張 蓓,郝莉莉
(1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,天津300131;2.海洋石油富島有限公司)
化肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資料,其主要產(chǎn)品包括氮肥、磷肥、鉀肥等。在整個(gè)氮肥制造業(yè)中,尿素是目前固體氮肥中含氮量較高的化肥。中國(guó)已于2006年頒布實(shí)施了《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)氮肥制造業(yè)》(HJ/T 188—2006)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1],為氮肥裝置清潔生產(chǎn)水平評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。隨著氮肥制造業(yè)資源與能源效率的提高,某些氮肥裝置的資源能源利用指標(biāo)早已達(dá)到并優(yōu)于HJ/T 188—2006中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。在這種情況下,整理匯總現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外氮肥裝置在資源能源利用指標(biāo)方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)已成為進(jìn)一步衡量氮肥裝置清潔生產(chǎn)水平、挖掘氮肥裝置清潔生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵。
在開(kāi)展清潔生產(chǎn)水平評(píng)估時(shí),清潔生產(chǎn)水平需要以清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系為主要依據(jù)加以評(píng)估和判斷,并分別從理論值、清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)值、清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系值、文獻(xiàn)報(bào)道值(如產(chǎn)業(yè)/發(fā)展規(guī)劃值、單位產(chǎn)品消耗定額值、學(xué)術(shù)期刊與研究報(bào)告的相關(guān)數(shù)據(jù)等)、企業(yè)最優(yōu)值等方面進(jìn)行指標(biāo)對(duì)比以明確清潔生產(chǎn)潛力。清潔生產(chǎn)水平評(píng)估的分析思路詳見(jiàn)圖1。
圖1 清潔生產(chǎn)水平評(píng)估的分析工作思路
HJ/T 188—2006中,氮肥裝置在資源能源利用指標(biāo)方面開(kāi)展清潔生產(chǎn)水平評(píng)估時(shí)所涉及的主要指標(biāo):綜合能耗(GJ/t,以每 1 t NH3計(jì),下同)、新鮮水用量(t/t,以每1 t NH3計(jì),下同)、尿素生產(chǎn)中氨消耗量(kg/t,以每 1 t尿素計(jì),下同)、氨利用率(%)、水循環(huán)利用率(%)。在《氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《試行體系》)[2]中,關(guān)于資源能源消耗指標(biāo)包括綜合能耗、潤(rùn)滑油消耗量、催化劑消耗量、新鮮水消耗量、用電量5個(gè)方面,與HJ/T 188—2006中涉及的相關(guān)指標(biāo)名目有所不同。
因HJ/T 188—2006晚于《試行體系》頒布實(shí)施,故對(duì)氮肥裝置資源能源消耗指標(biāo)的分析可暫以HJ/T 188—2006涉及的指標(biāo)為準(zhǔn)。
氮肥裝置的理論能耗值可分別按照氨合成過(guò)程化學(xué)反應(yīng)方程式、尿素反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)方程式計(jì)算得到。根據(jù)氨合成反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式,通過(guò)反應(yīng)物和生成物的焓值計(jì)算得到理想狀態(tài)下的每1 t氨理論能耗為21.28 GJ。根據(jù)尿素合成反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式,通過(guò)反應(yīng)物和生產(chǎn)物的焓值計(jì)算得到理想狀態(tài)下的每1 t尿素綜合能耗為-6.22 GJ。
采用HJ/T 188—2006對(duì)氮肥制造業(yè)的清潔生產(chǎn)水平進(jìn)行判定。HJ/T 188—2006中規(guī)定了氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)值:綜合能耗值≤38.0 GJ/t(一級(jí))、≤48.0 GJ/t(二級(jí))、≤53.0 GJ/t(三級(jí));新鮮水消耗量≤20.0 t/t(一級(jí))、≤40.0 t/t(二級(jí))、≤60.0 t/t(三級(jí));生產(chǎn)尿素的氨消耗量≤575.0 kg/t(一級(jí))、≤590.0 kg/t(二級(jí))、≤610.0 kg/t(三級(jí));氨利用率≥98.0%(一級(jí))、≥96.0%(二級(jí))、≥93.0%(三級(jí));水循環(huán)利用率≥95.0%(一級(jí))、≥90.0%(二級(jí))、≥85.0%(三級(jí))。
