煤制甲醇生產(chǎn)工藝中主要的環(huán)境風(fēng)險分析

苑玉駿

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

引 言

近年來，隨著化工業(yè)的迅猛發(fā)展，其造成的環(huán)境污染事故頻發(fā)。煤制甲醇生產(chǎn)過程具有涉及氣體有毒、有害等特點，各工藝環(huán)節(jié)皆可能產(chǎn)生環(huán)境風(fēng)險源，使得該行業(yè)生產(chǎn)過程中存在大量的環(huán)境風(fēng)險。本文通過對煤制甲醇工藝過程的分析，從工藝過程涉及的三態(tài)物質(zhì)、工藝設(shè)備及裝置等方面，判斷各工藝環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險源及環(huán)境風(fēng)險。

1 環(huán)境風(fēng)險

環(huán)境風(fēng)險是由于人類活動、人類與自然界共同作用引起，對人類社會及生存環(huán)境等造成不良結(jié)果的事故發(fā)生的可能性。根據(jù)風(fēng)險源潛在危害性大小，可劃分為一般和重大危險源。隨著我國經(jīng)濟近年的快速增長，同時也產(chǎn)生了大量的污染物，不斷爆發(fā)的環(huán)境風(fēng)險問題不得不讓人重視。

2 某煤制甲醇項目概述及生產(chǎn)工藝流程

某企業(yè)年產(chǎn)25萬t甲醇，企業(yè)生活區(qū)建立在山腳下，占地共150萬m2。本文以該企業(yè)煤制甲醇過程分析為對象，進行環(huán)境風(fēng)險分析。甲醇合成一般在高溫高壓的條件下，通過含有少量CO2的合成氣完成相關(guān)反應(yīng)得到。煤制甲醇的工藝流程主要包括六個模塊，流程簡圖如圖1所示。

圖1 煤制甲醇六個模塊及生產(chǎn)簡要過程

3 煤制甲醇工藝重要的生產(chǎn)過程

3.1 煤炭的氣化

煤炭的氣化是以煤為原料，在一定條件下將煤或煤焦中的有機物轉(zhuǎn)化為煤氣的過程。高溫粗煤氣是在高溫高壓反應(yīng)下，由氣化爐下部產(chǎn)出。

3.2 氣化煤氣脫硫以及硫的回收

煤氣的脫硫過程是甲醇生產(chǎn)過程中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。H2S是水煤氣中的主要硫化物，大約占硫總含量的90%。H2S會導(dǎo)致合成過程中催化劑的活性降低并中毒，故需對煤氣進行清洗，去除其中的H2S等硫化物。時作為一種副產(chǎn)品，可回收單質(zhì)硫[1]。

水煤氣的脫硫過程需要分階段、分步驟進行，煤氣的脫硫及硫回收流程，如第104頁圖2所示。

3.3 CO的變換

理想的甲醇合成氣的碳氨比為2.05。水煤氣變換單元實質(zhì)是通過水蒸氣作如下變換反應(yīng)：CO+H2O→CO2+H2，以制氫或調(diào)整合成氣的氫碳比，最后通過換熱及脫水過程制得甲醇原料氣，最終促進甲醇的合成。變換過程的流程簡圖，如第104頁圖3所示。

圖2 煤氣的脫硫及硫回收流程簡圖

圖3 CO的變換過程簡圖

3.4 甲醇的合成工序

來自煤氣化、CO變換及凈化處理后氫碳比約為2的甲醇合成氣進入甲醇合成塔的頂部，在甲醇合成催化劑的作用下，有效組分發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。甲醇合成工序流程圖，如圖4所示。

圖4 甲醇合成工序流程圖

4 煤制甲醇生產(chǎn)工藝中主要的環(huán)境風(fēng)險分析

煤制甲醇過程較復(fù)雜，原煤的準(zhǔn)備過程、煤炭的氣化過程、液體/氣體/固體輸送過程、反應(yīng)過程、蒸餾過程、吸收過程、干燥過程及換熱過程等每個環(huán)節(jié)都存在一定的環(huán)境風(fēng)險[2]。

4.1 原煤的準(zhǔn)備過程

原煤的準(zhǔn)備過程包括篩分和破碎，主要風(fēng)險源有原煤破碎及篩分裝置、噪聲、氨水及煤泥水等。這些風(fēng)險源會造成火災(zāi)、爆炸、粉塵污染、噪聲污染等，具體形式為：1) 由篩分機和破碎機產(chǎn)生的噪聲污染。2) 氣化前為調(diào)整煤漿pH值使用的氨水會造成環(huán)境污染及危害。3) 原煤的運輸、破碎、篩分等環(huán)節(jié)都會不同程度地產(chǎn)生煤塵，其沉積在選煤設(shè)備上，易發(fā)生影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)等機電事故；其達到一定濃度后，遇有明火，易產(chǎn)生爆炸和著火；同時會造成粉塵污染。4) 煤場倉庫、煤堆表面粉塵顆粒的飄散會造成粉塵污染。5) 由于煤泥回收設(shè)備不完善，煤泥水難以管理等問題，會引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險問題和危害。

4.2 煤炭的氣化過程

煤炭的氣化過程主要采用GSP干煤粉氣化工藝，主要風(fēng)險源有粗煤氣、廢水、廢氣及氣廢渣等。這些風(fēng)險源會造成廢氣、廢水等環(huán)境污染，具體形式為：1) 氣化過程中的有害氣體，主要為煤氣的放散與泄露。2) 廢水主要有煤氣發(fā)生站廢水、氣化工藝廢水，廢水中主要污染物的成分為懸浮物、總固體、酪類、焦油等，這些廢水中部分污染物有毒，處理不當(dāng)會損害人的身體健康，廢水中還含有部分易揮發(fā)性氣體，也會給大氣帶來環(huán)境風(fēng)險。

