宋磊刚

(国能榆林化工有限公司，陕西省榆林市，719302)

当前，绿色低碳发展已成为煤化工产业高质量发展的共识，各企业都在积极主动寻求和采用新型有效的节能减排技术[1]，并通过科学管理实现低碳化运行。本文在坚持安全环保和低碳排放协同治理原则下，通过结合储运系统碳排放特点和生产实际，依托厂内有利条件，制定并实施了系列低碳化措施、运行管理方案，提出了切实可行的合理化建议。

1 企业概况

国能榆林化工有限公司(以下简称“榆林化工”)成立于2012年3月，目前建设投入生产的项目包括甲醇下游加工项目、循环经济煤炭综合利用项目一阶段工程建设以及乙二醇项目。

甲醇下游加工项目于2012年6月正式开工建设，2015年12月25日投料试车一次成功。主要生产装置包括：60万t/a甲醇制烯烃装置、60万t/a烯烃分离装置、30万t/a低密度聚乙烯装置、30万t/a聚丙烯装置、35 000 Nm3/h高纯氮气空分装置、动力装置、公用工程及配套辅助设施。

循环经济煤炭综合利用项目包括：186万t/a煤制甲醇联产40万t/a合成气制乙二醇工程、5万t/a聚乙醇酸示范项目，于2017年6月开工建设。186万t/a煤制甲醇项目采用目前成熟可靠的煤气化制甲醇技术路线，以煤炭为原料，通过煤气化、CO变换、低温甲醇洗、硫磺回收、甲醇合成工艺过程，年产180万t甲醇及副产2.3万t硫磺，甲醇全部作为甲醇下游加工项目的原料使用，主要生产装置包括空分装置、气化变换装置、酸脱甲醇装置及配套的公用工程，于2020年12月28日建成投产。40万t/a合成气制乙二醇项目于2021年11月21日建成投产。5万t/a聚乙醇酸示范项目计划于2022年建成投产。

榆林化工储运系统包括罐区单元、酸碱站单元、汽车装卸单元、火炬单元及全厂外管网单元等，其中罐区单元和汽车装卸单元是产生废气的主要环节，挥发性有机物(VOCs)排放点多量大；火炬单元长明灯点火和全年燃烧会消耗大量天然气或燃料气，并且会直接排放CO2。

2 储运系统简介

2.1 罐区单元

罐区单元由中间罐区和乙二醇产品罐区组成。中间罐区包括甲醇罐区和烯烃罐区两部分，主要负责甲醇、乙烯、丙烯、丙烷、C4、煤基混合戊烯、液氨、废甲醇水、污油、溶剂油、丙醛等物料的安全储存及输转工作。乙二醇产品罐区主要负责聚酯级乙二醇、轻质多元醇、无水乙醇、碳酸二甲酯、混合醇、重质多元醇、污甲醇等物料的安全储存及输送工作。甲醇罐区和乙二醇罐区储罐为常压储罐，属于VOCs重要排放区。

2.2 汽车装卸单元

汽车装卸设施将汽车槽车的外购原料经卸车泵、压缩机增压或中压氮气压送至全厂罐区储存；各装置生产出的产品及副产品通过装车泵输送到汽车装卸设施，经由鹤管装车至汽车槽车外运出厂。

