某化工企業清潔生產審核案例分析

梁吉哲

（遼寧省環保集團輻潔生態環境有限公司，遼寧 沈陽 110031）

在整個國民經濟發展中，化工行業具有舉足輕重的地位。化工企業的耗能大，而且會產生大量污染物，如VOCs氣體等，該種氣體中含有大量的揮發性有機化合物，造成污染的嚴重程度較高、范圍也較廣［1-2］。為了保護人體健康和生態環境，不僅需要降低VOCs氣體的排放量，還需要對其進行科學地回收處理，以降低VOCs氣體的有害性[3]。

清潔生產是以節能、降耗、減污、增效為目標，以技術、管理為手段，通過對生產全過程的排污審核、篩選，并實施污染防治措施，消除和減少工業生產對人類健康和生態環境的影響，達到防止工業污染、提高經濟效益雙重目的綜合措施[4]。本文以某化工企業清潔生產審核為例，探討減少能源消耗及VOCs排放量的方案，為此類企業提供一定的借鑒與參考。

1 典型案例分析

1.1 企業概況

某化工企業主要以重芳烴為原料生產芳烴溶劑油，重芳烴分離裝置采用順序分離、正壓-減壓組合、三塔串聯連續操作工藝技術。該公司廢氣的主要來源包括有組織排放廢氣、無組織廢氣和非正常工況下產生的廢氣。排放的無組織廢氣主要是重芳烴分離裝置罐區中的重芳烴、偏三甲苯及高沸點芳烴溶劑#1、高沸點芳烴溶劑#2、高沸點芳烴溶劑#3等儲罐呼吸產生的無組織排放廢氣，生產裝置、管線、閥門等部位油氣揮發產生的無組織排放廢氣以及站臺產品裝車時產生的無組織廢氣，主要污染物為非甲烷總烴等。

1.2 清潔生產水平評估

該企業的工藝路線采用順序分離、正壓-減壓組合、三塔串聯連續操作工藝技術方案，屬于清潔技術方案；重芳烴分離裝置的原料和產品不含有甲苯、二甲苯類，原料已經過精制，屬清潔原料；產品指標與各種產品標準相比為清潔產品。

企業脫輕塔換熱器的換熱面積不足而造成的蒸汽熱效率不高、工藝產生的過剩高溫凝液余熱未合理利用，這些原因造成了企業在用水量、蒸汽用量、用電量等方面都存在很大的提升空間。因此，企業在用電單耗、新鮮水用量和蒸汽消耗方面的清潔生產水平較低。該企業清潔生產水平屬國內一般水平。

1.3 清潔生產潛力評估

審核小組對公司的工藝技術及設備的先進性、原料產品及燃料的清潔性、能耗水平、污染物產生及排放水平、節水能力進行了系統地分析，并判斷公司的清潔生產水平，及時發現公司的主要問題并提出合理的建議。

表1 存在問題及改進方向分析

1.4 清潔生產方案的制定

審核小組針對企業存在的問題共提出10個無/低費方案，3個中/高費方案，本次重點分析高費方案。

1.4.1 VOCs回收系統高費方案分析

（1）技術評估：站臺廢氣回收處理系統的優勢體現在以下幾方面：①新建汽車裝車站臺和火車裝車站臺的廢氣回收處理系統是在裝車過程中，將鶴頸管插入儲罐內部進行裝車，此過程只需一位工作人員，操作容易且不會發生VOCs廢氣泄露現象。②整個站臺回收系統是通過多條管道直接將重整重芳烴處理工藝中產出的偏三甲苯、高沸點芳烴溶劑#1、高沸點芳烴溶劑#2、高沸點芳烴溶劑#3從液相回收，并且將氣相、液相分離產生的VOCs廢氣全部流向氣相管道并收集處理。該方法具有安全方便、效率高的特點。③在裝車過程中，儲罐內廢氣經裝卸口排出后，在負壓集氣罩內集中收集廢氣，比吸附法等對VOCs廢氣的收集有更好的經濟效益，且在運輸過程中不易溢出。④收集的VOCs廢氣將通過管道收集并處置，減少溢出造成二次污染的風險，不會對環境造成影響，還具有安全高效的特點。

綜上所述，新建汽車裝車站臺和火車裝車站臺的廢氣回收處理系統即站臺VOCs回收方案遵循更合適、更環保的原則，在國內技術安全可靠且本企業具備良好實施條件的情況下，該方案在技術方面是可行的。

