二氧化碳回收項目環境影響分析及控制方法

張千 呂敏敏 于學超

1 南京科泓環保技術有限責任公司山東分公司2 東營天璽環保科技有限公司 3 山東文華環保科技有限公司

隨著燃油的大量消耗，大氣中二氧化碳濃度的升高，不僅加劇了溫室效應，還造成了資源的浪費。利用高效的回收技術，二氧化碳可以被工業、農業、輕工業等工業部門回收，實現廢物的資源化。目前有許多回收利用二氧化碳的方式，在實際應用中，要結合化工生產的具體情況，結合不同的工藝特性，提高回收利用率。2020 年12 月，中央經濟工作會議把實現碳達峰、實現碳中和列為2021 年重點工作。明確提出要提高節約能源、保護生態環境、提高可持續發展能力，大力推廣節約、替代、循環利用、治理污染的先進、實用技術，增加節能和環保投資。因此，降低CO2的排放量，重新使用已有的二氧化碳，是迫切需要解決的問題。

1 項目概述

現有甲醇制氫裝置1 套，產生大量二氧化碳，二氧化碳收集后用途較多，可用于生產工業級、食品級二氧化碳和干冰，作為原料參與二氧化碳加氫制甲醇、制烯烴，二氧化碳合成制碳酸二甲酯和二氧化碳礦化利用及參與微藻固定CO2轉化為生物燃料和化學品等，故回收二氧化碳均有較高的環境效益和經濟效益。因此在甲醇制氫裝置基礎上，建設二氧化碳吸附設施，占地面積700m2，配備二氧化碳壓縮機、制冷機等設備以及儲運、裝車等配套設施。建成后年產液體二氧化碳15 萬t，總投資4300 萬元。

2 工藝流程及產排污分析

2.1 原輔材料消耗情況

甲醇制氫裝置二氧化碳氣消耗量10270Nm3/h，含二氧化碳97.8%，來自甲醇制氫裝置；吸附床填料30t/次，主要由硅藻土等組成，4 年更換一次。原料氣組分見表1。

表1 原料氣組分表

2.2 水平衡分析

2.2.1 給水分析

用水主要為職工生活用水、循環水系統用水。按14 人，工作333d，50L/人·d 定額計算，生活用水量為233.1t/a。循環水系統為375m3/h，補水率為1.5%，循環系統補水量為5.625m3/h（135m3/d，44955m3/a），故項目新鮮水用量為45188.1t/a。

2.2.2 污水分析

運營期廢水主要為職工生活污水、循環水系統排污水。生活污水量按生活用水的80%計算，生活污水產生量為186.48t/a。循環冷卻系統排污量按照補水量的20%計算，則排污量為8991t/a，送廠區污水處理站處理。

2.3 工藝流程分析

2.3.1 二氧化碳精制工段

二氧化碳氣由甲醇制氫裝置引來，在0.01MPa、40℃條件下進入界區緩沖罐，再進入二氧化碳壓縮機，增壓后進入穩壓罐，經穩壓后的原料氣進入吸附床中脫除雜質。吸附床設計為2 個，吸附和再生輪換操作，實現吸附和再生過程自動化輪換操作，生產連續進行。

凈化后的氣體從吸附床底部引出進入預冷器中，與精餾塔引來的殘氣進行熱交換降溫后，送入液化器中液化。二氧化碳液化后進入精餾塔中，絕大部分液態二氧化碳流到塔底再沸器，溶解在液態二氧化碳中的輕組分被趕至塔頂排出，合格的液態二氧化碳從再沸器底部的管口引出，經節流降壓送過冷器降溫過冷。部分沒有被液化的氣態二氧化碳和其它輕組分由精餾塔塔頂排出，通過閥門節流降壓進入預冷器中回收冷量后，作為再生氣體經吸附床電加熱器加熱至250℃，反向進入吸附床對其進行解析再生，解析氣排入廠區現有火炬系統。本項目二氧化碳液化選用丙烷作為制冷劑，制冷劑在換熱器與制冷壓縮機之間循環使用。產污環節：裝置區廢氣G1；噪聲N；吸附床廢填料S1。

2.3.2 液體二氧化碳儲存工段

過冷液體二氧化碳（-17℃、2.5MPa）送至產品罐區二氧化碳儲罐儲存，液體二氧化碳采用成品裝車泵、成品裝車鶴管裝車后外售。產污環節：噪聲N。

2.4 污染物排放分析

二氧化碳來源于3 Nm3/h 甲醇制氫裝置，故對該裝置進行分析，其生產工藝流程及產污環節見圖1。

圖1 裝置工藝流程及產污環節圖

有組織廢氣主要為導熱油爐煙氣（G1-1），甲醇制氫裝置分解變換反應廢催化劑（S1-1），VPSA 脫碳工序廢吸附劑（S1-2），PSA 提氫工序廢吸附劑（S1-3），廢導熱油（S1-4）。該廠區現有及在建污染物排放情況見表2。

