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        煤制甲醇生產工藝優(yōu)化與節(jié)能減排方法的探討

        2021-05-28 06:18:46邢珊珊
        科學技術創(chuàng)新 2021年14期
        關鍵詞:案例工藝優(yōu)化

        邢珊珊

        (陜西延長石油延安能源化工有限責任公司,陜西 富縣727500)

        以某化工企業(yè)的甲醇項目為例,該項目計劃年產甲醇120萬t,項目一期產量為60 萬t,項目的甲醇制備系統(tǒng)由甲醇合成、硫回收、空分、氣化、凈化組成。為實現(xiàn)煤炭的可持續(xù)利用,案例企業(yè)引進了具備操作方便、能耗小、節(jié)約原料等優(yōu)勢的丹麥托普索合成工藝。

        1 煤制甲醇生產工藝優(yōu)化路徑

        1.1 工藝概況

        案例企業(yè)甲醇項目的工藝結構如圖1 所示。

        圖1 甲醇項目工藝結構

        煤制甲醇生產工藝具備顯著的多碳少氫特點,生產過程中的水消耗較大,同時會排放較多的氣固廢物,如CO、H2S、N2、固廢等。結合圖1 進行分析不難發(fā)現(xiàn),案例企業(yè)甲醇項目采用丹麥托普索合成工藝,該工藝具備以下幾方面特點:第一,由于合成1.9MPa 蒸汽,具備顯著的節(jié)能性能;第二,可實現(xiàn)循環(huán)滲透氣H 的循環(huán)利用,這主要源于非滲透氣的H 回收、PSA 從弛放氣、膜分離、原料節(jié)約、CO2排放減少得以實現(xiàn);第三,為實現(xiàn)水冷用量節(jié)約,工藝能夠實現(xiàn)對空冷換熱的優(yōu)先利用,如穩(wěn)定塔回流預冷、循環(huán)汽壓縮機冷器;第四,副產的未凝汽、閃蒸蒸汽、PSA能夠返回蒸汽加熱爐,原料氣節(jié)約得以實現(xiàn);第五,循環(huán)使用透平冷凝水、蒸氣冷凝水,能夠有效實現(xiàn)脫鹽水節(jié)約;第六,排除的意外氣體由火炬設備治理,廢氣排放量能夠有效降低[1]。

        1.2 參數(shù)分析

        結合具體測算能夠了解到,案例項目合成1t 甲醇存在38.501GJ 的總能耗,折合標煤1.1264t,天然氣制甲醇、傳統(tǒng)煤制甲醇、煤-氣混合法制甲醇的每噸總能耗分別為32~34GJ、45~50GJ、32.23GJ,但由于本項目無需精餾,因此其能耗相對較低。進一步分析可以發(fā)現(xiàn),案例項目煤制甲醇生產工藝存在耗能占比較大的合成氣,因此需設法對其進行優(yōu)化,實現(xiàn)合成氣原料用量減少,耗能占比較大的蒸汽應采用優(yōu)選壓縮機、優(yōu)化能量回收循環(huán)等方式進行改造。

        2 煤制甲醇生產工藝節(jié)能減排方法

        2.1 優(yōu)化系統(tǒng)布局設計

        為實現(xiàn)煤制甲醇生產工藝節(jié)能減排,應基于綠色節(jié)能目標對系統(tǒng)進行科學規(guī)劃,設計方案制定基于周邊環(huán)境開展,節(jié)能較好、土地利用率提升均可順利實現(xiàn),因此煤制甲醇生產系統(tǒng)設計嚴格遵循了四方面原則:第一,嚴格貫徹環(huán)保、安監(jiān)、消防等相關要求;第二,基于總體規(guī)劃保證系統(tǒng)結構的合理、順暢,滿足生產、物流、倉儲等環(huán)節(jié)的需要;第三,集中聚集同類模塊,結合實際情況做好分區(qū)規(guī)劃,提升管理便利性;第四,基于長期規(guī)劃目標,保證空間預留合理性[2]。

        2.2 節(jié)水、防滲、噪音優(yōu)化

        在節(jié)水優(yōu)化方面,案例項目優(yōu)先采用空冷換熱工藝流程,如穩(wěn)定塔回流預冷、循環(huán)汽壓縮機冷器等,同時對透平冷凝水、蒸汽冷凝水循環(huán)使用,并選擇節(jié)水性能優(yōu)秀的相關儀器;在防滲優(yōu)化方面,煤制甲醇系統(tǒng)區(qū)域基于環(huán)保需要針對性開展了地面硬化處理,地面防滲能力大幅提升,系統(tǒng)中的廢液排污管道、廢液坑等處也針對性開展了防滲加固改造,防滲加固還同時圍繞生產區(qū)域排污管線溝槽開展;在噪音優(yōu)化方面,考慮到各類壓縮機屬于煤制甲醇生產系統(tǒng)的主要噪音來源,因此具體優(yōu)化主要圍繞平面布局、機器型號等方面入手,如優(yōu)選音量控制出色的機型,加裝隔音設備于空冷等噪音較大部件,車間、工人設置隔離保護,輔以合理的平面布局規(guī)劃設計,降噪充分實現(xiàn)了對距離和系統(tǒng)本身設備作用的利用。

