煤制甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化與節(jié)能減排策略

馮 璐

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

1 工藝流程

CH3OH是常用化工原料，可制備HCHO、CH3COOH、CH3NH2、CH3Cl、合成橡膠等各類下游產(chǎn)品。而且，CH3OH的燃燒性質(zhì)和汽油相近，能同汽油任意混溶，是新興的汽車替代燃料，特別是CH3OH不含硫，環(huán)保性大大高于傳統(tǒng)汽油，能更好地替代汽油。CH3OH在化工原料市場(chǎng)和新型燃料市場(chǎng)，均有廣闊前景。

同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司年產(chǎn)120萬(wàn)t甲醇項(xiàng)目(一期60萬(wàn)t/a)是同煤集團(tuán)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)煤炭可持續(xù)利用的重大項(xiàng)目。該制備系統(tǒng)包含空分、氣化、凈化、硫回收、甲醇合成4部分。具體的工藝結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

圖1 煤制CH3OH工藝結(jié)構(gòu)

甲醇合成引進(jìn)了丹麥托普索合成工藝，該工藝使用2個(gè)合成器，節(jié)約原料、能耗小、操作方便，且合成率高。合成工藝詳見(jiàn)圖2。

2 技術(shù)特點(diǎn)

煤制甲醇法一個(gè)明顯的特點(diǎn)是多碳少氫，對(duì)H2O的消耗量巨大，且制備過(guò)程中“三廢”排放較多，其中，包括固廢，N2、H2S、CO有害氣體，及含Ar、P的廢液，對(duì)環(huán)境十分不利。針對(duì)以上不足，同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司所用的丹麥托普索合成工藝具備以下特點(diǎn)：1) 合成1.9 MPa蒸汽，更節(jié)能；2) 能循環(huán)滲透氣，且分別通過(guò)膜分離、PSA從弛放氣、非滲透氣中回收H，增加了H的循環(huán)利用，節(jié)約了原料，降低了CO2排放；3) 工藝流程中優(yōu)先使用空冷換熱來(lái)節(jié)約水冷用量，如，循環(huán)汽壓縮機(jī)冷器、CH3OH冷器、穩(wěn)定塔回流預(yù)冷；4) 副產(chǎn)的閃蒸蒸汽、未凝汽、PSA廢氣返回蒸汽加熱爐，重新作為燃料，節(jié)約原料氣；5) 循環(huán)使用蒸氣冷凝水、透平冷凝水，節(jié)約脫鹽水；6) 通過(guò)火炬設(shè)備治理排除的意外氣體，防止廢氣排放[1-2]。

圖2 CH3OH合成工藝

3 參數(shù)分析

第99頁(yè)表1、表2分別列出了每噸CH3OH的能耗數(shù)據(jù)及不同技術(shù)手段下甲醇合成的能耗比較。

表1 每噸CH3OH能耗

表2 多種CH3OH合成技術(shù)的比較

由表2知，本項(xiàng)目合成1 t CH3OH總能耗38.501 GJ，折1.126 4 t標(biāo)煤，是Natural gas法、聯(lián)合法技術(shù)中最大的。因?yàn)楸卷?xiàng)目合成MTO CH3OH，不需精餾，未包括精餾環(huán)節(jié)的各項(xiàng)能耗，因此所得數(shù)據(jù)明顯少于精CH3OH系統(tǒng)，但即使加入了精餾部分，本項(xiàng)目的能耗水平也是國(guó)內(nèi)煤制甲醇的佼佼者。

由表1知，合成氣耗能占比很大，因此優(yōu)化措施要盡量減少合成氣原料的使用；而且蒸汽占比也很大，因此對(duì)系統(tǒng)的能量回收循環(huán)、選擇更好的壓縮機(jī)也有一定效果。

4 優(yōu)化措施

4.1 布局優(yōu)化

系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)要以綠色節(jié)能為基礎(chǔ)，合理規(guī)劃，根據(jù)周邊環(huán)境，制定合理的設(shè)計(jì)方案，才能提高土地利用率、節(jié)能降耗。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于以下標(biāo)準(zhǔn)：1) 貫徹遵守消防、安監(jiān)、環(huán)保相關(guān)法律法規(guī)的要求；2) 總體規(guī)劃，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)順暢、合理，滿足日常生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流的要求；3) 根據(jù)系統(tǒng)自身情況，將同類模塊集中聚集，分區(qū)規(guī)劃，方便管理；4) 結(jié)合公司長(zhǎng)期規(guī)劃目標(biāo)，提前預(yù)留空間[3-4]。

