煤制烯烃扩能改造项目大气污染物排放总量控制策略研究_段潍超.pdf

■ 煤炭深加工 煤制烯烃扩能改造项目 大气污染物排放总量控制策略研究 段潍超1, 滕 巍2, 卢 磊3 1. 青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司, 山东 青岛 266555; 2. 生态环境部 环境工程评估中心, 北京 100012; 3. 中国石油大学华东, 山东 青岛 266555 摘 要 通过分析典型的 60 万 t/ a 聚烯烃扩能改造至 130 万 t/ a 的煤制烯烃项目, 采用不 新建自备电厂、 充分利用现有储罐、 在满足排放标准的情况下进一步降低硫回收和低温甲醇洗 尾气中的二氧化硫和甲醇浓度等措施, 可实现 SO2减少排放 535. 38 t/ a, NOx减少排放 525. 59 t/ a, 颗粒物减少排放 88. 86 t/ a, VOCs 减少排放 217. 33 t/ a。 关键词 煤制烯烃; 改扩建; 大气污染物; 减排; 可行性研究 中图分类号 X741. 53 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202010-0046-04 收稿日期 2020-09-15 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 10. 013 作者简介 段潍超1991, 男, 山东济南人, 2015 年毕业于中国石油大学华东环境科学与工程专业, 工学硕士, 青岛欧赛斯环境与 安全技术有限责任公司部门经理, 工程师。 引用格式 段潍超, 滕 巍, 卢 磊. 煤制烯烃扩能改造项目大气污染物排放总量控制策略研究 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202010 46-49. 基于我国 “富煤、 贫油、 少气” 的能源特 点, 煤炭一直以来都是我国的主体能源和重要原 料。 煤制烯烃开创了煤基能源化工产业的新途 径, 对保障国家能源安全具有重要意义[1-2]。 据 调研, 自 2011 年以来, 我国已建煤制烯烃项目 达到 12 个, 行业发展已初具规模[3], 且发展势 头不减 在建项目 15 个, 且有部分项目正在 或计划实施扩能改造工程。 经历近 10 a 的探索, 煤制烯烃项目工程示范 已达到预期, 但行业环保效益仍有提升空间[4-5]。 为改善大气环境质量, 探索煤制烯烃扩能改造项 目的大气污染物排放总量控制策略, 对行业转型 升级、 高质量发展具有重要意义。 文中以典型的煤制烯烃扩能改造项目产能 由现有的 60 万 t/ a 提升为 130 万 t/ a为研究对 象, 分析了常规污染物SO2、 NOx、 颗粒物以 及特征污染物挥发性有机物的排放总量控制手 段, 以期为同类型煤制烯烃扩能项目的环保效益 提升提供借鉴。 1 研究对象简介 现有工程以煤为原料, 以水煤浆加压气化技 术为龙头, 经煤制甲醇、 甲醇制烯烃后, 得到聚 乙烯、 聚丙烯等产品。 扩能改造项目基本与现有 工程采用相同的技术路线, 并且两项目在生产上 互相依托, 其主体生产工艺依托关系见图 1。 2 现有工程大气污染物排放分析 2. 1 常规污染物排放 现有工程有组织废气污染源主要为自备锅炉 尾气、 硫回收尾气、 甲醇合成装置蒸汽过热炉烟 气、 MTO 再生器排气、 高架火炬、 地面火炬以及 两聚装置工艺废气等。 选取全厂连续稳定生产年 的 SO2、 NOx、 颗粒物的排放数据, 详见表 1。 由表 1 可知, 自备锅炉是现有工程重要的大 气常规污染物排放源, 其 SO2、 NOx和颗粒物的 64 煤炭加工与综合利用 COAL PROCESSING 工艺有组织排放和燃烧烟气排放核算方法 为实测法, 核算结果见表 3。 由表 2、 表 3 可知, 现有的 7 台甲醇内浮顶 储罐为储罐排放的主要源项, 可占现有工程所有 储罐排放的 63. 03; 低温甲醇洗尾气排气筒挥 发性有机物排放量占工艺有组织排放总量的 97. 98, 自备电厂锅炉排气筒挥发性有机物排 放量占燃烧烟气排放总量的 99. 45。 表 2 现有工程有机液体储存与调和挥发损失 VOCs 核算关键参数 源项数量/ 座单个罐容积/ m3周转量/ ta -1 锈蚀程度VOCs 排放量/ ta -1 内浮 顶罐 甲醇储罐215 00081 255中锈6. 36 MTO 级甲醇储罐510 0001 944 300中锈84. 65 MTBE 储罐25 0005 353中锈40. 28 固定 顶罐 甲醇卧罐110078 0004. 75 甲醇油储罐155700. 89 甲醇中间罐21 00003. 98 粗甲醇11 0007 0002. 44 C4综合利用25 00050 0000. 30 产品储罐21 0008 9220. 04 C4综合利用 产品中间储罐 2 1 1 122 166 89 0 0 0 0. 01 0. 49 0. 20 3 扩能改造污染物排放消减策略 扩能改造项目与现有工程规模接近、 工艺类 似, 为便于对比, 将扩能改造项目排放量与现有 工程排放量对比。 74 2020 年第 10 期段潍超, 等 煤制烯烃扩能改造项目大气污染物排放总量控制策略研究 3. 