易洪民

(神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 830019)

1 項目裝置簡介

神華新疆化工有限公司1 800 kt/a煤制甲醇項目為目前全球最大規(guī)模煤制甲醇裝置之一，該項目于2016年6月一次性投料生產(chǎn)出合格MTO級甲醇產(chǎn)品。該煤制甲醇裝置主要由空分裝置、氣化裝置、凈化硫回收裝置、甲醇合成裝置4個裝置組成[1-3]。煤制甲醇項目工藝流程如圖1所示。

圖1 煤制甲醇項目工藝流程

甲醇合成裝置采用英國Davy工藝技術(shù)有限公司的甲醇合成工藝技術(shù)及英國莊信萬豐公司的甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級甲醇。該技術(shù)具有合成氣轉(zhuǎn)化率高(99%)、原料消耗低、系統(tǒng)壓降小、能耗利用合理、流程簡練、控制簡單、三廢排放少等特點，其流程采用雙反應(yīng)器串并聯(lián)的方式，見圖2。

1,2.合成塔 3,4.合成汽包 5.鍋爐給水預(yù)熱器 6,7.空冷器 8.循環(huán)氣壓縮機 9,10.水冷器 11,12.甲醇分離器 13.閃蒸槽 14,15.中間換熱器圖2 甲醇合成裝置工藝流程示意

2 煤制甲醇合成裝置運行情況及特點

該套1 800 kt/a煤制甲醇裝置為全球最大規(guī)模裝置之一，現(xiàn)國內(nèi)已有成功運行的1 800 kt/a煤制甲醇裝置，因此煤制甲醇合成裝置在環(huán)境保護工作上有很多值得借鑒的地方。通過與其他同類裝置對比，發(fā)現(xiàn)了其環(huán)境保護存在的問題、缺陷和潛在的不安全因素。為了從根本上解決問題、消除設(shè)計缺陷，相關(guān)技術(shù)人員從實踐中積累經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的技術(shù)改造和優(yōu)化措施，取得了顯著的效果。

甲醇合成裝置節(jié)能減排特點：①采用DPT典型串級合成回路，合成壓力為7.5～8.0 MPa(表壓)，甲醇合成塔采用徑向蒸汽上升式合成塔，流程短，轉(zhuǎn)化率高；②合成副產(chǎn)2.1 MPa(表壓)蒸汽，比較節(jié)能；③合成氣壓縮機和循環(huán)氣壓縮機共用1臺中壓抽凝式蒸汽透平驅(qū)動，占地小，投資省，易維修；④弛放氣首先采用膜分離回收氫，滲透氣回到合成系統(tǒng)，非滲透氣采用PSA回收高純度氫，少量氫去下游裝置，大量氫去上游低溫甲醇洗作汽提用，與凈化氣一起返回合成系統(tǒng)，盡可能地提高氫的回收率，降低了原料氣及原料煤的消耗，減少CO2排放；⑤合成回路設(shè)置1臺鍋爐給水預(yù)熱器，用合成塔的出塔氣預(yù)熱進合成汽包的鍋爐給水，降低了合成空冷器和水冷器的熱負(fù)荷，同時提高了蒸汽產(chǎn)量；⑥生產(chǎn)裝置中換熱設(shè)備盡量使用空氣冷卻，如合成氣/循環(huán)氣壓縮機透平表冷器、1#甲醇冷凝器、2#甲醇冷凝器、穩(wěn)定塔回流預(yù)冷凝器全部采用空冷，以降低循環(huán)水用量；⑦閃蒸氣、精餾不凝氣和PSA尾氣回收作為蒸汽加熱爐燃料，減少燃料氣消耗，合成副產(chǎn)蒸汽過熱后去界外；⑧裝置內(nèi)的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，以降低脫鹽水消耗；⑨裝置在開停車和事故時的氣體排放去火炬系統(tǒng)處理，避免了大氣污染[4-5]。

3 甲醇裝置節(jié)能減排措施

3.1 裝置平面布置優(yōu)化措施

裝置平面設(shè)計必須貫徹執(zhí)行資源節(jié)約、環(huán)境友好的方針，合理利用土地，結(jié)合現(xiàn)場條件和自然條件，因地制宜，合理布置，達到節(jié)約用地、降低能耗及節(jié)約投資的目的。具體布置原則如下：①嚴(yán)格執(zhí)行國家頒布的有關(guān)安全、防火、防爆及環(huán)境保護等的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及規(guī)定；②裝置布置應(yīng)符合全廠總體設(shè)計要求；③符合生產(chǎn)工藝、物流和運輸方面的要求，布置力求主要生產(chǎn)流程順暢、布局緊湊，以縮短生產(chǎn)區(qū)內(nèi)部的物流輸送距離；④根據(jù)生產(chǎn)的特點，將各生產(chǎn)單元按功能要求分區(qū)布置，將生產(chǎn)特點相同、原料和生產(chǎn)過程關(guān)系密切的生產(chǎn)裝置集中布置，做到集中控制；⑤合理預(yù)留用地，以滿足企業(yè)發(fā)展需要。

