甲醇建设项目清洁生产分析

甲醇建设项目清洁生产分析程岩(辽宁省环境科学研究院,沈阳110031)摘要:以某企业 甲醇建设项目为例,分析利用合成氨二段转化气生产甲醇的基本特点;以单位产品的能耗、物耗、水耗、产污、排污等为基础,突出环境、资源、技术3项指标,以生产工艺为重点,分析其清洁生产水平。关键词:甲醇;生产工艺;清洁生产Abstract: Taking a methanol construction project s an example, the paper gives a brief introduction on the basic features of producingmethanol by utilizing the transformed gas from sccondary reformer in ammonia plant. 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 process.Key words: methanol; production process; cleaner production1引言及相应的铜系甲醇合成催化剂，同时开发了低压甲醇合成反应器,并建成- -套6 000 t/a的工业性示范清洁生产不仅涉及到项目的初期设计，也涉及装置，彻底摆脱了低压甲醇技术及装备全靠进口的到建设项目的选择、项目建成后的管理以及生产产局面。开发的铜系催化剂也完全替代了进口催化剂，品的全生命周期,因此,清洁生产分析和评价主要应且价格比进口催化剂便宜得多,不仅为国家节省大从工艺路线选择、节能降耗、减少污染物产生和排放量外汇，而且也为企业带来长远的经济效益13-1。目的措施等方面进行评述[-2]。本文以某合成氨生产企前，我国的低压甲醇技术日趋成熟,甲醇合成铜系催业的3万t/a甲醇项目为例，分析项目建设的清洁化剂性能也在不断提高，设备管道材料的供应及加生产水平。目前，合成法甲醇生产几乎已成为世界上唯一工已完全实现国产化。的甲醇生产方法，合成技术主要有高压法(19.6~2项目概况，29.4 MPa)、低压法(5.0 ~ 8.0 MPa)和中压法(9.0 ~12.0MPa)。高压合成法为甲醇最初的生产方法,由某企业利用该企业原有的合成氨装置改造成联于原料及动力消耗大，生成的粗甲醇中有机杂质含产3万t/a的甲醇项目,其产品为99.9%的甲醇。甲量高,而且投资大,成本也高,其发展长期以来处于醇生产工艺是将合成氨二段转化气抽出生产甲醇,停滞状态;低压法是20世纪60年代后期发展起来生产过程为抽出的二段转化气经冷凝分离水分后，的甲醇合成技术，该技术甲醇收率较高，且选择性经压缩机加压至甲醇合成所需压力进入甲醇合成系好,减少了副反应,改善了甲醇质量,降低了原料的统。甲醇弛放气经与抽出的热二段转化气换热后,返消耗;中压法是在低压法的基础上适当提高合成压回合成氨中变炉,粗甲醇经精馏后得到精甲醇产品。力发展起来的,具有与低压法相似的优点,但动力消具体生产工艺过程见图1。生产过程中产生的废气耗略有增加。国际上新建或改建的甲醇生产厂几乎有甲醇弛放气、闪蒸气、精馏不凝气。其中甲醇弛放都采用低压法或中压法,其中尤以低压法为最多。气去合成氨系统回收利用，闪蒸气去低压燃料系统20世纪70年代后期，我国先后从英国L.C.I公作燃料,精馏不凝气经烟囱达标排放。废水主要为二司引进低压甲醇及年产9.5万t精甲醇成套装置,从段气冷凝水、精馏废水和生活污水,其中二段气冷凝德国Luigi公司引进低压甲醇及年产精甲醇10万t水送回合成氨装置的工艺冷凝液处理系统，用做锅的成套装置，从根本上改变了我国没有低压甲醇装炉给水、精馏废水和生活污水经处理后达标排放;固置的局面。80 年代,我国开发出低压甲醇工艺技术体废物全部进行有效处置,不外排。收稿日期:2008- 04-10;修订日期:2008- 05-11。作者简介:程岩,男,1971年生,主要从事环境影响评价工作。23原料气》[压缩机 闪蒸气(做燃料)精馏不凝气[甲醇合成上>粗中醉贮槽} >[ 甲醇精馏}- >[精甲醉贮罐废合成催化剂精馏废水←-一循环压缩机弛放气去合成氨图1 甲醇生产工艺流程3清洁生产分析主要指标比较见表1。3.1工艺技术方案比较表1两种方案 的主要指标比较某企业在甲醇生产上可以利用的原料资源只有主要消耗序号项目天然气和合成氨二段转化气。用富余的二段气副产单位万案一方案二甲醇为综合利用，而用天然气另建造气系统生产甲1天然气Nm/t1 200-2二段干转化气Nm'/t8630醇则需全过程新建。