1 采用直供电方案 现有工程建有 4 台 480 t/ h 高温高压煤粉锅 炉和 2 台 50 MW 抽凝式汽轮发电机组。 扩能改 造项目采用直供电方案, 即不建燃煤锅炉、 汽轮 发电机组和余热发电机组, 在工艺装置防爆区域 内的压缩机采用蒸汽驱动, 空分装置、 CO2压缩 等非防爆区内的压缩机采用电驱。 扩能改造项目运行后, 现有工程锅炉运行方 式不变, 即四台锅炉三开一备, 通过降低两台 50 MW 汽轮发电机组的发电量或停一台发电来平衡 全厂蒸汽用量。 由于发电负荷降低, 现有工程缺 少的电量采用外购电方式补充。 由表 1、 表 2 可知, 采用直供电方案, 扩能 改造项目不再新建燃煤锅炉, 将减少 SO2排放 512. 95 t/ a, NOx 525. 59 t/ a, 颗 粒 物 排 放 88. 86 t/ a, VOCs 排放 72. 17 t/ a。 表 3 现有工程工艺有组织排放和 燃烧烟气排放 VOCs 核算结果 源项 VOCs 排放量/ ta -1 工艺有 组织排放 气化真空泵分离器排气筒0. 10 气化除氧水槽排气筒0. 11 MTO 再生器排气筒0. 62 低温甲醇洗排气筒121. 35 两聚装置有机废气排气筒 0. 01 地面火炬排气筒1. 69 燃烧烟气 排放 自备电厂锅炉排气筒72. 17 甲醇合成蒸汽过热炉排气筒0. 40 3. 2 充分利用现有储存设施 煤制烯烃项目生产过程中, 涉 VOCs 的物料 主要有中间产品甲醇、 乙烯、 丙烯、 碳四、 碳五 及以上组分以及副产物 MTBE 等。 正常工况下, 因储存、 调和造成大量 VOCs 排放的主要为甲 醇、 MTBE 等常压储罐; 乙烯、 丙烯、 碳四等储 存在压力储罐 中, 基 本 无 VOCs 排 放。 相 比 MTBE 等产品, 甲醇年产量大约 180 万 t/ a, 因此甲醇储罐的 “呼吸” 排放应重点进行管控。 现有工程甲醇均储存在内浮顶储罐中, 内浮 顶储罐损耗包括边缘密封损耗、 挂壁损耗、 浮盘 附件损耗、 浮盘缝隙损耗。 扩能改造项目不再新 建甲醇储罐, 而是利用现有的 7 台内浮顶储罐。 如此一来, 将大幅减少新建储罐造成的边缘密封 损耗、 浮盘附件损耗和浮盘缝隙损耗。 经核算, 利用现有甲醇储罐比新建甲醇储罐的 VOCs 排放量 减少 90. 84 t/ a, 详见表 4, 相关核算参数见表 5。 表 4 新建甲醇罐与利用现有甲醇罐 VOCs 排放量对比一览 VOCs 排放量/ ta -1 新建利用现有 减排量/ ta -1 91. 010. 1790. 84 3. 3 进一步约束主要排气筒排放浓度 煤制烯烃项目主要排放筒包括硫回收装置尾 气以及低温甲醇洗装置尾气, 主要污染物分别为 SO2和甲醇。 目前煤制烯烃尚无行业排放标准, 现有工程多执行 GB162971996 大气污染物综 合排放标准, 标准值较为宽松; 扩能改造项目 在满足更严格的 GB315702015 石油炼制工业 污染物排放标准 和 GB 315712015 石油化 学工业污染物排放标准 的基础上, 进一步降低 污染物排放浓度, 可有效降低 SO2和甲醇的排放 量, 其计算结果详见表 6。 表 5 甲醇内浮顶储罐 VOCs 排放量 核算关键参数 项目参数 容积/ m310 000 密封选型气态镶嵌边缘刮板 罐体油垢因子0. 007 5 浮盘类型浮筒式 表 6 扩能改造后硫回收与低温甲醇洗污染物可消减量 污染源 污染 因子 现行排放 标准/ mgm -3 现有工程 排放浓度/ mgm -3 现有工程 排放量/ ta -1 扩能改造 参照标准/ mgm -3 扩能改造项 目排放浓度/ mgm -3 扩能改造工 程排放量/ ta -1 减排量/ ta -1 硫回收装置尾气SO2960236. 5928. 67100916. 2422. 43 低温甲醇装置洗尾气甲醇19055. 41121. 38503067. 0654. 32 注 硫回收尾气经焚烧碱洗后可保证排放质量浓度稳定达到91 mg/ m3, 该措施作为可行技术已广泛应用于石化行业; 低温甲醇洗尾 气中的甲醇一般经水洗塔水洗后排放, 通过保证足够的塔盘数量、 洗涤塔高度及洗涤水量, 可保证甲醇排放质量浓度稳定达到 30 mg/ m3。 84 煤炭加工与综合利用2020 年第 10 期 4 总 结 160 万 t/ a 煤制烯烃产能提升为 130 万 t/ a 充分依托现有工程, 采用直供电方案, 利用现有 甲醇储罐, 可大幅减少大气污染物的排放, 实现 SO2减排 512. 95 t/ a, NOx减排 525. 59 t/ a, 颗粒 物减排 88. 86 t/ a, VOCs 减排 163. 01 t/ a。 2对硫回收尾气排气筒排放的 SO2、 低温 甲醇洗尾气排气筒排放的甲醇在满足石油炼制、 石油化工排放标准的前提下, 进一步降低排放浓 度, 能够实现 SO2减排 22. 43 t/ a, VOCs 减排 54. 32 t/ a。 参考文献 [1] 郭富强, 丁建伟, 刘昆仑, 俞 乔. 煤炭清洁高效利用 发展现状及趋势展望 [J]. 煤炭加工与综合利用, 2019 12 55-60. 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