（2）環境評估：汽車裝車站臺和火車裝車站臺的廢氣排放采用無組織排放方式，裝車過程無法確定VOCs廢氣的填充情況，過量的VOCs廢氣將直接排放到大氣中，每年約有4噸VOCs的廢氣排放，新建汽車裝車站臺和火車裝車站臺的廢氣回收處理系統將減少VOCs廢氣無組織排放約3.9噸（該廢氣回收系統回收效率為97%），其環境效益不容小覷，并且無組織排放的VOCs廢氣具有易燃易爆的特點，可能導致重大事故的發生，將其在氣相管道中運輸并收集處理，可大大降低風險。因此，該方案可減少VOCs的無組織排放，降低因VOCs泄露造成的安全隱患，具有明顯的環境效益。

（3）經濟評估：該方案的主要一次性投資費用包括設備購置費、運輸費、安裝調試費及員工培訓費，共計54萬元，設備過保后的維修費用和風機運行需要的電費每年約為3 000元（風機功率為2.2 kw，每天開機運行時間根據裝車量大小而時間不等，約每天開機4～6小時）。即方案一次性投資54萬元，每年運行成本0.3萬元。很顯然，即使按照設備折舊期50年計算，該方案也沒有經濟可行性。因此，該方案為末端治理項目，雖然經濟效益差，但從長遠的環境效益、消除安全隱患以及公司的綜合實力角度考慮，該方案是可行的。

1.4.2 原料預熱系統改造高費方案分析

由于原料氣預熱的換熱器換熱面積不夠，預熱溫度只能達到90 ℃左右，還需引入新鮮蒸汽進行再加熱，這大大浪費了凝液熱量，增加了新鮮蒸汽的使用量，即增加了生產成本。該公司擬更換現有的換熱設備，通過增大換熱面積，充分利用蒸汽蒸餾后產生的高溫高壓凝液預熱原料氣，而無需加入新鮮蒸汽，從而節約新鮮蒸汽的使用量，降低生產成本。

（1）技術評估：該方案主要是更換換熱器，擬采用標準型管殼式再熱器及配套儀表設施，包括熱電阻、氣動調節閥、轉子流量計。管殼式再熱器的特點：是將管殼作為受熱面對重芳烴原料進行間接加熱，原料在流動狀態下將增大加熱面積，可以使原料充分加熱并均勻受熱，以降低水蒸氣凝液的消耗，提高加熱效率；占地面積小，重量輕，安裝方便，節約土建投資，并且可以最大程度地增加傳熱效率。改造管殼式再熱器系統能夠提高重芳烴原料的進料溫度，減少塔體再沸器的蒸汽使用量。管殼式再熱器的封頭采用整張鋼板，因而成型無拼接、管程易清洗、管壁防結垢、流動阻力小。管殼式再熱器維護費用低，易操作。氣動調節閥的工作原理就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執行器，借助電氣閥門定位器、轉換器、電磁閥、保位閥等附件去驅動閥門，實現開關量或比例式調節，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的流量、壓力、溫度等各種工藝參數。氣動調節閥的特點就是控制簡單、反應快速且安全，不需另外再采取防爆措施。

以上介紹的管殼式再熱器、熱電阻、氣動調節閥、轉子流量計在技術上在國內有著良好的運行使用業績，且技術先進、成熟可靠。因此，該方案在技術上是可行的。

（2）環境評估：重芳烴預熱系統改造成能夠充分利用高溫高壓凝液來加熱原料氣，使之直接達到高沸點芳烴溶劑的沸點，對比原來的換熱器，其對凝汽余熱進行了充分利用，減少了高壓蒸汽的使用，減少了熱能的消耗，每小時節省0.76 t蒸汽，因為企業為24 h連續運轉，按照企業每年生產300天計算，該方案每年可節約蒸汽5 472 t，對環境更為友好。因此，該方案在環境上是可行的。

（3）經濟評估：該方案主要投資共計124.7萬元，包括設備購置費（管殼式再熱器、熱電阻、氣動調節閥、轉子流量計等）、運輸費、安裝調試費。收益為每小時節省0.76 t的蒸汽，每年可節約蒸汽5 472 t，節約蒸汽費用達100.26萬元，即該方案每年或為公司帶來的收益為100.26萬元。設備折舊期按照10年，企業綜合稅率為15%，貼現率為5%。為了對本方案的經濟可行性進行評估，選擇以下指標：

①總投資費用（I）

②年運行費用總節省金額（P）

③年折舊費（D）

④應稅利潤（T）

T=年運行費用總節省金額-年折舊費=P-D=100.26-12.47=87.79萬元

⑤年凈利潤

年凈利潤=應稅利潤-應稅利潤 ×稅率=87.79 -87.79×15%=74.62萬元

⑥年凈現金流量（F）

⑦投資償還期（N）

N=總投資/年凈現金流量=I/F=124.7/87.09=1.43年

⑧凈現值（NPV）

式中：n:設備壽命周期（年），取10；I：貼現率，取5%；j:年份;