采用《試行體系》對(duì)氮肥制造企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平進(jìn)行判定。在《試行體系》規(guī)定了以天然氣為原料的氮肥行業(yè)的資源能源利用指標(biāo)值:綜合能耗評(píng)價(jià)基準(zhǔn)值為32 GJ/t、新鮮水消耗量評(píng)價(jià)基準(zhǔn)值為10 t/t、水循環(huán)利用率評(píng)價(jià)基準(zhǔn)值為90%。其中,基準(zhǔn)值為行業(yè)清潔生產(chǎn)的先進(jìn)值。
目前,中國(guó)氮肥制造業(yè)涉及的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與發(fā)展規(guī)劃主要包括《化肥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》[3]、《石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》[3]、《節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》[4]。 《化肥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》規(guī)定:合成t氨綜合能耗(以天然氣和焦?fàn)t氣為原料)需降至33.70 GJ/t;《石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》規(guī)定:合成氨裝置平均綜合能耗需低于39.56 GJ/t;《節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》規(guī)定:大型合成氨綜合能耗2010年的目標(biāo)值為33.41 GJ/t,2020年的目標(biāo)值為29.31 GJ/t。
現(xiàn)階段,中國(guó)氮肥制造業(yè)在單位產(chǎn)品消耗定額方面涉及的標(biāo)準(zhǔn)包括 《合成氨單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21344—2008)[5]、《尿素單位產(chǎn)品能源消耗定額》(GB 32035—2015)[6]。 GB 21344—2008 規(guī)定,現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)企業(yè)的尿素單位產(chǎn)品綜合能耗限額限定值(以天然氣、焦?fàn)t氣為原料)需≤48.36 GJ/t,先進(jìn)值≤33.70 GJ/t;GB 32035—2015規(guī)定,現(xiàn)有尿素生產(chǎn)企業(yè)的尿素單位產(chǎn)品氨耗限額限定值≤600 kg/t,先進(jìn)值≤580 kg/t,每1 t尿素綜合能耗限額限定值為≤7.03 GJ,先進(jìn)值≤5.28GJ。
一般情況下,合成氨裝置和尿素裝置的資源能源利用指標(biāo)值是分開(kāi)說(shuō)明的。
對(duì)于合成氨裝置,其資源能源利用指標(biāo)值主要包括:1)綜合能耗(從 1990年至今)為 28.46~30.98 GJ/t[7],中國(guó)先進(jìn)值為 33.70 GJ/t[8]、國(guó)際先進(jìn)值為27.6~30.1 GJ/t[9]。其中,烏魯木齊石化公司 2013年二化裝置噸氨綜合能耗為 28.55 GJ/t[10]、美國(guó)凱洛格(Kellogg)工藝合成氨裝置綜合能耗為 25.96~27.21 GJ/t[11]、美國(guó)布朗(Braun)工藝合成氨裝置綜合能耗為 28.4 GJ/t[11]、英國(guó) ICI 工藝合成氨綜合能耗為 29.31 GJ/t[11]。2)鍋爐補(bǔ)充水消耗量(以 1 t NH3計(jì))國(guó)際先進(jìn)值為 0.7~1.5 t/t[9]。
對(duì)于尿素裝置,其資源能源利用指標(biāo)值(均以生產(chǎn)1 t尿素計(jì))主要包括:1)能源(蒸汽+電力)消耗量為 1.93~8.66 GJ/t(CO2汽提工藝為 2.23~3.9 GJ/t、NH3汽提工藝為 2.33~3.43 GJ/t)[12-16],國(guó)際先進(jìn)值為3.1~4.1 GJ/t[9]。 2)液氨消耗量為 568~630 kg/t(CO2汽提工藝為 570~590 kg/t,NH3汽提工藝為 568~585kg/t)[12-17],國(guó)際先進(jìn)值為 567kg/t[9]。 3)CO2消耗量為 735~780 kg/t(CO2汽提工藝為 750~780 kg/t,NH3汽提工藝為 735~740 kg/t)[12-16],國(guó)際先進(jìn)值為 733~735 kg/t[9]。 4)冷卻水消耗量為 55~200 kg/t(CO2汽提工藝為 63~120 t/t,NH3汽提工藝為 70~115 t/t)[12-16],國(guó)際先進(jìn)值為 60~70 t/t[9]。