4.2 節(jié)水優(yōu)化

1) 為了節(jié)約水冷用量，工藝流程中優(yōu)先使用空冷換熱，如，循環(huán)汽壓縮機(jī)冷器、CH3OH冷器、穩(wěn)定塔回流預(yù)冷等；

2) 循環(huán)使用蒸汽冷凝水、透平冷凝水，通過(guò)節(jié)約脫鹽水來(lái)減少水的注入；

3) 工藝中的相關(guān)儀器均選擇節(jié)水的型號(hào)。

4.3 廢氣優(yōu)化

CH3OH合成中產(chǎn)生的廢氣有N2、H2S、CO等，廢氣排放總量為22 730 m3/h，尤其開(kāi)關(guān)系統(tǒng)及故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外煙氣，此時(shí)，可采用火炬系統(tǒng)將廢氣轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體。廢氣優(yōu)化方式有：

1) 系統(tǒng)中出現(xiàn)的未凝氣、閃蒸槽產(chǎn)生的閃蒸蒸汽，其中的氮?dú)狻錃狻⒓淄椤COOCH3、CH3OH，可以回收作系統(tǒng)燃料；

2) 高溫爐用49 m煙囪排氣；

3) H回收過(guò)程出現(xiàn)的氣體，其中CO、氫氣、甲烷、乙烷，循環(huán)作燃料氣用；

4) 系統(tǒng)的H循環(huán)模塊可以通過(guò)膜捕集CH3OH合成中馳放氣的H2，高純部分循環(huán)回合成步驟。低純部分通過(guò)吸附模塊提純，用于OCU、凈化分離步驟。PSA、閃蒸汽及未凝氣加壓后回收作燃料氣。合成馳放氣循環(huán)利用流程如圖3所示。

圖3 合成馳放氣回收處理流程

4.4 廢液優(yōu)化

1) 根據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)生廢液的特點(diǎn)，水處理模塊分別有生活污水模塊、生產(chǎn)廢液初處理模塊、廢液深處理及故障應(yīng)急模塊等。

2) CH3OH合成系統(tǒng)廢水(3.9 m3/h)包括生產(chǎn)廢液、儀器場(chǎng)地洗滌水和少量生活污水。有害物質(zhì)包括石油部分、N類、灰塵雜質(zhì)等，導(dǎo)入污水處理廠清理。

3) 生產(chǎn)中出現(xiàn)的冷凝液(97 m3/h)回脫鹽水站循環(huán)利用。

4.5 廢渣優(yōu)化

CH3OH合成系統(tǒng)廢渣來(lái)源有：脫Cl過(guò)程中廢棄的氧化銅催化劑、凈化過(guò)程中廢棄的氧化鋅催化劑、CH3OH反應(yīng)塔中廢棄的的氧化銅催化劑、CH3OH裂解過(guò)程廢棄的鋁鈉催化劑都可回收，吸附塔中廢棄的吸附劑通過(guò)廢料填埋處理。

4.6 噪音優(yōu)化

系統(tǒng)中大多噪音都來(lái)自于各類壓縮機(jī)，為了控制音量應(yīng)兼顧機(jī)器型號(hào)、平面布局等條件。主要措施有：1) 采購(gòu)機(jī)器時(shí)，優(yōu)先購(gòu)買音量控制到位的機(jī)型；2) 對(duì)空冷等噪音較大部件加裝隔音設(shè)備，并對(duì)工人、車間采取隔離保護(hù)；3) 在平面布局設(shè)計(jì)中合理規(guī)劃，充分利用系統(tǒng)本身設(shè)備及距離的作用來(lái)降噪。

4.7 防滲優(yōu)化

1) 基于環(huán)保需要，對(duì)煤制甲醇系統(tǒng)區(qū)域的地面進(jìn)行了硬化處理，提高了防滲能力；

2) 基于《石化防滲標(biāo)準(zhǔn)要求》，對(duì)系統(tǒng)中廢液坑坑底、坑壁及廢液排污管道進(jìn)行了防滲加固改造；

3) 對(duì)生產(chǎn)區(qū)域排污管線的溝槽進(jìn)行了防滲加固。

4.8 監(jiān)測(cè)防治

1) 公司制定了全年排放限額：SO21 065 t、NOx1 466 t、COD 231 t、氨氮18 t以內(nèi)，為此成立了專業(yè)監(jiān)測(cè)中心并分配了6名專職人員，以自身監(jiān)測(cè)站、實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，結(jié)合第三方公司，進(jìn)行污染物的定期監(jiān)測(cè)及不定期故障排查。

