氮肥裝置清潔生產水平評估的分析與實踐
——以資源能源利用指標為例

張 蓓，郝莉莉

（1.中海油天津化工研究設計院有限公司，天津300131；2.海洋石油富島有限公司）

化肥是現代農業的重要生產資料，其主要產品包括氮肥、磷肥、鉀肥等。在整個氮肥制造業中，尿素是目前固體氮肥中含氮量較高的化肥。中國已于2006年頒布實施了《清潔生產標準氮肥制造業》（HJ/T 188—2006）行業標準［1］，為氮肥裝置清潔生產水平評估奠定了基礎。隨著氮肥制造業資源與能源效率的提高，某些氮肥裝置的資源能源利用指標早已達到并優于HJ/T 188—2006中規定的標準值。在這種情況下，整理匯總現階段國內外氮肥裝置在資源能源利用指標方面的指標數據已成為進一步衡量氮肥裝置清潔生產水平、挖掘氮肥裝置清潔生產潛力的關鍵。

1 清潔生產水平評估的分析思路

在開展清潔生產水平評估時，清潔生產水平需要以清潔生產標準、清潔生產指標體系為主要依據加以評估和判斷，并分別從理論值、清潔生產標準值、清潔生產指標體系值、文獻報道值（如產業/發展規劃值、單位產品消耗定額值、學術期刊與研究報告的相關數據等）、企業最優值等方面進行指標對比以明確清潔生產潛力。清潔生產水平評估的分析思路詳見圖1。

圖1 清潔生產水平評估的分析工作思路

2 氮肥裝置資源能源利用指標的確定

HJ/T 188—2006中，氮肥裝置在資源能源利用指標方面開展清潔生產水平評估時所涉及的主要指標：綜合能耗（GJ/t，以每 1 t NH3計，下同）、新鮮水用量（t/t，以每1 t NH3計，下同）、尿素生產中氨消耗量（kg/t，以每 1 t尿素計，下同）、氨利用率（%）、水循環利用率（%）。在《氮肥行業清潔生產評價指標體系（試行）》（以下簡稱《試行體系》）［2］中，關于資源能源消耗指標包括綜合能耗、潤滑油消耗量、催化劑消耗量、新鮮水消耗量、用電量5個方面，與HJ/T 188—2006中涉及的相關指標名目有所不同。

因HJ/T 188—2006晚于《試行體系》頒布實施，故對氮肥裝置資源能源消耗指標的分析可暫以HJ/T 188—2006涉及的指標為準。

3 氮肥裝置資源能源利用指標數據的確定

3.1 理論值

氮肥裝置的理論能耗值可分別按照氨合成過程化學反應方程式、尿素反應過程反應方程式計算得到。根據氨合成反應的化學計量式，通過反應物和生成物的焓值計算得到理想狀態下的每1 t氨理論能耗為21.28 GJ。根據尿素合成反應的化學計量式，通過反應物和生產物的焓值計算得到理想狀態下的每1 t尿素綜合能耗為-6.22 GJ。

3.2 清潔生產標準方面

采用HJ/T 188—2006對氮肥制造業的清潔生產水平進行判定。HJ/T 188—2006中規定了氮肥裝置資源能源利用指標值：綜合能耗值≤38.0 GJ/t（一級）、≤48.0 GJ/t（二級）、≤53.0 GJ/t（三級）；新鮮水消耗量≤20.0 t/t（一級）、≤40.0 t/t（二級）、≤60.0 t/t（三級）；生產尿素的氨消耗量≤575.0 kg/t（一級）、≤590.0 kg/t（二級）、≤610.0 kg/t（三級）；氨利用率≥98.0%（一級）、≥96.0%（二級）、≥93.0%（三級）；水循環利用率≥95.0%（一級）、≥90.0%（二級）、≥85.0%（三級）。

3.3 清潔生產指標體系方面

采用《試行體系》對氮肥制造企業的清潔生產水平進行判定。在《試行體系》規定了以天然氣為原料的氮肥行業的資源能源利用指標值：綜合能耗評價基準值為32 GJ/t、新鮮水消耗量評價基準值為10 t/t、水循環利用率評價基準值為90%。其中，基準值為行業清潔生產的先進值。