3.2 工藝節(jié)能降耗措施

(1) 采用先進的串級式甲醇合成工藝，合成塔廢熱副產(chǎn)中壓蒸汽；

(2) 采用膜分離與PSA結(jié)合回收弛放氣中的氫，大部分氫返回合成回路，盡量減少原料氣消耗，從而節(jié)約能耗；

(3)閃蒸氣、精餾不凝氣和PSA尾氣作為蒸汽加熱爐燃料，以減少燃料氣的消耗；

(4) 采用高效率機泵、透平，以減少功耗；

(5) 裝置內(nèi)的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，降低脫鹽水消耗，從而節(jié)約能耗；

(6) 合成回路設(shè)置1臺鍋爐給水預(yù)熱器，用合成塔的出塔氣預(yù)熱進合成汽包的鍋爐給水，降低了合成空冷器和水冷器的熱負(fù)荷，同時提高了蒸汽產(chǎn)量；

(7) 汽包的連續(xù)排污進入連續(xù)排污擴容器，回收部分低壓蒸汽；

(8) 合成塔的出塔氣用于預(yù)熱入塔氣，廢熱得到利用；

(9) 弛放氣設(shè)置甲醇洗滌塔，回收其中的甲醇，提高了甲醇的回收率，降低了原料氣消耗。

3.3 能耗指標(biāo)分析

單位產(chǎn)品能耗見表1，甲醇合成裝置能耗對比見表2。

表1 單位產(chǎn)品能耗(以100%甲醇計)

注： 1) 能耗與催化劑末期的原材料和公用工程消耗期待值相對應(yīng)；2) 甲醇裝置能耗已考慮氣化、凈化的各種消耗，以凈化工序提供的合成氣能耗值為依據(jù)。

表2 甲醇合成裝置能耗對比

從表2可以看出：本項目噸甲醇綜合能耗為38.874 GJ，折合標(biāo)煤1.326 4 t，高于天然氣和煤-氣聯(lián)合為原料生產(chǎn)甲醇的裝置。由于本項目生產(chǎn)MTO級甲醇，沒有精餾裝置，以噸甲醇產(chǎn)品計的能耗未計入甲醇精餾所需要的低壓蒸汽、電和循環(huán)冷卻水的能耗，故綜合能耗低于以煤為原料生產(chǎn)精甲醇的甲醇裝置，考慮到生產(chǎn)精甲醇所需要的能耗，本項目的綜合能耗與國內(nèi)以煤為原料的大型甲醇裝置相當(dāng)，屬于國內(nèi)先進水平。

從噸甲醇能耗組成還可以看出：合成氣占總能耗約102%，因此從工藝上減少原料合成氣的消耗量是節(jié)能的主要方面；同時由于蒸汽在能耗計算中也占較高的權(quán)重，對甲醇裝置的能量進行回收、合理綜合利用以及采用高效的壓縮機和透平效率也很重要。

3.4 節(jié)水措施

(1) 由于本項目所在地新疆屬于缺水地區(qū)，生產(chǎn)裝置中換熱設(shè)備盡量使用空氣冷卻，如合成氣/循環(huán)氣壓縮機透平表冷器、1#甲醇冷凝器、2#甲醇冷凝器、穩(wěn)定塔回流預(yù)冷凝器全部采用空冷，以降低循環(huán)水用量；

(2) 裝置內(nèi)的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，以降低脫鹽水消耗，從而降低了新鮮水的消耗；

(3) 裝置內(nèi)的相關(guān)設(shè)備采用節(jié)水設(shè)備。

3.5 廢氣處理措施

甲醇合成裝置外排廢氣主要為蒸汽加熱爐煙氣，廢氣排放總量為23 410 m3/h(標(biāo)態(tài))，主要含NOx，開停車和事故時排氣送火炬進行燃燒處理。主要廢氣處理措施如下：