2.3 火炬单元

火炬系统是企业重要的安全与环保设施，主要负责处理全厂装置正常排放和事故状态下大量排放的可燃性气体。

3 储运系统低碳化运行与管理

3.1 罐区单元

甲醇罐区主要接收储存和外送企业自产MTO级甲醇，属于中间罐区，设有4×30 000 m3浮筒式内浮顶储罐，采用囊式+舌形高效密封。原设计满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)中“5.2 kPa≤储存真实蒸气压<27.6 kPa，设计容积≥150 m3的挥发性有机液体储罐，以及27.6 kPa≤储存真实蒸气压<76.6 kPa，设计容积≥75 m3的挥发性有机液体储罐应符合下列规定之一：采用内浮顶罐，内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用液体镶嵌式、机械式鞋形、双封式等高效密封方式”的总体要求。在实际生产运行过程中，由于密封老化、囊式密封破损进液失效等原因，4台甲醇储罐连通总管的甲醇气全年排放浓度在10%～12%(体积)之间，虽然在2020年前将4台储罐密封全部变更为鞋形密封，但甲醇气全年浓度仍然在2.0%～4.5%之间，排至大气的甲醇气量较大并且存在安全环保隐患。考虑到防火间距不足、检维修窗口期短、重大危险源施工作业安全风险和固废较难处理等影响因素，榆林化工根据生产实际和醇类介质物理特性，选取了适合处理、有回收价值且VOCs排放浓度较高的机械冷凝+水洗工艺治理方案，新建1套1 300 m3/h油气处理设施，并对储罐现有氮封设施、罐顶油气收集系统进行改造，保证了本质安全和达标排放。为削减在VOCs治理过程中的碳排放量，在设计上制定了合理控制储罐氮封阀开关压力、选用密封效果严密的呼吸阀、科学设置呼吸与补氮压力梯度等措施，以降低氮气损耗。在设备选型上通过选用功耗较低的回收机组，设置变频通风机和节能停机程序等措施，降低机组运行电耗，并对制冷及油气系统设置多个回热交换器，实现冷量的回收利用。依托企业污水处理工艺特点及生产需要，将水洗塔内的含醇溶液送至污水处理装置，为活性污泥提供良好的营养源,实现醇类物料的近零排放。

乙二醇罐区主要负责接收和外销乙二醇装置生产的乙二醇主副产品，属于产品罐区。罐区共设有4×5 000 m3聚酯级乙二醇储罐、2×500 m3碳酸二甲酯储罐、3×500 m3轻质多元醇、2×500 m3无水乙醇储罐、2×400 m3混合醇储罐、2×200 m3重质多元醇、1×3 000 m3污甲醇储罐。其中污甲醇罐、碳酸二甲酯罐、混合醇及无水乙醇罐储存甲B类液体，选用内浮顶储罐+氮封。其余储罐储存丙A类液体，选用固定顶罐+氮封。乙二醇罐区在设计时本着对环境保护的原则，设置1套1 200 m3/h 油气处理设施将所有储罐尾气全部进行回收治理，方案设计和设备选型方面与甲醇罐区VOCs治理相接近，在保证运行安全前提下要求高收低付操作。

3.2 汽车装卸单元

汽车装卸单元内甲醇装卸车和乙二醇副产品(无水乙醇、混合醇、碳酸二甲酯)装车过程是产生碳排放的主要环节，产生量较大，为保证装卸车尾气达标排放，回收主副产品，单元内增置1套620 m3/h油气处理设施，方案设计和设备选型方面与甲醇罐区VOCs治理相接近。为进一步降低机组电耗和水耗，根据单元内装卸量、装卸时间及装卸物料性质等情况，企业自建大型停车场，制定了定时开关回收机组、吸收塔自循环、丙A类物料集中装车、甲B类物料集中装卸车等精细化运行管理措施，达到降低碳排放的目的。

3.3 火炬单元

火炬单元内点火器和长明灯是消耗天然气或燃料气的主要设备，目前国内大部分石油化工和煤化工企业仍使用传统的分体式长明灯。在实际生产运行过程中发现，分体式长明灯存在抗风雨点火性较差和稳定性级别较低以及点火装置抗高温等恶劣环境能力较低和耗燃料气量较大等问题，存在一定的安全隐患，如果长明灯熄灭后需要进行频繁点火，进一步增加了燃料气消耗量[2]。为保证全厂安全，降低燃料气燃烧产生的碳排放量，榆林化工在2020年火炬扩建期间将7支分体式长明灯升级改造为一体式长明灯(SP-Pilot-3型)，升级改造后的长明灯采用节能小孔喷射和自引射式预混燃烧技术，具有良好的燃料气成分变化适应性(C1～C4)，特别是可适应富含氮气(低于40%)、氢气(低于30%)等特殊燃料气工况，并具备可抵抗单风45 m/s，风+雨45 m/s+300 mm/h。