以天然气为原料单产甲醇(方案回收弛放气Nm'/t已折合天然气6 140一)的工艺过程为天然气经压缩增压至约2.2 MPa,kW.h/t550376去蒸气转化炉对流段预热，经固体脱硫后在蒸气转循环冷却水1/t640451化炉中与蒸气发生反应生成以CO,CO2和H2为主脱盐水./t的转化气。转化气经回收热量冷却分离水分后以压低压蒸气1.5副产中压蒸气0.95缩机加压至甲醇合成所需压力进人甲醇合成系统。卞要技术经济指标甲醇弛放气返回蒸气转化炉作燃料,粗甲醇经精馏投资比例/(%)10050后得到精甲醇产品。在装置规模不是很大的情况装置占地/m2 i15 00010000下,一般采用低压法合成甲醇,甲醇合成压力约为由表1综合分析比较可知,方案二比方案-好,5.0 MPa;抽出合成氨二段转化气生产甲醇(方案二)因此应采用引出部分二段转化气生产甲醇的方案。生产过程为抽出的二段转化气经冷凝分离水分后,3.2物料消耗分析经压缩机加压至甲醇合成所需压力进入甲醇合成系生产装置的物料消耗与产品质量高低是衡量生统。甲醇弛放气经与抽出的热二段转化气换热后返产工艺水平的重要标志，也能体现物料是否最大限回合成氨中变炉,粗甲醇经精馏后得到精甲醇产品，度地得以充分 利用并转化为产品,甲醇装置的物料合成压力定在5.3 MPa左右比较合理。两种方案的平衡见表2。.表2甲醇裝置的物料平衡原料及产品量原料及产品组成[气体为%( mol),产品为%( wt)]湿二段气1 887.639 mol/h COCCHCHN2ArH2O人5.5634.401.1420.290.2830.76方干二段气1310.299 mol/h coCO2CH,10.908.049.561.6529.230.41甲醇弛放气1027.502 mol/h COCH4H20CHzOH3.477.0033.712.0937.190.5215.520.50出粗甲酶4 749.9967kg/h CH.OHH.O其他大88.617 11.0250 0.358产品精甲醇4 200.300kg/h CH,OHH2CH2OH99.9750.02290.002 1注:湿二段气包括 CO,CO,H2,CH4, Ar, HCOOCH,.CH,OH,约占总二段气量的22%。24由表2可知,甲醉装置物料损耗较小,甲醇的得标主要包括电、脱盐水、蒸气和仪表风等,装置单位率为99.975% ,说明装置生产能力水平较高。产品综合能耗指标见表3。3.3 能耗分析由表3可知，本装置的电耗指标、原料消耗指甲醇装置以二段转化气为原料，消耗的能源指标、新鲜水(脱盐水)消耗指标、蒸气消耗指标和氮气表3甲醇单位产 品能耗本项目同行装置序号公用工程吨耗折合能耗/CJ折合能耗/GJ电376kW.h4.45406.7 kW.h转化气8 628 Nm'25.055041 kg29.71冷却水451 t0.943298.15t0.623脱盐水!10.0150.724t0.072低压蒸气2.0381.55t2.10仪表空气18 Nm'0.0223.98 Nm'氮气14 Nm'0.3215.11 Nm2.0.35副产中压蒸气0.95t0.398 t副产弛放气6 141.32 Nm'一1 656kg-合计32.83637.695注:转化气热值为扣除副产弛放气后的热值;蒸气能耗值为扣除副产蒸气后的能耗值。消耗指标均低于同行业其他生产装置，本装置单位装置约占70%,由于生产规模较大,工艺先进且注产品综合能耗为32.836 GJ,低于同行业其他装置的重节能,每吨甲醇的能耗已降到30~31 GJ/t。由单位产品综合能耗37.695 GJ。表4可知，泸州天然气化工厂甲醇装置的综合能耗本项目与同行业其他厂家能源消耗情况对比见较低,只有45.38 GJ/t,太原化肥厂甲醇装置的综合表4。能耗较高,为93GJ/t,其他装置的综合能耗品均为72 GJ/t左右。该项目的综合能耗为32.836 GJ/t,比表4国内部分同行业综合能耗比较同类甲醇装置的综合能耗平均水平低39.164 GJ/t,序号生产厂家原料年产量/1 能耗/(GJr")每年节能1 174 920 GJ.鄂西氮肥厂1000070.133.4污染物排放对比分析2广州氮肥厂媒7 50071.40污染物的排放指标是考察生产装置污染控制水3资江氮肥厂6 00071.50平的重要指标之- ,本项目甲醇装置外排废气污染4巨化氮肥厂15 000.73.23物与国内同行业生产装置污染物排放情况的对比分太原氮肥厂2500092.72析见表5。