4.3 液體、氣體、固體輸送過程

三態(tài)輸送過程主要風(fēng)險源為輸送過程中的輸送機械、輸送管道及固體物料輸送機械等。這些風(fēng)險源會造成爆炸及廢氣、廢水等環(huán)境污染，具體形式為：1) 若輸送的是易燃體時，設(shè)備和管道沒有良好的接地，將會有發(fā)生爆炸的環(huán)境風(fēng)險。2) 當(dāng)輸送機械的軸封裝置被輸送體腐蝕時，若輸送的是易燃、易爆、有毒體，會造成爆炸及使人類中毒。3) 原料儲存?zhèn)}庫中原料堆表面粉塵顆粒的飄散和飛揚。4) 設(shè)備長期運行易在管道、氣閥、緩沖罐中形成積炭，會在一定條件下引發(fā)自燃及爆炸。5) 皮帶輸送機的轉(zhuǎn)動部位多，極易產(chǎn)生摩擦碰撞打火等引燃物料，在輸送可燃粉塵時可能發(fā)生空間爆炸事故。

4.4 反應(yīng)過程

反應(yīng)過程主要風(fēng)險源為反應(yīng)器。其會造成爆炸及有毒、有害物料外泄，對環(huán)境造成污染。具體形式為：1) 由于反應(yīng)器是一個封閉的系統(tǒng)，隨著反應(yīng)的進行，達到反應(yīng)器的最大許可工作壓力，從而引起危險物質(zhì)的釋放，造成環(huán)境污染。2) 高壓條件下，氫對金屬的腐蝕加劇，產(chǎn)生氫脆，進而引起物料外泄，對環(huán)境造成污染。3) 多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在有攪拌器的反應(yīng)器中進行的放熱反應(yīng)，會存在反應(yīng)溫度急劇上升，可能發(fā)生爆炸事故。4) 由于進出反應(yīng)器的氣體或液體溫度較高，會導(dǎo)致反應(yīng)器尤其是其連接處受熱變形出現(xiàn)泄漏，污染環(huán)境[3]。

4.5 蒸溜過程

蒸溜過程主要風(fēng)險源為待分離物質(zhì)、蒸饋塔等。這些風(fēng)險源會造成有毒物質(zhì)泄漏，造成嚴重的環(huán)境風(fēng)險，具體形式為：1) 進入蒸溜塔的物質(zhì)溫度高、壓力大，且多數(shù)還具有腐蝕性，法蘭、設(shè)備大蓋等易受熱變形出現(xiàn)泄漏，污染環(huán)境。2) 物料中含有揮發(fā)性的有毒氣體，可能通過放空口排放到空氣中，可造成一定的環(huán)境風(fēng)險。3) 當(dāng)蒸餾裝置操作不當(dāng)或者出現(xiàn)故障時，可能導(dǎo)致有毒物質(zhì)泄漏，引發(fā)環(huán)境風(fēng)險。

4.6 吸收過程

此過程主要風(fēng)險源為工藝過程涉及的化學(xué)物質(zhì)及裝置等。這些風(fēng)險源會造成爆炸，有毒物質(zhì)泄漏，造成嚴重的環(huán)境風(fēng)險，具體形式為：1) 洗冷箱內(nèi)氣體泄漏有可爆氣體時，可能引起爆炸事故。2) 生產(chǎn)過程中，存在跑、冒、漏，造成介質(zhì)大量泄漏，可能發(fā)生著火，進而引起爆炸事故，還可能會造成人員中毒，造成一定的環(huán)境風(fēng)險。3) 在停車過程中泄壓速率過快及開停車過程中升溫速率過快等，可能將有毒、有害氣體排入環(huán)境，引發(fā)環(huán)境事故。

4.7 干燥過程

此過程主要風(fēng)險源為物料中含有的風(fēng)險物質(zhì)，干燥設(shè)備等。這些風(fēng)險源會造成粉塵污染、爆炸、有毒物質(zhì)泄漏，造成嚴重的環(huán)境風(fēng)險，具體形式為：1) 物質(zhì)經(jīng)過噴霧干燥后編程粉末狀產(chǎn)品，可能產(chǎn)生粉塵，對廠區(qū)環(huán)境造成污染。2) 物料中含有易揮發(fā)的有毒物質(zhì)及易燃、易爆物質(zhì)時，可能危害人體健康及引發(fā)爆炸事故。

4.8 換熱過程

此過程主要風(fēng)險源為工藝中的化學(xué)物質(zhì)及換熱設(shè)備。這些風(fēng)險源會造成水體環(huán)境污染，引起燃燒和爆炸等，具體形式為：1) 換熱設(shè)備被腐蝕時，可導(dǎo)致物料泄漏到冷卻介質(zhì)水中，而這些物料中大多屬于有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，會造成水體環(huán)境污染。2) 加熱器進行加熱可能造成溫度失控，引起燃燒和爆炸。3) 氟利昂等低沸點介質(zhì)，若發(fā)生泄漏，對環(huán)境造成風(fēng)險。

5 結(jié)語

綜上所述，煤制甲醇項目屬于較為危險的工藝流程，存在較多的環(huán)境風(fēng)險。煤制甲醇主要環(huán)境風(fēng)險包括可燃物質(zhì)、有毒有害物質(zhì)的泄露等，進而造成火災(zāi)、爆炸及環(huán)境污染等重大環(huán)境事故。因此，應(yīng)根據(jù)煤制甲醇工藝生產(chǎn)特點，針對其環(huán)境因素，找出最佳的評價方法，以使其造成的環(huán)境風(fēng)險降到最低。