K：年貼現值系數，查表可得

⑨內部收益率（IRR）

式中：i1—當凈現值NPV1接近零的正值時的貼現率；

i2—當凈現值NPV2接近零的正值時的貼現率；

評估標準：

投資償還時間＜5年；

凈現值≥ 0（折舊后）；

內部收益率≥銀行利率

綜上所述，方案在技術、環境、經濟上均可行。

1.4.3 蒸汽減溫減壓系統改造高費方案分析

蒸汽減溫減壓系統改造主要是在高溫過熱不飽和蒸汽進入閃蒸裝置之前，通過加裝減溫減壓器并投加科學配比的水，使原高溫過熱不飽和蒸汽變成減溫飽和蒸汽，增加了熱蒸汽的體積，再對原料氣進行加熱。該操作既能保證蒸汽仍具有足夠的溫度和壓力，同時增加了蒸汽量，提高了蒸汽的熱能效率。

（1）技術評估：該方案只需在現有工藝流程的閃蒸裝置之前安裝蒸汽減溫器即可，無需做過多的設備和配套設施的調整。

蒸汽減溫器的技術特點是：減溫裝置調節范圍為額定出口蒸汽流量的10%～100%；減溫裝置保證在此任一工況下均能安全可靠、連續穩定地運行。減溫裝置調節靈敏，適應能力強，二次蒸汽參數穩定。蒸汽減溫器裝置正常運行時，在減溫裝置下面1 m，同時距管壁1 m處測其噪音，不大于85 dB（A)。裝置泄漏等級：減溫水調節閥達到國家標準Ⅳ。

目前，國內外蒸汽減溫減壓器裝置研發技術成熟、安全可靠，該方案在技術方面是可行的。

（2）環境評估：安裝蒸汽減溫器裝置之前，需要4.2 MPa的蒸汽以19.56 t/h的流量才能達到對產品進行加熱處理的溫度條件，現在只需要3.61 MPa的蒸汽就能達到加熱工藝的要求，且每小時可節省1.8 t的過熱不飽和蒸汽，節約蒸汽量為13%，提高熱效率、減少熱能損失將減輕對環境的負擔，是全球提倡的。因此，該方案從環境角度是可行的。

（3）經濟評估：該方案主要投資費用共計98.33萬元，包括設備購置費（減溫減壓器、壓力表等）、運輸費、安裝調試費。方案的主要收益為每小時節省1.8 t的蒸汽，蒸汽目前定價為183.22元/t，因為企業為24 h連續運轉，按照企業每年生產300天計算，方案每年可節約蒸汽12 960 t，節約蒸汽費用達237.45萬元。即方案6每年為公司帶來的收益為237.45萬元。

為了對本方案的經濟可行性進行評估，選擇以下指標進行了計算：

①總投資費用（I）

②年運行費用總節省金額（P）

③年折舊費（D）

④應稅利潤（T）

T=年運行費用總節省金額-年折舊費=P-D=237.45-12.47=87.79萬元

⑤年凈利潤

年凈利潤=應稅利潤-應稅利潤 ×稅率=227.62-227.62×15%=74.62萬元

⑥年凈現金流量（F）

⑦投資償還期（N）

⑧凈現值（NPV）

式中：n：設備壽命周期（年），取10；I：貼現率，取5%；j：年份

K：年貼現值系數，查表可得

⑨內部收益率（IRR）

式中：i1—當凈現值NPV1為接近零的正值時的貼現率；

i2—當凈現值NPV2為接近零的正值時的貼現率；

評估標準：投資償還時間＜5年；凈現值≥0（折舊后）；內部收益率≥銀行利率

1.5 清潔生產方案實施

本輪清潔生產審核產生中/高費方案3項，實施中/高費方案1項。方案主要收益為環境效益。產品裝車過程的儲罐內VOCs廢氣通過裝卸口直接排出至自然環境，造成環境污染且有安全隱患，該方案每年可減少約3.9 t的廢氣排放，大大減少了資源、能源的浪費。總之，開展清潔生產審核工作以來，已實施無/低費方案10項，已實施中/高費方案1項，方案實施后，每年可為企業節水約6萬噸，節約蒸汽約854.4噸，節約用電約48.2萬千瓦時，每年減少VOCs廢氣無組織排放約3.88噸，這些方案的實施在降低物耗、能耗及減輕環境污染的同時，每年可最終獲得直接經濟效益71.29萬元/年。

2 結語

化工企業耗能高、排放的污染物種類多、數量大，而清潔生產為化工行業的創新發展指明了方向，也提供了一條重要的發展道路[5]。本文通過清潔生產實例的分析，為化工企業實現經濟、環境可持續發展提供較好的參考和借鑒。