甲醇建設項目清潔生產(chǎn)分析程巖(遼寧省環(huán)境科學研究院,沈陽110031)摘要:以某企業(yè)甲醇建設項目為例,分析利用合成氨二段轉(zhuǎn)化氣生產(chǎn)甲醇的基本特點;以單位產(chǎn)品的能耗、物耗、水耗、產(chǎn)污、排污等為基礎,突出環(huán)境、資源、技術3項指標,以生產(chǎn)工藝為重點,分析其清潔生產(chǎn)水平。關鍵詞:甲醇;生產(chǎn)工藝;清潔生產(chǎn)Abstract: Taking a methanol construction project as an example, the paper gives a brief introduction on the basic features of producingmethanol by utilizing the transformed gas from secondary reformer inlant. Based on the energy, material and waterconsumption, pollutants produced and emitted for unit products, the clean production level is analyzed, and 3 indexes are emphasizedincluding environment, resource and technology with a key of production procesKey words: methanol; production process; cleaner productio引言及相應的銅系甲醇合成催化劑,同時開發(fā)了低壓甲醇合成反應器,并建成一套6000t/a的工業(yè)性示范清潔生產(chǎn)不僅涉及到項目的初期設計,也涉及裝置,徹底擺脫了低壓甲醇技術及裝備全靠進口的到建設項目的選擇、項目建成后的管理以及生產(chǎn)產(chǎn)局面。開發(fā)的銅系催化劑也完全替代了進口催化劑,品的全生命周期,因此,清潔生產(chǎn)分析和評價主要應從工藝路線選擇、節(jié)能降耗、減少污染物產(chǎn)生和排放且價格比進口催化劑便宜得多,不僅為國家節(jié)省大的措施等方面進行評述2。本文以某合成氨生產(chǎn)企量外匯,而且也為企業(yè)帶來長遠的經(jīng)濟效益34。目業(yè)的3萬t/a甲醇項目為例,分析項目建設的清潔前,我國的低壓甲醇技術日趨成熟,甲醇合成銅系催生產(chǎn)水平。化劑性能也在不斷提高,設備管道材料的供應及加目前,合成法甲醇生產(chǎn)幾乎已成為世界上唯一工已完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。的甲醇生產(chǎn)方法,合成技術主要有高壓法(196~2項目概況294MPa)、低壓法(50~80MPa)和中壓法(90120MPa)。高壓合成法為甲醇最初的生產(chǎn)方法,由某企業(yè)利用該企業(yè)原有的合成氨裝置改造成聯(lián)于原料及動力消耗大,生成的粗甲醇中有機雜質(zhì)含產(chǎn)3萬ta的甲醇項目其產(chǎn)品為9.9%的甲醇。甲量高,而且投資大成本也高其發(fā)展長期以來處于醇生產(chǎn)工藝是將合成氨二段轉(zhuǎn)化氣抽出生產(chǎn)甲醇,停滯狀態(tài);低壓法是20世紀60年代后期發(fā)展起來生產(chǎn)過程為抽出的二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)冷凝分離水分后的甲醇合成技術,該技術甲醇收率較高,且選擇性經(jīng)壓縮機加壓至甲醇合成所需壓力進入甲醇合成系好,減少了副反應,改善了甲醇質(zhì)量,降低了原料的統(tǒng)。甲醇弛放氣經(jīng)與抽出的熱二段轉(zhuǎn)化氣換熱后,返消耗;中壓法是在低壓法的基礎上適當提高合成壓回合成氨中變爐粗甲醇經(jīng)精餾后得到精甲醇產(chǎn)品。力發(fā)展起來的,具有與低壓法相似的優(yōu)點,但動力消具體生產(chǎn)工藝過程見圖1。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣耗略有增加。國際上新建或改建的甲醇生產(chǎn)廠幾乎有甲醇弛放氣、閃蒸氣、精餾不凝氣。其中甲醇弛放都采用低壓法或中壓法,其中尤以低壓法為最多。氣去合成氨系統(tǒng)回收利用,閃蒸氣去低壓燃料系統(tǒng)20世紀70年代后期,我國先后從英國ICI公作燃料精餾不凝氣經(jīng)煙囪達標排放。