/UOP——利用铑催化剂和促进剂碘代烷，甲醇低压羰基化反应。
环氧丙烷      Arco/Halcon——异丁烯与丙烯的反应，有副产物叔丁醇生成。
炭黑             油在炉内空气中不完全氧化。
丙烯腈             SOHIO/BP——在钼酸盐基的铋催化剂的作用下，丙烯发生氨氧化反应。
             SOHIO/BP——丙烷在流化床内利用钒、锡、钨复合金属催化剂发生氨氧化反应。
乙酸乙烯酯     BP——乙烯气相乙酰氧基化。
氢气             天然气蒸汽转化。
硝基苯             美国Cyanamid——硝酸与苯的液相反应。
环己烷             Toray——镍催化剂作用下苯气相催化加氢反应。
双酚A             以盐酸为催化剂，苯酚与丙酮的液相反应。
己内酰胺     环己酮贝克曼重排。
苯胺             硝基苯气相催化还原反应。
甲基丙烯酸甲酯     丙酮与氢氰酸反应的产物重排后生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，其断链生成甲基丙烯酸酯和硫酸
                   氢铵。
异丙醇             Deutsche Texaco——丙烯与阳离子交换树脂催化剂的水合作用。
氯代甲烷     甲醇液相氯化。