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。

1 清潔生產(chǎn)水平評(píng)估的分析思路

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

2 氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)的確定

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)。

3 氮肥裝置資源能源利用指標(biāo)數(shù)據(jù)的確定

3.1 理論值

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。

3.2 清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)方面

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)）。

3.3 清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系方面

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。

3.4 產(chǎn)業(yè)規(guī)劃/發(fā)展規(guī)劃方面

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。

3.5 單位產(chǎn)品消耗定額方面

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。

3.6 學(xué)術(shù)期刊/研究報(bào)告方面

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］。

3.7 企業(yè)日常統(tǒng)計(jì)方面

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%。

4 案例說(shuō)明

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。

5 小結(jié)

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］.

［7]Klaus Noelker，Joachim Ruether.Low energy consumption ammonia production：baselineenergyconsumption，optionsforenergyoptimization［EB/OL］.http：∥www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/en/publications/technical-papers/ammonia-urea.html.2011.

［8]馮元琦.國(guó)內(nèi)外化肥行業(yè)信息［J］.化肥設(shè)計(jì).2006，44（6）：64.

［9]European Commission，Joint Research Centre，IPTS C.Large volume inorganic chemicals-ammonia，acids and fertilisers industries［EB/OL］.http：∥eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/lvic-aaf.html.2007.

［10]錢(qián)伯章.烏石化噸氨綜合能耗躋身世界先進(jìn)行列［J］.大氮肥，2014（2）：109.

［11]王瑾.節(jié)能型合成氨工藝與技術(shù)［J］.貴州化工，2008，33（1）：5-7.

［12]高忠乾.國(guó)外尿素生產(chǎn)概況［J］.陜西化工，1984（3）：47-52.

［13]李?yuàn)檴?尿素合成工藝的比較［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)，2010.，20（11）：215-217.

［14]崔保命.國(guó)內(nèi)尿素合成工藝研究［J］.科技與企業(yè).2012（1）：173.

［15]平成舫.低能耗尿素生產(chǎn)新流程——兼談全循環(huán)尿素裝置的改造［J］.氮肥設(shè)計(jì)，1995，33（2）：3-7，13.

［16]沈樹(shù)榮.國(guó)外尿素新技術(shù)與我國(guó)應(yīng)取生產(chǎn)工藝［J］.浙江化工，1988（4）：30-36.

［17]胡奧林.天然氣化工企業(yè)死亡線(xiàn)之剖析［J］.四川石油經(jīng)濟(jì)，2001（4）：16-17.

［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.