3.4 產業規劃/發展規劃方面

目前，中國氮肥制造業涉及的產業規劃與發展規劃主要包括《化肥工業“十二五”發展規劃》［3］、《石化和化學工業“十二五”發展規劃》［3］、《節能中長期專項規劃》［4］。 《化肥工業“十二五”發展規劃》規定：合成t氨綜合能耗（以天然氣和焦爐氣為原料）需降至33.70 GJ/t；《石化和化學工業“十二五”發展規劃》規定：合成氨裝置平均綜合能耗需低于39.56 GJ/t；《節能中長期專項規劃》規定：大型合成氨綜合能耗2010年的目標值為33.41 GJ/t，2020年的目標值為29.31 GJ/t。

3.5 單位產品消耗定額方面

現階段，中國氮肥制造業在單位產品消耗定額方面涉及的標準包括 《合成氨單位產品能源消耗限額》（GB 21344—2008）［5］、《尿素單位產品能源消耗定額》（GB 32035—2015）［6］。 GB 21344—2008 規定，現有合成氨生產企業的尿素單位產品綜合能耗限額限定值（以天然氣、焦爐氣為原料）需≤48.36 GJ/t，先進值≤33.70 GJ/t；GB 32035—2015規定，現有尿素生產企業的尿素單位產品氨耗限額限定值≤600 kg/t，先進值≤580 kg/t，每1 t尿素綜合能耗限額限定值為≤7.03 GJ，先進值≤5.28GJ。

3.6 學術期刊/研究報告方面

一般情況下，合成氨裝置和尿素裝置的資源能源利用指標值是分開說明的。

對于合成氨裝置，其資源能源利用指標值主要包括：1）綜合能耗（從 1990年至今）為 28.46～30.98 GJ/t［7］，中國先進值為 33.70 GJ/t［8］、國際先進值為27.6～30.1 GJ/t［9］。其中，烏魯木齊石化公司 2013年二化裝置噸氨綜合能耗為 28.55 GJ/t［10］、美國凱洛格（Kellogg）工藝合成氨裝置綜合能耗為 25.96～27.21 GJ/t［11］、美國布朗（Braun）工藝合成氨裝置綜合能耗為 28.4 GJ/t［11］、英國 ICI 工藝合成氨綜合能耗為 29.31 GJ/t［11］。2）鍋爐補充水消耗量（以 1 t NH3計）國際先進值為 0.7～1.5 t/t［9］。

對于尿素裝置，其資源能源利用指標值（均以生產1 t尿素計）主要包括：1）能源（蒸汽+電力）消耗量為 1.93～8.66 GJ/t（CO2汽提工藝為 2.23～3.9 GJ/t、NH3汽提工藝為 2.33～3.43 GJ/t）［12-16］，國際先進值為3.1～4.1 GJ/t［9］。 2）液氨消耗量為 568～630 kg/t（CO2汽提工藝為 570～590 kg/t，NH3汽提工藝為 568～585kg/t）［12-17］，國際先進值為 567kg/t［9］。 3）CO2消耗量為 735～780 kg/t（CO2汽提工藝為 750～780 kg/t，NH3汽提工藝為 735～740 kg/t）［12-16］，國際先進值為 733～735 kg/t［9］。 4）冷卻水消耗量為 55～200 kg/t（CO2汽提工藝為 63～120 t/t，NH3汽提工藝為 70～115 t/t）［12-16］，國際先進值為 60～70 t/t［9］。

3.7 企業日常統計方面

實踐經驗表明，根據企業合成氨裝置/尿素裝置的設計手冊及日常運行情況（以近3 a月度統計數據的最優值計），可整理得到該企業氮肥裝置資源能源利用指標的設計值和最優值。例如：某企業氮肥裝置（30萬t/a合成氨采用英國ICI-AMV工藝、52萬t/a大顆粒尿素采用意大利SNAM氨汽提工藝，以天然氣為原料）的資源能源利用指標值：綜合能耗設計值為29.86 GJ/t、最優值為31.38 GJ/t；新鮮水消耗量設計值為5.10 t/t、最優值為4.93 t/t；尿素生產氨消耗量設計值為566.00 kg/t、最優值為563.07 kg/t；氨利用率設計值為100%、最優值為100%；水循環利用率設計值為95%、最優值為96%。