火炬长明灯升级改造示意如图1所示。火炬长明灯升级改造前单支耗燃料气量约5 Nm3/h，且需要高空点火器频繁点火，改造后单支耗燃料气量约2 Nm3/h，能够在400 ℃以上持续稳定燃烧，升级改造后7支长明灯每年可减少168 000 Nm3燃料气消耗，低碳化效果显著提升。

4 储运系统减污降碳综合经济核算

为保证煤化工产业的绿色发展，各企业根据生产特性合理选择冷凝、吸收、吸附、催化燃烧等技术减少了油气排放，满足了环保指标，但是因质量守恒定律，在整个VOCs治理过程中，伴随电耗、燃气消耗的增加，碳排放基本是个增量过程。采用催化燃烧技术还会产生二氧化硫、氮氧化物等大气污染物[3]。以甲醇罐区和乙二醇罐区2套油气回收处理设施为例，通过实际运行数据收集得出，甲醇罐区1 300 m3/h油气回收处理设施甲醇储罐因采用高效密封，机组平均回收甲醇为10 t/月，按照甲醇2 000元/t计算，可产生2万元/月回收效益。回收处理设施耗电91 000 kW·h/月，水耗1 500 t/月，按照企业用电0.6元/(kW·h)，生产水8元/t计算，运行成本约为6.66万元/月。按照《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2020)相关内容和附录，生产1 kW·h电消耗约300 g标准煤，产生的二氧化碳约为770 g，二氧化碳排放量约为70 t/月。由于乙二醇罐区罐容较大，储罐均储存丙A类物料，乙二醇罐区VOCs回收处理设施自2021年运行至今，未直接回收物料，没有产生回收经济效益。回收处理设施耗电71 000 kW·h/月，运行成本约为5.63万元/月，二氧化碳排放量约为59 t/月。这些数据表明末端治理改造削减VOCs的费用会持续产生，碳排放也会持续发生。

图1 火炬长明灯升级改造示意

汽车装卸单元油气回收设施耗电5 000 kW·h/月，耗水300 t/月，考虑到单元的工艺特殊性和环保要求，且甲B类物料未大量装卸车，暂不做经济核算。火炬单元长明灯经过升级改造后每年可减少168 000 Nm3燃料气消耗，按燃料气0.7元/Nm3价格计算，可节约生产成本11.7万元/a。

5 储运系统低碳化思考与建议

5.1 科学选择储罐VOCs先进治理方案

煤化工企业储运系统中储罐大小呼吸产生的废气是减污降碳协同治理的主要目标。国家标准《石油化工企业设计防火标准》(9GB 50160-2008 (2018年版))规定：储存甲B、乙A类液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶罐。石化行业标准《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH 3007-2014)规定：储存沸点大于或等于45 ℃或在37.8 ℃时饱和蒸气压不大于88 kPa的甲B、乙A类液体，应选用浮顶储罐或内浮顶储罐。国家和行业标准并未明确要求将储罐无组织排放改为有组织排放(有毒介质储罐除外)。现行国标对无组织排放没有具体要求，北京地方标准《炼油与石油化学工业大气污染物排放标准》(DB 11-447-2015)对无组织排放及浮顶罐的要求是：内浮顶罐应安装液体镶嵌式密封、机械式鞋形密封、双封式密封或其他等效密封其中一种高效密封方式，罐顶上方挥发性有机物检测浓度不应超过4 000 μmol/mol。国内最严苛的排放标准是《天津市工业企业挥发性有机物排放控制标准》(DB12/524-2014)。因此建议新建煤化工企业在选择储罐废气治理方案时应注重源头削减控制，在物料性质和工艺条件允许下，可通过选取可靠的全接液式浮盘和高级密封系统[4-5]，以达到环保要求指标，进一步节约末端治理运行成本和减少人力投入。如果企业所在区域对无组织排放有明确要求，企业应根据要求限制科学开展废气治理项目层面的经济核算和碳排放核算，综合计算项目的投入与产出，选择低碳处理技术，对罐区内不同性质储罐实行“一类一治”精细化管理，保证资源利用效率最大化。

