Источники энергии. Классификация источников энергии

Лекция 2. Энергия в химической технологии

1. Использованиеэнергии в химической технологии

2. Источники энергии. Классификация источников энергии

3. Рациональное использование энергии в химической промышленности

4. Новые виды энергии в химической технологии

 

1. Использованиеэнергии в химической технологии

Энергово­ору­же­н­ность общества является условием прогресса человечества, и уровень его материального благосостояния определяется количеством энергии, выраба­ты­ваемой на душу населения. Потребление энергии на Земле непрерывно возрастает. В 1975 г. оно составило 0,25Q, в 2000 г. – 0,8Q, а прогноз на 2100 г. предполагает колоссальную цифру – 7,3Q, где Q = 2,3 · 10¹⁴ кВт · ч.

Выявлена определенная зависимость между потреблением энергии на душу населения обществом и средней продолжительностью жизни. Для до­сти­жения устойчивой средней продолжительности жизни, равной 80 лет, по­требление энергии на душу населения составляет 7 · 10³ кВт · ч. Этот порог достигли или близки к нему такие страны, как Швеция, Япония, Израиль, ФРГ, США. В России же потребление энергии составляет 4 · 10³ кВт ^. ч, что соответствует продолжительности жизни менее 70 лет.

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 15 % всей вырабатываемой энергии.

В химической технологии энергия служит для проведения следующих операций:

– химических реакций;

– компрессии газов и жидкостей;

– нагрева материалов;

– проведения тепловых процессов, не связанных с химическими реак­циями (ректификация, испарение и др.);

– проведения механических и гидродинамических процессов (фильтро­вание, измельчение, сушка и т. д).

В химическом производстве используют электрическую, тепловую, топ­­­лив­ную, световую, ядерную и химическую виды энергии.

Электроэнергия необходима для электрохимических, электротерми­чес­ких, электромагнитных и электростатических процессов, а также для перено­са различных материалов и приведения в действие машин и механизмов.

Тепловая энергия применяется для высокотемпературной переработки сырья (обжиг, нагрев аппаратуры, реагентов и т.д.). Передачу тепла ведут за счет контакта нагреваемой системы с теплоносителем, в качестве которого наиболее распространены горячий воздух, топочные газы, горячая вода и во­дяной пар. Тепловая энергия, используемая в химической промышлен­ности, делится на высокопотенциальную (более 350 ^оС), среднепотен­циаль­ную (100–350 ^оС) и низкопотенциальную (50–100 ^оС).

Топливная энергия (энергия, полученная при сжигании топлива непо-средственно на технологических установках) применяется для производства тепла и электроэнергии в печах специального назначения.

Световую энергию применяют для проведения процессов фотосинтеза, например, при производстве хлороводорода и галогенопроизводных.

Химическая энергия находит применение в работе химических источ­ни­ков тока.

Ядерная энергия применяется 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. Классификация источников энергии

Основными источниками энергии для промышленности служат горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, пара, биомасса и ядерное топливо. Незначительная доля приходится на энергию ветра, солнца, приливов и геотермальную энергию.

Объем энергии, вырабатываемой в настоящее время на планете составляет примерно 3 · 10¹⁴ кВт · ч в год.

Схематично классификация источников энергии приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Классификация энергетических ресурсов

 

Все энергетические ресурсы делятся 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.

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.