4 案例說明

某氮肥裝置1996年投產運行，設計生成能力為30萬t/a合成氨、52萬t/a大顆粒尿素，以天然氣為原料生產合成氨產品，并使用自產的合成氨產品和二氧化碳副產品生產尿素產品。其中，合成氨裝置采用英國ICI-AMV工藝、尿素裝置采用意大利SNAM氨汽提工藝。

該氮肥裝置在開展清潔生產審核工作時，參照《試行體系》和《清潔生產評價指標體系編制通則》［18］，得到了該裝置的清潔生產綜合評價指數，如表 1所示。 根據清潔生產水平判定標準［2，18］可知，在資源能源利用指標方面，為該氮肥裝置為清潔生產先進裝置［2］、Ⅱ級清潔生產水平（≥85,中國清潔生產先進水平）［18］。

表1 某氮肥裝置資源能源利用指標清潔生產水平評估

參照HJ/T 188—2006，通過與清潔生產標準值的對比分析（見表2），可知：該氮肥裝置資源能源利用指標中的綜合能耗、新鮮水用量、氨利用率、水循環利用率均已優于清潔生產一級水平（國際清潔生產先進水平）［1］，僅尿素生產氨消耗量暫未達到清潔生產一級水平但已優于清潔生產二級水平（中國清潔生產先進水平）［1］。

表2 某氮肥裝置清潔生產水平評估中的資源能源利用指標分析

進一步分析該裝置在資源能源利用指標方面存在的差距（見表2）可知：1）該氮肥裝置的綜合能耗已優于中國產業/行業規劃2010年的目標值（33.41 GJ/t）和中國氮肥制造業的單位產品消耗定額先進值（33.70 GJ/t），但未達到中國產業規劃/行業規劃2020年的目標值（29.31 GJ/t），并與學術期刊/研究報告中的最優值（27.65 GJ/t）存在4.65 GJ/t的差距；2）該氮肥裝置的新鮮水消耗量（5.99 t/t）與學術期刊/研究報告中的最優值（0.7 t/t）存在5.29 t/t差距；3）該氮肥裝置的尿素生產氨消耗量未達到中國氮肥制造業單位產品消耗定額先進值（580 kg/t），且與學術期刊/研究報告中的最優值（567 kg/t）存在22.38 kg/t的差距。4）氨利用率已達到指標數據匯總中的最佳值（100%）；5）水循環利用率已達到指標數據匯總中的最佳值（96%）。

由表2還可見，隨著該氮肥裝置生產運行時間的增加，該氮肥裝置的資源能源利用指標均高于該裝置的設計值/理論值。其中，綜合能耗分別比設計值和理論值高2.44 GJ/t和11.02 GJ/t，新鮮水用量比設計值高0.89 t/t，尿素生產氨消耗量分別比設計值和理論值高19.45 kg/t和305.45 kg/t。

綜上對比結果表明，在資源能源利用指標方面，該套氮肥裝置為清潔生產先進裝置/Ⅱ級清潔生產水平（中國清潔生產先進水平），其資源能源利用指標已達標并優于清潔生產一級水平或/和清潔生產二級水平，但與企業的最優值以及國內外先進值仍存在一定差距。

5 小結

通過氮肥裝置清潔生產審核中資源能源利用指標的對標實踐，得到結論：1）在開展清潔生產水平評估時，需要以清潔生產標準、清潔生產指標體系為主要依據，并分別從理論值、清潔生產標準值、清潔生產指標體系值、文獻報道值（如產業/發展規劃值、單位產品消耗定額值、學術期刊和研究報告相關數據等）、企業最優值等方面進行指標對比以明確清潔生產潛力；2）以某氮肥裝置（30萬t/a合成氨采用英國ICI-AMV工藝、52萬t/a大顆粒尿素采用意大利SNAM氨汽提工藝，以天然氣為原料）在資源能源利用指標方面的清潔生產水平評估為例，發現在資源能源利用指標方面，該套氮肥裝置為清潔生產先進裝置、Ⅱ級清潔生產水平（中國清潔生產先進水平），其資源能源利用指標已達到并優于HJ/T 188—2006清潔生產一級水平或/和清潔生產二級水平，但與企業的最優值以及國內外先進值水平仍存在一定差距。

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