煤制甲醇生產工藝優化與節能減排策略

馮 璐

(同煤廣發化學工業有限公司，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品。而且，CH3OH的燃燒性質和汽油相近，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，環保性大大高于傳統汽油，能更好地替代汽油。CH3OH在化工原料市場和新型燃料市場，均有廣闊前景。

同煤廣發化學工業有限公司年產120萬t甲醇項目(一期60萬t/a)是同煤集團優化產業結構、實現煤炭可持續利用的重大項目。該制備系統包含空分、氣化、凈化、硫回收、甲醇合成4部分。具體的工藝結構詳見圖1。

圖1 煤制CH3OH工藝結構

甲醇合成引進了丹麥托普索合成工藝，該工藝使用2個合成器，節約原料、能耗小、操作方便，且合成率高。合成工藝詳見圖2。

2 技術特點

煤制甲醇法一個明顯的特點是多碳少氫，對H2O的消耗量巨大，且制備過程中“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，對環境十分不利。針對以上不足，同煤廣發化學工業有限公司所用的丹麥托普索合成工藝具備以下特點：1) 合成1.9 MPa蒸汽，更節能；2) 能循環滲透氣，且分別通過膜分離、PSA從弛放氣、非滲透氣中回收H，增加了H的循環利用，節約了原料，降低了CO2排放；3) 工藝流程中優先使用空冷換熱來節約水冷用量，如，循環汽壓縮機冷器、CH3OH冷器、穩定塔回流預冷；4) 副產的閃蒸蒸汽、未凝汽、PSA廢氣返回蒸汽加熱爐，重新作為燃料，節約原料氣；5) 循環使用蒸氣冷凝水、透平冷凝水，節約脫鹽水；6) 通過火炬設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 參數分析

第99頁表1、表2分別列出了每噸CH3OH的能耗數據及不同技術手段下甲醇合成的能耗比較。

表1 每噸CH3OH能耗

表2 多種CH3OH合成技術的比較

由表2知，本項目合成1 t CH3OH總能耗38.501 GJ，折1.126 4 t標煤，是Natural gas法、聯合法技術中最大的。因為本項目合成MTO CH3OH，不需精餾，未包括精餾環節的各項能耗，因此所得數據明顯少于精CH3OH系統，但即使加入了精餾部分，本項目的能耗水平也是國內煤制甲醇的佼佼者。

由表1知，合成氣耗能占比很大，因此優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，因此對系統的能量回收循環、選擇更好的壓縮機也有一定效果。

4 優化措施

4.1 布局優化

系統的布局設計要以綠色節能為基礎，合理規劃，根據周邊環境，制定合理的設計方案，才能提高土地利用率、節能降耗。系統的設計基于以下標準：1) 貫徹遵守消防、安監、環保相關法律法規的要求；2) 總體規劃，使系統結構順暢、合理，滿足日常生產、倉儲、物流的要求；3) 根據系統自身情況，將同類模塊集中聚集，分區規劃，方便管理；4) 結合公司長期規劃目標，提前預留空間[3-4]。

4.2 節水優化

1) 為了節約水冷用量，工藝流程中優先使用空冷換熱，如，循環汽壓縮機冷器、CH3OH冷器、穩定塔回流預冷等；

2) 循環使用蒸汽冷凝水、透平冷凝水，通過節約脫鹽水來減少水的注入；

3) 工藝中的相關儀器均選擇節水的型號。

4.3 廢氣優化

CH3OH合成中產生的廢氣有N2、H2S、CO等，廢氣排放總量為22 730 m3/h，尤其開關系統及故障時會產生額外煙氣，此時，可采用火炬系統將廢氣轉化為無害氣體。廢氣優化方式有：

1) 系統中出現的未凝氣、閃蒸槽產生的閃蒸蒸汽，其中的氮氣、氫氣、甲烷、HCOOCH3、CH3OH，可以回收作系統燃料；

2) 高溫爐用49 m煙囪排氣；

3) H回收過程出現的氣體，其中CO、氫氣、甲烷、乙烷，循環作燃料氣用；

4) 系統的H循環模塊可以通過膜捕集CH3OH合成中馳放氣的H2，高純部分循環回合成步驟。低純部分通過吸附模塊提純，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 廢液優化