1) 對(duì)系統(tǒng)“三廢”排放及周邊環(huán)境的定期監(jiān)測(cè)；2) 當(dāng)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定及發(fā)生意外時(shí)，要立即匯報(bào)并采樣檢驗(yàn)，分析總結(jié)調(diào)查誘因和作用結(jié)果，并及時(shí)予以整改。具體的監(jiān)測(cè)方案如表3所示。

表3 監(jiān)測(cè)方案

2) 在系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)高排放或可能出現(xiàn)故障的位置，依據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分組，每組之間設(shè)置隔離墻，并在組內(nèi)單獨(dú)建設(shè)排污設(shè)備。一旦出現(xiàn)消防危機(jī)，滅火廢水會(huì)流入墻內(nèi)的水槽，成為抵御污染的屏障。區(qū)域內(nèi)建設(shè)的雨水儲(chǔ)存坑，成為抵御污染的又一個(gè)屏障。如果雨水儲(chǔ)存坑溢出，就會(huì)啟動(dòng)排水裝置，此時(shí)我公司建設(shè)的三萬(wàn)立方防災(zāi)水池會(huì)成為最后一個(gè)屏障。一旦發(fā)生事故，廢液處理中心的處理量會(huì)是巨大的，應(yīng)盡量分批分流，降低處理中心的負(fù)荷[5]。

3) 系統(tǒng)中建設(shè)了68 m3的廢液儲(chǔ)存坑、260 m3的雨水儲(chǔ)存坑，來(lái)儲(chǔ)存、處理生產(chǎn)過(guò)程的廢液及地面雨水；2個(gè)坑相鄰，中間設(shè)有屏障。

4) 當(dāng)必須關(guān)閉系統(tǒng)來(lái)維修時(shí)，精餾部分的機(jī)器和線路要排空，為了防止此時(shí)廢棄CH3OH的污染，將其中機(jī)器和線路的排出點(diǎn)都設(shè)置在暗道中，經(jīng)由暗道運(yùn)回粗CH3OH儲(chǔ)備庫(kù)中。

5) 在系統(tǒng)關(guān)閉、停電及發(fā)生故障時(shí)，會(huì)釋放很多可燃廢氣，將這部分有害廢氣導(dǎo)入火炬設(shè)備燃燒。有助于經(jīng)濟(jì)方便地處置故障，同時(shí)最大程度地降低對(duì)大氣的污染。

5 耗資數(shù)據(jù)

煤制甲醇系統(tǒng)綠色優(yōu)化所需資金的預(yù)估如表4所示。

表4 煤制甲醇工藝綠色優(yōu)化的資金預(yù)估

表4顯示，對(duì)煤制甲醇工藝的綠色優(yōu)化所需資金總共6 035萬(wàn)元，占系統(tǒng)總資金的16%，對(duì)煤制甲醇系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障，降低了故障的發(fā)生率，提高了該技術(shù)的環(huán)境友好性。

6 結(jié)語(yǔ)

煤制甲醇工藝復(fù)雜，其高耗高排放一直是公司的難題，通過(guò)對(duì)120萬(wàn)t/a甲醇項(xiàng)目(一期60萬(wàn)t/a)工藝的優(yōu)化，有效彌補(bǔ)了煤制甲醇高耗水、高三廢的缺點(diǎn)，為以后同類項(xiàng)目提供了良好的借鑒。節(jié)水和減排帶來(lái)的不僅是環(huán)保效益；通過(guò)廢物利用、節(jié)約原料，同樣帶給企業(yè)可見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)效益；資源利用的優(yōu)化，更是帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。做好生產(chǎn)技術(shù)的綠色優(yōu)化是以后工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，更是公司能否做大做強(qiáng)的關(guān)鍵，綠色優(yōu)化必須融入到公司的整體管理運(yùn)營(yíng)中，相信通過(guò)工藝改進(jìn)、綠色優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)化工制造的可持續(xù)發(fā)展。