煤制甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化與節(jié)能減排方法的探討

邢珊珊

（陜西延長石油延安能源化工有限責(zé)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(chǎn)甲醇120萬t，項目一期產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 甲醇項目工藝結(jié)構(gòu)

煤制甲醇生產(chǎn)工藝具備顯著的多碳少氫特點，生產(chǎn)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(jié)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?qū)崿F(xiàn)對空冷換熱的優(yōu)先利用，如穩(wěn)定塔回流預(yù)冷、循環(huán)汽壓縮機冷器；第四，副產(chǎn)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(shè)備治理，廢氣排放量能夠有效降低[1]。

1.2 參數(shù)分析

結(jié)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(biāo)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(chǎn)工藝存在耗能占比較大的合成氣，因此需設(shè)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(yīng)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(chǎn)工藝節(jié)能減排方法

2.1 優(yōu)化系統(tǒng)布局設(shè)計

為實現(xiàn)煤制甲醇生產(chǎn)工藝節(jié)能減排，應(yīng)基于綠色節(jié)能目標(biāo)對系統(tǒng)進行科學(xué)規(guī)劃，設(shè)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(chǎn)系統(tǒng)設(shè)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(guān)要求；第二，基于總體規(guī)劃保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理、順暢，滿足生產(chǎn)、物流、倉儲等環(huán)節(jié)的需要；第三，集中聚集同類模塊，結(jié)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(biāo)，保證空間預(yù)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(yù)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(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)備于空冷等噪音較大部件，車間、工人設(shè)置隔離保護，輔以合理的平面布局規(guī)劃設(shè)計，降噪充分實現(xiàn)了對距離和系統(tǒng)本身設(shè)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(biāo)，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(guān)系統(tǒng)會導(dǎo)致煙氣的額外產(chǎn)生，因此優(yōu)化將生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(chǎn)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(zé)對低純部分的提純，之后用于凈化分離、OCU 步驟（烯烴轉(zhuǎn)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(yīng)急模塊、廢液深處理模塊等負責(zé)，這類模塊的設(shè)計充分結(jié)合了案例項目的工藝特點。煤制甲醇生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢水涉及儀器場地洗滌水、生產(chǎn)廢液、少量生活污水，N 類、石油部分、灰塵雜質(zhì)等屬于主要有害物質(zhì)，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(nèi)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(biāo)，案例企業(yè)科學(xué)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(nèi)，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，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(yīng)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(jīng)常性開展冷卻機的化學(xué)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(jīng)常出現(xiàn)高排放的位置，結(jié)合監(jiān)測點分組，將隔離器設(shè)置于每組間，同時單獨設(shè)置排污設(shè)備。如消防危機出現(xiàn)，流入墻內(nèi)水槽的滅火廢水能夠用于污染抵御，同時針對性建設(shè)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(zāi)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(shè)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(chǎn)廢液的存儲及處理需要，二者相連設(shè)置，并設(shè)置屏障于中間。如生產(chǎn)系統(tǒng)的維修需要關(guān)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(shè)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(guān)閉系統(tǒng)時，可燃廢氣會大量釋放，因此通過火炬設(shè)備燃燒處理部分有害廢氣，大氣污染問題能夠通過這種經(jīng)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(yù)估，結(jié)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(chǎn)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(yù)估

3 結(jié)論

綜上所述，煤制甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化與節(jié)能減排存在較高現(xiàn)實意義。在此基礎(chǔ)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(chǎn)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。