5.2 加强储罐隔热管理

在实际生产运行中，部分企业因对储罐绝热层或隔热油漆缺少重视和维护保养，日晒、环境温度变化引起储罐呼吸量增大，因此选用高效隔热技术[6]和加强检查维护保养管理对助力碳减排也能够起到积极作用。

5.3 削减储罐内浮盘及附件泄漏源

目前国内使用比较广泛的内浮顶结构有装配式浮筒式内浮顶(铝制内浮顶、不锈钢内浮顶)。传统浮筒式内浮盘泄漏点较多，浮盘周边密封泄漏量尤为突出，如囊式密封，达不到长周期免维护使用目标，个别囊式密封在储罐投用前的水压试验时就已经进水失效，在浮筒浮盘贯穿内浮顶的附件及开口也存在密封不严现象。企业可通过制定高效内浮顶密封技术优化措施削减直至消除储罐内部泄漏源，以达到源头治理的目的。

5.4 选用低泄漏呼吸阀、泄压人孔

企业应对储罐在役呼吸阀、泄压人孔的泄漏量和安全性进行科学评估，及时更换或淘汰落后附件。国内外在呼吸阀、泄压人孔泄漏量方面有规范要求，不同规范数值略有差异，目前优质低泄漏产品的泄漏量能控制在更低的数值[7-8]。以1台DN 250呼吸阀为例，SY/T 0511.1标准呼吸阀泄漏量为0.400 0 m3/h，API 2000标准呼吸阀泄漏量为0.142 0 m3/h，低泄漏量呼吸阀为0.004 5 m3/h。低泄漏量呼吸阀年泄漏量比SY/T 0511.1标准呼吸阀泄漏量少约1 100 m3。

5.5 合理选择储罐型式

由于生产装置工艺路线发生变化或者进行了技术改造，个别企业存在固定顶储罐储存甲B或乙A类物料现象，导致大量油气挥发至大气中。企业应全面排查分析所有固定顶储罐组分，对不符合要求的储罐应按照国家标准和行业规范进行适应性改造。按国内外实际经验，轻质油罐由拱顶罐改为内浮顶储罐之后可使油品蒸发损耗降低90%以上。

5.6 增设烃类物料回收设施

煤化工企业火炬基本没有连续排放的可燃气体，异常工况下排放火炬气具有排放量大、温度高、压力高等特点，开停车频次较高的气化装置排放的火炬气热值较低，温度较高，无法回收。但在部分企业储运系统下游装置工艺特性决定其无法长周期运行，导致乙烯球罐超压放火炬，特别是在全厂检修期间，乙烯球罐无法做到全部回炼倒空，受环境温度影响需持续放火炬维持罐内安全压力，造成一定的经济损失，同时也增加了碳排放负荷。各企业可根据实际情况进行经济性和碳排放核算，合理设置制冷冰机或烃类物料回收设施。

5.7 选用节能机泵

储运系统电耗占比最大的就是承担输转、装车任务的各类机泵。煤化工企业新建项目应按照低碳化发展理念选用高效、节能型泵及电动机。在役企业可根据生产运行情况对现有高能耗机泵进行节能技术改造，根据离心泵实际运行工况更换与之相匹配的高效率叶轮、更换高效节能电机[9]。

5.8 优化装置间供料方式

榆林化工的MTO级甲醇出装置温度过高，已超过设计值(40 ℃)，特别是在脱蜡处置期间，高温甲醇进储罐造成储罐挥发油气浓度增大，导致储存温度超出规范要求值。企业可通过技术改造优化装置间供料方式，如上下游装置间能够采用直供料稳定运行，可优先采用高温直供料工艺路线，充分利用上游装置中间产品介质热量，减少上游装置冷却循环水用量、降低下游装置加热负荷，同时降低罐区中转储存油品挥发损失或VOCs治理负荷。

6 结语

煤化工企业储运系统低碳化发展仍有很大上升空间，“十四五”时期是我国化学工业的关键时期，各企业应根据自身特性持续深挖降碳潜力，通过科技创新和精细化管理提升低碳化运行效率，为煤化工产业高质量发展作出积极贡献。