        2.3 廢氣、廢液、廢渣優(yōu)化

        為更好實現(xiàn)節(jié)能減排目標,案例項目在廢氣、廢液、廢渣優(yōu)化方面投入大量資源。在廢氣優(yōu)化方面,考慮到合成甲醇過程的廢氣排放量較高,且故障及開關系統(tǒng)會導致煙氣的額外產生,因此優(yōu)化將生產過程中產生的閃蒸蒸汽、未凝氣回收作系統(tǒng)燃料,回收對象包括甲烷、氫氣、氮氣、CH3OH 等,同時高溫爐排氣采用煙囪的規(guī)格為49m,回收H 過程產生的甲烷、乙烷、氫氣、CO 等循環(huán)作燃料氣用。通過膜,H 循環(huán)模塊可實現(xiàn)對合成過程中馳放氣H2的捕集,高純部分能夠回到合成步驟循環(huán)使用,吸附模塊負責對低純部分的提純,之后用于凈化分離、OCU 步驟(烯烴轉化),加壓后回收后的未凝氣、閃蒸汽、PSA 作燃料氣,圖2 為合成馳放氣循環(huán)利用示意圖。

        圖2 合成馳放氣循環(huán)利用示意圖

        廢液優(yōu)化由廢液初處理模塊、生活污水模塊、故障應急模塊、廢液深處理模塊等負責,這類模塊的設計充分結合了案例項目的工藝特點。煤制甲醇生產工藝產生的廢水涉及儀器場地洗滌水、生產廢液、少量生活污水,N 類、石油部分、灰塵雜質等屬于主要有害物質,由污水處理廠清理。對于冷凝液,收集后由脫鹽水站循環(huán)利用。此外,將裝置內地面、渣車沖洗水改為低壓灰水,外排廢水量能夠進一步控制,具體采用圖3 所示的南北渣水低壓灰水系統(tǒng),該圖中的100、210、10、220、230 分別代表南北渣水低壓灰水系統(tǒng)、第一氣化爐、甲醇氣化系統(tǒng)、第二氣化爐、第三氣化爐,通過實現(xiàn)各沉降槽與不同氣化爐黑水之間相互切換,即可降低污染,開停車期間的原料、水電消耗也能夠有效減少;廢渣優(yōu)化主要圍繞各工藝環(huán)節(jié)廢棄的氧化銅催化劑、氧化鋅催化劑、鋁鈉催化劑等開展,具體采用回收利用方式,同時基于廢料填埋處理吸附塔廢棄吸附劑[3]。

        圖3 南北渣水低壓灰水系統(tǒng)

        2.4 監(jiān)測防治

        為更好實現(xiàn)節(jié)能減排目標,案例企業(yè)科學開展了全年排放限額制定,其中氨氮、COD、NOx、SO2的年最大排放量需控制在18t、231t、1466t、1065t 內,為實現(xiàn)這一目標,企業(yè)專門成立了由6名專職人員組成的監(jiān)測中心,依托實驗室、監(jiān)測站及第三方公司支持,定期監(jiān)測污染物,同時相應的故障排查不定期開展。在定期監(jiān)測周邊環(huán)境及系統(tǒng)“三廢”排放的過程中,基于過熱爐煙筒每三月開展一次NOx 監(jiān)測,經常性開展冷卻機的化學需氧量、pH 值、CH3OH 監(jiān)測,按需開展噪音源的分貝數(shù)監(jiān)測,同時動態(tài)監(jiān)測廢渣、立即監(jiān)測意外排放。對于可能出現(xiàn)故障或經常出現(xiàn)高排放的位置,結合監(jiān)測點分組,將隔離器設置于每組間,同時單獨設置排污設備。如消防危機出現(xiàn),流入墻內水槽的滅火廢水能夠用于污染抵御,同時針對性建設的雨水儲存坑也能夠用于污染抵御。如出現(xiàn)儲存坑中雨水溢出情況,排水裝置會自動啟動,防災水池此時會成為最后的屏障,其規(guī)格為3 萬m3。如出現(xiàn)事故,巨大的廢液處理量需要分批分流,以此降低處理負荷。案例項目設置的雨水儲存坑、廢液儲存坑規(guī)格分別為260m3、68m3,以此滿足地面污水及生產廢液的存儲及處理需要,二者相連設置,并設置屏障于中間。如生產系統(tǒng)的維修需要關閉進行,需要排空精餾部分的線路和機器,為同時規(guī)避污染問題,需要在暗道中設置線路和機器的排出點,將廢棄CH3OH 運回粗CH3OH 儲備庫[4]。出現(xiàn)故障或關閉系統(tǒng)時,可燃廢氣會大量釋放,因此通過火炬設備燃燒處理部分有害廢氣,大氣污染問題能夠通過這種經濟便利的方式更好規(guī)避。

        2.5 耗資數(shù)據(jù)

        表1 為案例項目煤制甲醇工藝綠色優(yōu)化的資金預估,結合該表進行分析不難發(fā)現(xiàn),上述優(yōu)化存在6035 萬元的資金需要,占16%的系統(tǒng)總資金,但同時實現(xiàn)了系統(tǒng)故障率降低、環(huán)境友好性提升、穩(wěn)定生產保障,因此具備較高可行性和實用性。

        表1 煤制甲醇工藝綠色優(yōu)化的資金預估

        3 結論

        綜上所述,煤制甲醇生產工藝優(yōu)化與節(jié)能減排存在較高現(xiàn)實意義。在此基礎上,本文涉及的案例項目,則直觀展示了可行性較高的煤制甲醇生產工藝優(yōu)化與節(jié)能減排路徑,為更好推進可持續(xù)化的化工制造發(fā)展,綠色優(yōu)化的持續(xù)性推進必須得到重視。

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