(1) 甲醇裝置產(chǎn)生的不凝氣和閃蒸槽開停車事故時排放的閃蒸氣，主要含N2、H2、CH4、HCOOCH3和甲醇，送至本裝置蒸汽過熱爐作燃料，不外排；

(2) 蒸汽過熱爐外排氣經(jīng)47 m高排氣筒達標(biāo)外排；

(3) 甲醇裝置氫回收系統(tǒng)產(chǎn)生的甲烷富氣，主要含CO、H2、CH4、C2H6，送加熱爐作燃料氣回用；

(4) 裝置設(shè)有氫回收系統(tǒng)，甲醇合成放出的弛放氣經(jīng)過膜回收成套系統(tǒng)回收弛放氣中的氫氣，富氫氣返回甲醇合成工序，與新鮮合成氣混合后進入合成回路。非滲透氣進入變壓吸附成套系統(tǒng)制取高純度氫氣，供凈化、烯烴分離、OCU和聚丙烯裝置使用。PSA解析氣和穩(wěn)定塔不凝氣一起經(jīng)過尾氣壓縮機壓縮后，送入蒸汽過熱爐作燃料氣，合成汽包產(chǎn)飽和蒸汽經(jīng)蒸汽過熱爐過熱至300 ℃后送出界區(qū)。正常生產(chǎn)補充燃料氣和開車期間需要的燃料氣均來自燃料氣管網(wǎng)，閃蒸槽閃蒸氣也送入蒸汽過熱爐作燃料氣。合成弛放氣回收處理流程如圖3所示。

圖3 合成弛放氣回收處理流程

3.6 廢水處理措施

(1) 根據(jù)裝置排水的特點，排水系統(tǒng)劃分為生活污水系統(tǒng)、低濃度生產(chǎn)污水系統(tǒng)、初期污染雨水及事故排水系統(tǒng)、潛在污染雨水系統(tǒng)。

(3) 裝置產(chǎn)生的工藝?yán)淠?103 m3/h)送脫鹽水站回用，不外排。

3.7 固廢處置措施

甲醇裝置固廢為脫氯產(chǎn)生的含CuO廢催化劑(43 m3/次，每4年更換1次)、合成氣凈化槽產(chǎn)生的含ZnO廢催化劑(52 m3/次，每6年更換1次)、甲醇合成塔產(chǎn)生的含CuO廢催化劑(199 m3/次，每4年更換1次)、甲醇裂解產(chǎn)生的含Al、Na廢催化劑(4 m3/次，僅開車使用)均由生產(chǎn)廠家回收處理，吸附塔產(chǎn)生的含分子篩、活性碳廢吸附劑(140 m3/次，每20年更換1次)送園區(qū)渣場填埋。

3.8 噪聲控制措施

裝置噪聲源主要有合成氣壓縮機、循環(huán)氣壓縮機、尾氣壓縮機、氫氣壓縮機和泵類等。噪聲的防治，首先應(yīng)從設(shè)備的選型、噪聲源的合理布置等方面考慮。裝置設(shè)計中采取的噪聲防治措施：①設(shè)備選型時盡量選用低噪聲設(shè)備，如選用低噪聲轉(zhuǎn)化爐燒嘴；②噪聲較強的空冷器設(shè)置消聲器，操作崗位設(shè)有隔音室；③對總體布局進行合理布置，利用建筑物的屏障作用和距離衰減達到降噪要求，高噪聲設(shè)備盡量布置在室內(nèi)。通過采取各種措施后，保證廠界噪聲滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348—2008)3類標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.9 防滲措施

(1) 根據(jù)環(huán)評要求，對甲醇生產(chǎn)區(qū)和裝置區(qū)內(nèi)管廊采用硬化地坪進行防滲處理；

(2) 根據(jù)《石油化工防滲工程技術(shù)規(guī)范》，對甲醇生產(chǎn)裝置區(qū)的污水池池底和池壁進行防滲處理，生產(chǎn)污水/初期污染雨水地下管道(裝置內(nèi))采用管溝進行防滲處理；

(3) 對于裝置內(nèi)排放系統(tǒng)采用導(dǎo)淋，經(jīng)排放總管自流到地下排污槽的管線，采用管溝進行防滲處理。

3.10 環(huán)境風(fēng)險防范措施

(1) 裝置在污染比較嚴(yán)重或可能產(chǎn)生污染的區(qū)域，按檢修道路分區(qū)，每個區(qū)設(shè)置1個大圍堰，并在圍堰內(nèi)設(shè)置排水溝。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，事故消防廢水首先進入圍堰內(nèi)明溝，作為污染防控的第1道措施。裝置內(nèi)設(shè)置初期污染雨水收集池，作為污染防控的第2道防線。當(dāng)初期污染雨水收集池溢流時，則通過清凈雨水排水系統(tǒng)，重力輸送至全廠25 000 m3事故消防廢水池中，作為污染防控的第3道防線。為了不增加全廠污水處理站的負(fù)荷，應(yīng)分期分批、小流量將不合格的事故消防廢水送污水處理廠處理。