1) 根據系統產生廢液的特點，水處理模塊分別有生活污水模塊、生產廢液初處理模塊、廢液深處理及故障應急模塊等。

2) CH3OH合成系統廢水(3.9 m3/h)包括生產廢液、儀器場地洗滌水和少量生活污水。有害物質包括石油部分、N類、灰塵雜質等，導入污水處理廠清理。

3) 生產中出現的冷凝液(97 m3/h)回脫鹽水站循環利用。

4.5 廢渣優化

CH3OH合成系統廢渣來源有：脫Cl過程中廢棄的氧化銅催化劑、凈化過程中廢棄的氧化鋅催化劑、CH3OH反應塔中廢棄的的氧化銅催化劑、CH3OH裂解過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廢料填埋處理。

4.6 噪音優化

系統中大多噪音都來自于各類壓縮機，為了控制音量應兼顧機器型號、平面布局等條件。主要措施有：1) 采購機器時，優先購買音量控制到位的機型；2) 對空冷等噪音較大部件加裝隔音設備，并對工人、車間采取隔離保護；3) 在平面布局設計中合理規劃，充分利用系統本身設備及距離的作用來降噪。

4.7 防滲優化

1) 基于環保需要，對煤制甲醇系統區域的地面進行了硬化處理，提高了防滲能力；

2) 基于《石化防滲標準要求》，對系統中廢液坑坑底、坑壁及廢液排污管道進行了防滲加固改造；

3) 對生產區域排污管線的溝槽進行了防滲加固。

4.8 監測防治

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，為此成立了專業監測中心并分配了6名專職人員，以自身監測站、實驗室為基礎，結合第三方公司，進行污染物的定期監測及不定期故障排查。

1) 對系統“三廢”排放及周邊環境的定期監測；2) 當系統工作不穩定及發生意外時，要立即匯報并采樣檢驗，分析總結調查誘因和作用結果，并及時予以整改。具體的監測方案如表3所示。

表3 監測方案

2) 在系統經常出現高排放或可能出現故障的位置，依據監測點分組，每組之間設置隔離墻，并在組內單獨建設排污設備。一旦出現消防危機，滅火廢水會流入墻內的水槽，成為抵御污染的屏障。區域內建設的雨水儲存坑，成為抵御污染的又一個屏障。如果雨水儲存坑溢出，就會啟動排水裝置，此時我公司建設的三萬立方防災水池會成為最后一個屏障。一旦發生事故，廢液處理中心的處理量會是巨大的，應盡量分批分流，降低處理中心的負荷[5]。

3) 系統中建設了68 m3的廢液儲存坑、260 m3的雨水儲存坑，來儲存、處理生產過程的廢液及地面雨水；2個坑相鄰，中間設有屏障。

4) 當必須關閉系統來維修時，精餾部分的機器和線路要排空，為了防止此時廢棄CH3OH的污染，將其中機器和線路的排出點都設置在暗道中，經由暗道運回粗CH3OH儲備庫中。

5) 在系統關閉、停電及發生故障時，會釋放很多可燃廢氣，將這部分有害廢氣導入火炬設備燃燒。有助于經濟方便地處置故障，同時最大程度地降低對大氣的污染。

5 耗資數據

煤制甲醇系統綠色優化所需資金的預估如表4所示。

表4 煤制甲醇工藝綠色優化的資金預估

表4顯示，對煤制甲醇工藝的綠色優化所需資金總共6 035萬元，占系統總資金的16%，對煤制甲醇系統的穩定生產提供了保障，降低了故障的發生率，提高了該技術的環境友好性。

6 結語

煤制甲醇工藝復雜，其高耗高排放一直是公司的難題，通過對120萬t/a甲醇項目(一期60萬t/a)工藝的優化，有效彌補了煤制甲醇高耗水、高三廢的缺點，為以后同類項目提供了良好的借鑒。節水和減排帶來的不僅是環保效益；通過廢物利用、節約原料，同樣帶給企業可見的經濟效益；資源利用的優化，更是帶來巨大的社會效益。做好生產技術的綠色優化是以后工業發展的趨勢，更是公司能否做大做強的關鍵，綠色優化必須融入到公司的整體管理運營中，相信通過工藝改進、綠色優化，能實現化工制造的可持續發展。