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,根據(jù)企業(yè)合成氨裝置/尿素裝置的設(shè)計(jì)手冊(cè)及日常運(yùn)行情況(以近3 a月度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最優(yōu)值計(jì)),可整理得到該企業(yè)氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)的設(shè)計(jì)值和最優(yōu)值。例如:某企業(yè)氮肥裝置(30萬(wàn)t/a合成氨采用英國(guó)ICI-AMV工藝、52萬(wàn)t/a大顆粒尿素采用意大利SNAM氨汽提工藝,以天然氣為原料)的資源能源利用指標(biāo)值:綜合能耗設(shè)計(jì)值為29.86 GJ/t、最優(yōu)值為31.38 GJ/t;新鮮水消耗量設(shè)計(jì)值為5.10 t/t、最優(yōu)值為4.93 t/t;尿素生產(chǎn)氨消耗量設(shè)計(jì)值為566.00 kg/t、最優(yōu)值為563.07 kg/t;氨利用率設(shè)計(jì)值為100%、最優(yōu)值為100%;水循環(huán)利用率設(shè)計(jì)值為95%、最優(yōu)值為96%。
某氮肥裝置1996年投產(chǎn)運(yùn)行,設(shè)計(jì)生成能力為30萬(wàn)t/a合成氨、52萬(wàn)t/a大顆粒尿素,以天然氣為原料生產(chǎn)合成氨產(chǎn)品,并使用自產(chǎn)的合成氨產(chǎn)品和二氧化碳副產(chǎn)品生產(chǎn)尿素產(chǎn)品。其中,合成氨裝置采用英國(guó)ICI-AMV工藝、尿素裝置采用意大利SNAM氨汽提工藝。
該氮肥裝置在開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核工作時(shí),參照《試行體系》和《清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系編制通則》[18],得到了該裝置的清潔生產(chǎn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù),如表 1所示。 根據(jù)清潔生產(chǎn)水平判定標(biāo)準(zhǔn)[2,18]可知,在資源能源利用指標(biāo)方面,為該氮肥裝置為清潔生產(chǎn)先進(jìn)裝置[2]、Ⅱ級(jí)清潔生產(chǎn)水平(≥85,中國(guó)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平)[18]。
表1 某氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)清潔生產(chǎn)水平評(píng)估
參照HJ/T 188—2006,通過(guò)與清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)比分析(見(jiàn)表2),可知:該氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)中的綜合能耗、新鮮水用量、氨利用率、水循環(huán)利用率均已優(yōu)于清潔生產(chǎn)一級(jí)水平(國(guó)際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平)[1],僅尿素生產(chǎn)氨消耗量暫未達(dá)到清潔生產(chǎn)一級(jí)水平但已優(yōu)于清潔生產(chǎn)二級(jí)水平(中國(guó)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平)[1]。
表2 某氮肥裝置清潔生產(chǎn)水平評(píng)估中的資源能源利用指標(biāo)分析
進(jìn)一步分析該裝置在資源能源利用指標(biāo)方面存在的差距(見(jiàn)表2)可知:1)該氮肥裝置的綜合能耗已優(yōu)于中國(guó)產(chǎn)業(yè)/行業(yè)規(guī)劃2010年的目標(biāo)值(33.41 GJ/t)和中國(guó)氮肥制造業(yè)的單位產(chǎn)品消耗定額先進(jìn)值(33.70 GJ/t),但未達(dá)到中國(guó)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃/行業(yè)規(guī)劃2020年的目標(biāo)值(29.31 GJ/t),并與學(xué)術(shù)期刊/研究報(bào)告中的最優(yōu)值(27.65 GJ/t)存在4.65 GJ/t的差距;2)該氮肥裝置的新鮮水消耗量(5.99 t/t)與學(xué)術(shù)期刊/研究報(bào)告中的最優(yōu)值(0.7 t/t)存在5.29 t/t差距;3)該氮肥裝置的尿素生產(chǎn)氨消耗量未達(dá)到中國(guó)氮肥制造業(yè)單位產(chǎn)品消耗定額先進(jìn)值(580 kg/t),且與學(xué)術(shù)期刊/研究報(bào)告中的最優(yōu)值(567 kg/t)存在22.38 kg/t的差距。4)氨利用率已達(dá)到指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總中的最佳值(100%);5)水循環(huán)利用率已達(dá)到指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總中的最佳值(96%)。