6南化氮肥厂由53 00066.927泸州天然气化工厂弛放气 600045.38表5甲醇装置污染物 废气排放量吉化化肥厂33 00070.30装置烟气量/(万m2+a")甲醇/(tra-)9北京化 I实验室5000072.9379 2000.010淮南化肥厂焦50 00079.9283 00011.891榆林天然气化工厂天然气9000049.70本项目装置排放的废水污染物与国内同行业生由表3和表4可知，我国现有的甲醇装置大部产装置废水污染物的排放情况对比分析见表6。可分以煤焦为原料,少部分以油气为原料。以煤为原表6甲醇装置污染物废水排放量料的甲醇装置平均能耗为72 GJ/to国内以天然气为原料的甲醇装置为数不多,陕西榆林天然气化工厂废水量/(万ta") COD/(t.a") NH-N/(t-a")的甲醇装置由于采用了先进的低压合成技术，其综本装置45 3602.70.36合能耗为49.70 GJ/t。国外以天然气为原料的甲醇47 5203.00.51(下转27页)27合鸟粪石沉淀条件,处理过程中需要添加某些离子,3结论这样就增加了处理成本。如果添加的是铵离子,还会由于发达国家对磷资源回收比较重视,目前,荷造成二次污染。目前生产鸟粪石并无成型的固定模式，反应器兰、日本等国的污水处理厂已经配套有磷回收生产的类型也是多种多样。日本北九洲Hiagari 污水处理工艺,技术比较成熟,而国内由于重视程度不够和经厂使用海水作为鸟粪石沉淀的镁源，安装有1个中济条件的限制,磷回收还处于起步阶段。由于磷资源试流化床鸟粪石沉淀反应器,处理污泥脱水上清液。是单项流动的，随着能源的消耗，磷将成为稀缺资大约70%的溶解性磷酸盐通过曝气可以在反应器内源,因而从战略意义上讲,回收磷是值得大范围推广完成沉淀,而不需投加化学药剂。意大利Triviso污的。目前最有希望的磷回收还是在污水处理厂磷去水处理厂、英国Slough污水处理厂、澳大利亚布里斯除工艺中加上回收设备。从废泥中释放出磷再进行班Oxley Creek污水处理厂也都在处理线路上安装回收是很有前途的，无论是压缩污泥还是焚烧后的了鸟粪石结晶装置。污泥灰分。但很多回收技术的执行都需要很大的花图4是一个典型的MAP反应器示意图。反应器费，因而寻找低能耗的回收技术及廉价的化学投加底部用曝气的形式进行搅拌将消化池上清液、调节药剂是研究的重点。pH的NaOH和MgCl2充分搅拌混合以使MAP晶体析出。参考文献[1]宋晓明,杨健,王萍.废水除磷研究进展[].福建环境，2003 ,20(6):33-35.出水澄清区F。9°0。[2 ]Masaaki Takahashi , Susumu Kato , Hirohisa Shima , et a1.NaOHTechnology for recovering phosphorus from incinerated反应区MgCl,wastewater treatment sludge [J]. Chemosphere , 2001 , 44:一消化池上清液23-29.. 曝气器g。°。 8 J[3]何晓娟.回收污水中磷制造肥料的工艺[J].化工环保,002004(4):243.[4]陈宇飞.废水中磷的清除与回用[J].化工纵横,000(2):18-21.MAP颗粒[5]王绍贵,张兵,汪慧贞以鸟粪石的形式在污水处理厂回收图4典型的 MAP反应器示意磷的研究[J].环境工程,2005 ,23(3):78-80.(上接24页)见,甲醇装置废气及废气污染物、废水及废水污染物环境可能带来的经济损失;装置生产管理科学化、的排放量均低于国内其他同行装置[5]。自动化程度高，全部新安装DCS控制系统，全面控制各操作单元，为装置高质量平衡地经济运行4结论提供了科学技术保障。清洁生产分析结果表明，该项目采用了国内自主开发的处于国际先进水平的合成技术，生产工艺水平与国内同行业相比较先进，最大限度地把资源[1]段宁,尹荣楼.清洁生产论文集[M].北京:中国环境科学转化为产品,从而进- - 步减少废弃物量,控制了成本出版社，1995: 167-175.上升;装置所采用的生产工艺单位产品的资源和能[2]朱慎林,赵毅红,周中平.清洁生产导论[M].北京:化学工业出版社, 2001:21- _23.源消耗指标低于全国平均水平,生产工艺技术指标[3]骆定法,李耕.国内外甲醇市场状况及合成工艺进展[J].控制注重污染物在生产过程中的控制，单位产品的洁净煤技术,2006, 12(2):103-105.排污水平与国内同行相比较低，把污染物排放控制[4]张晓霞.浅析我国甲醇生产现状及甲醇汽油应用前景[J].在最低限度,从而减少了处理费用;生产过程所产生石油化工应用,2006(4):4 -5.的废物基本.上得到完全利用，生产工艺过程所排放[5]李云峰.甲醇清洁生产及污染控制[].齐鲁石油化工,的污染物最大限度减少对环境的影响，控制了外部2005 ,33(2):119-120.