廢水主要為二司引進低壓甲醇及年產(chǎn)9.5萬t精甲醇成套裝置,從段氣冷凝水、精餾廢水和生活污水,其中二段氣冷凝德國Iuig公司引進低壓甲醇及年產(chǎn)精甲醇10萬t水送回合成氨裝置的工藝冷凝液處理系統(tǒng),用做鍋的成套裝置,從根本上改變了我國沒有低壓甲醇裝爐水和生活污水經(jīng)處理后達標排放;固置的局面。80年代,我國開發(fā)出低壓甲醇工藝技術體中國煤化工排CNMHG收稿日期:200804-10;修訂日期:2008-05-11。作者簡介:程巖,男,1971年生,主要從事環(huán)境影響評價工作。原料氣壓縮機]閃蒸氣(做燃料)精餾不凝氣甲醇合成}粗酚甲醇精餾精甲醉貯罐循環(huán)壓輸機)弛放氣去合成、精餾廢水廢合成催化劑圖1甲醇生產(chǎn)工藝流程3清潔生產(chǎn)分析主要指標比較見表1。3.1工藝技術方案比較表1兩種方案的主要指標比較某企業(yè)在甲醇生產(chǎn)上可以利用的原料資源只有序號項目主要消耗天然氣和合成氨二段轉(zhuǎn)化氣。用富余的二段氣副產(chǎn)單位案方案甲醇為綜合利用,而用天然氣另建造氣系統(tǒng)生產(chǎn)甲天然氣Nm'/t1200醇則需全過程新建。以天然氣為原料單產(chǎn)甲醇(方案2二段干轉(zhuǎn)化氣Nm3/t收弛放氣Nm3/t已折合天然氣6140)的工藝過程為天然氣經(jīng)壓縮增壓至約22MPakw.h/t去蒸氣轉(zhuǎn)化爐對流段預熱,經(jīng)固體脫硫后在蒸氣轉(zhuǎn)5循環(huán)冷卻水化爐中與蒸氣發(fā)生反應生成以CO,CO2和H2為主6脫鹽水的轉(zhuǎn)化氣。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)回收熱量、冷卻分離水分后以壓低壓蒸氣縮機加壓至甲醇合成所需壓力進人甲醇合成系統(tǒng)。8副產(chǎn)中壓蒸氣t/t095主要技術經(jīng)濟指標甲醇弛放氣返回蒸氣轉(zhuǎn)化爐作燃料,粗甲醇經(jīng)精餾投資比例/(%)后得到精甲醇產(chǎn)品。在裝置規(guī)模不是很大的情況裝置占地/m1500010000下,一般采用低壓法合成甲醇,甲醇合成壓力約為由表1綜合分析比較可知,方案二比方案一好50MPa;抽出合成氨二段轉(zhuǎn)化氣生產(chǎn)甲醇(方案二)因此應采用引出部分二段轉(zhuǎn)化氣生產(chǎn)甲醇的方案。生產(chǎn)過程為抽出的二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)冷凝分離水分后32物料消耗分析經(jīng)壓縮機加壓至甲醇合成所需壓力進入甲醇合成系生產(chǎn)裝置的物料消耗與產(chǎn)品質(zhì)量高低是衡量生統(tǒng)。甲醇弛放氣經(jīng)與抽出的熱二段轉(zhuǎn)化氣換熱后返產(chǎn)工藝水平的重要標志,也能體現(xiàn)物料是否最大限回合成氨中變爐粗甲醇經(jīng)精餾后得到精甲醇產(chǎn)品,度地得以充分利用并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,甲醇裝置的物料合成壓力定在53MPa左右比較合理。兩種方案的平衡見表2。表2甲醇裝置的物料平衡項目原料及產(chǎn)品量原料及產(chǎn)品組成[氣體為%(mol),產(chǎn)品為%(wt)]濕二段氣1887639mol/hCOH入20.2930.76方干二段氣1310299mol/hCo109080149.561.652923041甲醇弛放氣1027.502mol/hCO3.477.0033.709371905215520.50出粗甲醇47499967kg/ h CH,OH H-O其他886171102500.358中國煤化工品精甲醇4200.300kg/ h CH OH H-OCHOHCNMHG注:濕二段氣包括CO,CO2,H2,CH,Ar, HCOOCH3,CHOH,約占總二段氣量的22%。由表2可知,甲醇裝置物料損耗較小,甲醇的得標主要包括電、脫鹽水、蒸氣和儀表風等,裝置單位率為99975%,說明裝置生產(chǎn)能力水平較高產(chǎn)品綜合能耗指標見表3。