表2 現有及在建污染物排放情況

3 環境現狀分析

對所在地空氣及地表水環境質量進行分析，由于正常運營過程中不存在地下環境污染途徑，周邊無地下水敏感點，且外周邊50m 范圍內不存在聲環境保護目標，故不地下水和聲環境進行分析。

3.1 空氣環境質量

根據該地區2021 年度空氣質量與去年同期對比表監測數據，環境空氣質量現狀監測評價結果見表3。結果表明，所在地的大氣污染狀況不符合《環境空氣質量標準》，PM10和 PM2.5指標均有超標，屬于不達標地區。PM2.5和PM10的超標主要與城市植被覆蓋率低、路面揚塵多有關。

表3 環境空氣質量對比表

3.2 地表水環境質量

所在地地表水主要為河流。根據東監測斷面的監測數據可知，CODcr的監測濃度為13mg/m3、氨氮的監測濃度為0.74mg/m3，CODcr、氨氮監測濃度均能滿足V 類水質標準要求。

4 環境影響及保護措施

4.1 空氣環境

廢氣主要為裝置區無組織廢氣G1。精餾塔塔頂捕集二氧化碳后釋放氣體，經預冷器回收部分冷量后，作為再生氣體經吸附床電加熱器加熱至250℃，反向進入吸附床對其進行解析再生，解析氣排入火炬系統。采用丙烷作為制冷劑，制冷系統安全閥間歇性泄放尾氣，尾氣排入火炬系統。生產裝置區無組織排放的氣體主要有逸散的二氧化碳、VOCs。由于反應器和管道、閥門等連接處產生泄漏，會有少量無組織排放的氣體。

該生產裝置采用了先進的工藝，最大限度地減少了密封點，減少了廢氣的排放。加強對設備、管道、閥門等連接部件的檢查，及時進行替換；減少在密封位置的泄漏；同時，在設備區域使用 LDAR 技術，可有效地減少泄漏。美國國家環境保護局估計，采用 LDAR 技術可以減少56%VOC排放量。

按照相關技術規程，對設備及管線組件密封部位揮發性有機物的年排放量進行計算，得到0.006 t/a 的無組織排放，經過處理后，符合排放標準，對環境影響不大。

4.2 水環境

廢水主要為生活污水、循環水系統排污水。生活污水產生量為186.48t/a，經化糞池后排入廠區污水處理站；循環冷卻系統排污量按照補水量的20%計算，則排污量為8991t/a，送廠區污水處理站處理。廢水中COD、NH3-N 滿足V 類標準，經濕地外排河道。

廠區內現有200t/h 的污水處理站進行改造后，新加油水分離器+新建渦凹+溶氣氣浮+HUSB 罐+A/O+多介質+兩級臭氧+兩級BAF。廠區污水處理站現有處理量為17.56t/h，增加廢水處理量為1.15t/h（9177.48t/a），能夠滿足廢水處理需求，CODcr排放濃度為25.1mg/L，NH3-N 排放濃度為0.517mg/L。因此產生的廢水能合理處理，不會對周圍地表水環境造成影響。

4.3 固廢環境

產生的固廢主要包括生活垃圾、危險廢物。危險廢物為吸附床廢填料S1、廢機油S2 和廢機油桶S3。生活垃圾產生量為2.331t/a。生活垃圾收集后委托環衛部門定期清運。

吸附床廢填料產生量為30t/4a，暫存于危險廢物暫存間后委托處理。在工藝進行過程中機械運轉使用機油，設備檢修會更換機油，每年更換一次，年產生量約為0.02t/a，暫存于危險廢物暫存間后委托處理。機油用量為0.01t/a，機油容重按10kg/桶，機油桶重量按0.5kg/只，則廢機油桶產生量為0.0005t/a，暫存于危險廢物暫存間后委托處理。

現有危廢暫存間貯存能力為1100t，新增危廢產生量較少，現有危廢貯存間可供儲存。加強環保管理，加強各類污染治理，加強對固體廢物的安全處置，是降低環境污染的有效途徑。

5 結語

通過對二氧化碳回收工藝進行分析，將其分為二氧化碳精制及液體二氧化碳儲運工段。在二氧化碳再資源化的過程中，既能有效回收二氧化碳，又不對周邊環境產生較大影響，從環境保護角度考慮，是合理、可行的。