(2) 裝置共設(shè)置污水收集池和雨水收集池各1座，以收集、提升各工序產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水和初期污染雨水；2座水池設(shè)置在一起，用隔墻隔開。生產(chǎn)廢水收集池有效容積為65 m3，初期污染雨水收集池有效容積為250 m3。

(3) 停車檢修時，精餾工序的有關(guān)設(shè)備和管道需要倒空，為避免排出的甲醇進入污水管網(wǎng)或溢流至地面上，所有設(shè)備和管道的低點導(dǎo)淋均排至地下槽，再通過地下槽泵送到粗甲醇貯槽中。

(4) 開停車和事故狀態(tài)下(如停電、裝置內(nèi)失火和裝置內(nèi)氣體超壓)排放的大量可燃和有毒的工藝氣體送全廠火炬系統(tǒng)燃燒。合成系統(tǒng)開停車、事故時產(chǎn)生的合成氣送低壓富氫火炬燃燒處理，燃料氣送低壓富氫火炬燃燒處理。

3.11 污染物總量控制措施

(1) 根據(jù)項目環(huán)境影響報告書，每年全廠各項指標(biāo)必須控制在SO21 076 t、NOx1 481 t、COD 239 t、氨氮19 t以內(nèi)；

(2) 甲醇合成裝置所排NOx主要來自蒸汽過熱爐，年控制指標(biāo)NOx3.75 t、COD和氨氮排放量根據(jù)全廠污水處理站最終排放量統(tǒng)一匯總控制。

3.12 環(huán)境監(jiān)測措施

(1) 設(shè)置監(jiān)測機構(gòu)及人員

環(huán)境監(jiān)測站與中央化驗室合并設(shè)置，配備專職的環(huán)境監(jiān)測人員3～5名，分析人員和主要分析儀器依托中化室，根據(jù)需要委托當(dāng)?shù)赜匈Y質(zhì)的環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)進行定期和不定期的監(jiān)測、分析。裝置的廢氣和廢水環(huán)境監(jiān)測工作將依托全廠的環(huán)境監(jiān)測站。

(2) 明確監(jiān)測內(nèi)容

環(huán)境監(jiān)測主要指對甲醇裝置生產(chǎn)過程中排放的主要污染物和特征污染物進行定期監(jiān)測和非正常排放、事故排放的不定期監(jiān)測，判斷環(huán)境質(zhì)量和環(huán)保設(shè)施的運行治理效果等。監(jiān)測內(nèi)容如下：①常規(guī)環(huán)境監(jiān)測，分為裝置區(qū)周邊外環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和裝置區(qū)內(nèi)污染排放監(jiān)測；②事故監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)環(huán)保處理設(shè)施發(fā)生故障或運行不正常時，應(yīng)及時向上級報告，并必須即時進行取樣監(jiān)測，分析污染物排放量，對事故發(fā)生的原因、事故造成的后果和損失等進行調(diào)查統(tǒng)計，并建檔上報。必要時應(yīng)提出暫時停產(chǎn)措施，直至環(huán)保設(shè)施恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)，堅決杜絕事故性排放。環(huán)境監(jiān)測計劃見表3。

表3 環(huán)境監(jiān)測計劃

4 環(huán)境保護投資

甲醇裝置環(huán)保投資估算見表4。

表4 甲醇裝置環(huán)保投資估算

注：弛放氣回收系統(tǒng)包括裂解制氫膜分離系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)，污水收集池包括生產(chǎn)廢水收集池和初期污染雨水收集池；甲醇合成裝置所依托的全廠污水處理站、火炬、危廢臨時堆庫的投資將計入項目公用工程和輔助設(shè)施中。

由表4可知：甲醇合成裝置環(huán)境保護設(shè)施的投資合計6 055萬元左右，占整個裝置投資的15%左右，有效地保證了整個裝置的正常運行，避免了環(huán)境污染事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

通過以上節(jié)能減排措施，逐步解決了甲醇合成裝置在環(huán)境保護、節(jié)能減排上存在的絕大部分問題，取得了顯著效果，在以后建設(shè)的同類型大規(guī)模煤化工項目中值得借鑒。做好節(jié)能減排工作是實施新型工業(yè)化的基礎(chǔ)，也是企業(yè)生存發(fā)展的基礎(chǔ)，這項工作必須至始至終貫穿于整個企業(yè)管理工作的中心。雖然目前化工企業(yè)在環(huán)境保護、節(jié)能減排工作中仍有一些問題存在，但是我們相信只要關(guān)注技術(shù)革新、關(guān)注廢物利用、注重管理水平，就可以增加資源的利用效率，促使化工企業(yè)在可持續(xù)發(fā)展的道路上走得更遠(yuǎn)。

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