33能耗分析由表3可知,本裝置的電耗指標、原料消耗指甲醇裝置以二段轉(zhuǎn)化氣為原料,消耗的能源指標、新鮮水(脫鹽水)消耗指標、蒸氣消耗指標和氮氣表3甲醇單位產(chǎn)品能耗本項目同行裝置序號公用工程噸耗折合能耗/CJ噸耗折合能耗/GJ376kW·h4454067kW·h轉(zhuǎn)化氣8628Nm325055041kg29712345678冷卻水451 t298.15t脫鹽水0.724t0072低壓蒸氣15t203810儀表空氣18 Nm'23.98Nmi002氮氣副產(chǎn)中壓蒸氣095t副產(chǎn)弛放氣6141.32Nm3656kg32.836注:轉(zhuǎn)化氣熱值為扣除副產(chǎn)弛放氣后的熱值;蒸氣能耗值為扣除副產(chǎn)蒸氣后的能耗值消耗指標均低于同行業(yè)其他生產(chǎn)裝置,本裝置單位裝置約占70%,由于生產(chǎn)規(guī)模較大,工藝先進且注產(chǎn)品綜合能耗為32.836GJ,低于同行業(yè)其他裝置的重節(jié)能,每噸甲醇的能耗已降到30~31GJ/t。由單位產(chǎn)品綜合能耗37.695CJ。表4可知,瀘州天然氣化工廠甲醇裝置的綜合能耗本項目與同行業(yè)其他廠家能源消耗情況對比見較低,只有45.38CJ/t,太原化肥廠甲醇裝置的綜合表4。能耗較高,為93CJ/t,其他裝置的綜合能耗品均為表4國內(nèi)部分同行業(yè)綜合能耗比較72GJ/t左右。該項目的綜合能耗為32836GJ/t,比同類甲醇裝置的綜合能耗平均水平低39164GJ/t,序號生產(chǎn)廠家原料年產(chǎn)量/能耗/(C)每年節(jié)能1174920CJ1鄂西氮肥廠油煤煤1000034污染物排放對比分析2廣州氮肥廠7500污染物的排放指標是考察生產(chǎn)裝置污染控制水3資江氮肥廠煤60071.504巨化氮肥廠煤15000平的重要指標之一,本項目甲醇裝置外排廢氣污染73.235太原氮肥廠焦2500092.72物與國內(nèi)同行業(yè)生產(chǎn)裝置污染物排放情況的對比分6南化氮肥廠油53000析見表5。7瀘州天然氣化工廠弛放氣600045.38表5甲醇裝置污染物廢氣排放量8吉化化肥廠油3300070.309北京化工實驗室焦50000裝置煙氣量/(萬m3a-)甲醇/(t·a-)7293792000.0110淮南化肥廠焦500007992同行裝置11.8911榆林天然氣化工廠天然氣9000049.70本項目裝置排放的廢水污染物與國內(nèi)同行業(yè)生由表3和表4可知,我國現(xiàn)有的甲醇裝置大部產(chǎn)裝置廢水污染物的排放情況對比分析見表6。可分以煤、焦為原料,少部分以油、氣為原料。以煤為原料的甲醇裝置平均能耗為72GJ/t。國內(nèi)以天然氣為表6甲醇裝置污染物廢水排放量原料的甲醇裝置為數(shù)不多,陜西榆林天然氣化工廠n/(t·a1)NH-N/(t·a)的甲醇裝置由于采用了先進的低壓合成技術,其綜中國煤化工27合能耗為4970CJ/to國外以天然氣為原料的甲醇aHgCNMHG300.51(下轉(zhuǎn)27頁)合鳥糞石沉淀條件,處理過程中需要添加某些離子,3結論這樣就增加了處理成本。如果添加的是銨離子,還會造成二次污染。由于發(fā)達國家對磷資源回收比較重視,目前,荷目前生產(chǎn)鳥糞石并無成型的固定模式,反應器蘭、日本等國的污水處理廠已經(jīng)配套有磷回收生產(chǎn)的類型也是多種多樣。日本北九洲 Huagai污水處理工藝,技術比較成熟,而國內(nèi)由于重視程度不夠和經(jīng)廠使用海水作為鳥糞石沉淀的鎂源,安裝有1個中濟條件的限制磷回收還處于起步階段。由于磷資源試流化床鳥糞石沉淀反應器,處理污泥脫水上清液。是單項流動的,隨著能源的消耗,磷將成為稀缺資大約70%的溶解性磷酸鹽通過曝氣可以在反應器內(nèi)源,因而從戰(zhàn)略意義上講,回收磷是值得大范圍推廣完成沉淀,而不需投加化學藥劑。意大利 Treviso污的。目前最有希望的磷回收還是在污水處理廠磷去水處理廠、英國 Slough污水處理廠、澳大利亞布里斯除工藝中加上回收設備。從廢泥中釋放出磷再進行班 Oxley Creek污水處理廠也都在處理線路上安裝回收是很有前途的,無論是壓縮污泥還是焚燒后的了鳥糞石結晶裝置。污泥灰分。但很多回收技術的執(zhí)行都需要很大的花圖4是一個典型的MAP反應器示意圖。反應器費,因而尋找低能耗的回收技術及廉價的化學投加底部用曝氣的形式進行攪拌將消化池上清液調(diào)節(jié)藥劑是研究的重點。pH的NaOH和MCl2充分攪拌混合以使MAP晶體析出。參考文獻[I]宋曉明,楊健,王萍.廢水除磷研究進展[J].福建環(huán)境2003,20(6):33-35澄清區(qū)[2]Masaaki Takahashi, Susumu Kato, Hirohisa Shima, et alNaOHTechnology for recovering phosphorus from incinerate反應區(qū)MgCI2wastewater treatment sludge [J]. 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