由表2還可見(jiàn),隨著該氮肥裝置生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的增加,該氮肥裝置的資源能源利用指標(biāo)均高于該裝置的設(shè)計(jì)值/理論值。其中,綜合能耗分別比設(shè)計(jì)值和理論值高2.44 GJ/t和11.02 GJ/t,新鮮水用量比設(shè)計(jì)值高0.89 t/t,尿素生產(chǎn)氨消耗量分別比設(shè)計(jì)值和理論值高19.45 kg/t和305.45 kg/t。
綜上對(duì)比結(jié)果表明,在資源能源利用指標(biāo)方面,該套氮肥裝置為清潔生產(chǎn)先進(jìn)裝置/Ⅱ級(jí)清潔生產(chǎn)水平(中國(guó)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平),其資源能源利用指標(biāo)已達(dá)標(biāo)并優(yōu)于清潔生產(chǎn)一級(jí)水平或/和清潔生產(chǎn)二級(jí)水平,但與企業(yè)的最優(yōu)值以及國(guó)內(nèi)外先進(jìn)值仍存在一定差距。
通過(guò)氮肥裝置清潔生產(chǎn)審核中資源能源利用指標(biāo)的對(duì)標(biāo)實(shí)踐,得到結(jié)論:1)在開(kāi)展清潔生產(chǎn)水平評(píng)估時(shí),需要以清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系為主要依據(jù),并分別從理論值、清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)值、清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系值、文獻(xiàn)報(bào)道值(如產(chǎn)業(yè)/發(fā)展規(guī)劃值、單位產(chǎn)品消耗定額值、學(xué)術(shù)期刊和研究報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)等)、企業(yè)最優(yōu)值等方面進(jìn)行指標(biāo)對(duì)比以明確清潔生產(chǎn)潛力;2)以某氮肥裝置(30萬(wàn)t/a合成氨采用英國(guó)ICI-AMV工藝、52萬(wàn)t/a大顆粒尿素采用意大利SNAM氨汽提工藝,以天然氣為原料)在資源能源利用指標(biāo)方面的清潔生產(chǎn)水平評(píng)估為例,發(fā)現(xiàn)在資源能源利用指標(biāo)方面,該套氮肥裝置為清潔生產(chǎn)先進(jìn)裝置、Ⅱ級(jí)清潔生產(chǎn)水平(中國(guó)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平),其資源能源利用指標(biāo)已達(dá)到并優(yōu)于HJ/T 188—2006清潔生產(chǎn)一級(jí)水平或/和清潔生產(chǎn)二級(jí)水平,但與企業(yè)的最優(yōu)值以及國(guó)內(nèi)外先進(jìn)值水平仍存在一定差距。
[1]HJ/T 188—2006清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 氮肥制造業(yè)[S].
[2]國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、原國(guó)家環(huán)保局.氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)[EB/OL].http:∥hzs.ndrc.gov.cn/newhjbh/200507/t20050711_39931.html.2005.
[3]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部原材料工業(yè)司.關(guān)于印發(fā)《石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的通知[EB/OL].http:∥www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/14450266.html.2011
[4]國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì).節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃[EB/OL].http:∥xwzx.ndrc.gov.cn/xwfb/200506/t20050628_104993.html.2004.
[5]GB 21344—2008合成氨單位產(chǎn)品能源消耗限額[S].
[6]GB 32035—2015尿素單位產(chǎn)品能源消耗限額[S].
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[18]國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、工業(yè)和信息化部.清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系編制通則(試行稿)[EB/OL].http:∥www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbgg/201306/t20130613_545325.html.2013.