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7.1清潔生產(chǎn)
清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)服務(wù)和產(chǎn)品使用過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或消除對(duì)人類健康和環(huán)境的危害。清潔生產(chǎn)是一種新的創(chuàng)造性思想，該思想將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品和服務(wù)中，以增加生態(tài)效益和減少人類及環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，也就是清潔生產(chǎn)與末端治理不同，末端治理是在追求經(jīng)濟(jì)效益的前提下，解決污染問(wèn)題，清潔生產(chǎn)要求在生產(chǎn)全過(guò)程中節(jié)能、降耗、減污，通過(guò)改進(jìn)原料路線、改進(jìn)工藝設(shè)備及管理，從而在源頭上預(yù)防和削減污染，同時(shí)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。我國(guó)自1993年開(kāi)始明確提出推行清潔生產(chǎn)的要求，并將其列入1994年編制的《中國(guó)21世紀(jì)議程》。
我國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《企業(yè)清潔生產(chǎn)內(nèi)部環(huán)境審計(jì)規(guī)范》中對(duì)清潔生產(chǎn)的定義為：“清潔生產(chǎn)是指將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品中,以便減少對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)”，“對(duì)生產(chǎn)過(guò)程清潔生產(chǎn)包括節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原料，在生產(chǎn)過(guò)程排放廢物之前降低廢物的數(shù)量和毒性，對(duì)產(chǎn)品旨在減少?gòu)脑系疆a(chǎn)品的最終處置的全生命周期的不利影響”。
7.2本項(xiàng)目清潔生產(chǎn)水平分析
對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行清潔生產(chǎn)的分析評(píng)價(jià)，主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行，以保證工程投入運(yùn)行后能持續(xù)的沿著清潔生產(chǎn)的方向發(fā)展。
⑴用對(duì)比分析的方法，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外以氨為原料生產(chǎn)稀硝酸、硝基復(fù)合肥和濃硝酸的生產(chǎn)工藝路線、原料消耗、能源消耗等進(jìn)行對(duì)比分析。
⑵由于硝酸工業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布，本次清潔生產(chǎn)分析根據(jù)工程分析中提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與國(guó)內(nèi)相同規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分析確定本項(xiàng)目的清潔生產(chǎn)水平。
7.2.1本項(xiàng)目生產(chǎn)工藝先進(jìn)性分析
7.2.1.1稀硝酸
生產(chǎn)稀硝酸的工藝技術(shù)較多，主要有常壓法、綜合法﹑ 全中壓法﹑高壓法及雙加壓法。
(1)常壓法
氧化壓力及吸收壓力為常壓，從理論上講，為了提高氧化率及降低催化劑鉑耗，氨氧化宜在較低壓力的條件下進(jìn)行，氧化率為97%；為了提高吸收率，氧化氮吸收宜在較高壓力下進(jìn)行，常壓下吸收率僅為92%，尾氣氧化氮含量高，需要對(duì)尾氣進(jìn)行處理。該法工藝技術(shù)落后，污染嚴(yán)重，屬淘汰工藝。
(2)綜合法
氧化壓力為常壓，吸收壓力為0.35MPa，其主要工藝特點(diǎn)：氧化率為97%，吸收率為97%，具有尾氣處理系統(tǒng)，流程長(zhǎng)，系統(tǒng)設(shè)備體積龐大，占地大，熱利用率低，能耗較高，產(chǎn)品酸度低（＜48%（wt）），該法工藝技術(shù)落后，本裝置不宜采用。
(3)全中壓法
氧化壓力及吸收壓力為中壓，壓力在0.4～0.45MPa（a）間,其工藝主要特點(diǎn)是：氧化率為96%，吸收率為98%，具有尾氣處理系統(tǒng)，流程長(zhǎng)，熱利用率低，能耗較高，產(chǎn)品酸度低（＜55%（wt）)，該法工藝技術(shù)落后，本裝置也不宜采用。
(4)全高壓法
高壓法系氧化壓力及吸收壓力為0.8～1.1MPa(a)，氧化率僅為94%，吸收率為98%。該法僅將空氣一次性加壓至所需要的壓力，省去了在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)情況下運(yùn)行的氧化氮壓縮機(jī)，具有單機(jī)組能力大，設(shè)備體積小，占地面積小，一次投資省等優(yōu)點(diǎn)，但氨耗及鉑耗相對(duì)較高。在美洲氨價(jià)較低，往往選用高壓流程。氨價(jià)較高地區(qū)，不宜選用全部高壓流程。
全高壓法由于涉及到國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)器制造業(yè)水平以及工藝技術(shù)來(lái)源問(wèn)題，我國(guó)到目前還沒(méi)有此類國(guó)產(chǎn)化的裝置，平頂山硝酸廠、云南解化廠等幾家全高壓法硝酸生產(chǎn)裝置是近年來(lái)從國(guó)外整套買(mǎi)進(jìn)的。
(5)雙加壓法
雙加壓法系氧化壓力為0.45MPa(a)，吸收壓力為1.1MPa(a)，該法有如下優(yōu)點(diǎn)：
①氨的氧化率高達(dá)97.2%，鉑耗較低，為120mg/t100%HNO3(回收前)。二氧化氮吸收率高達(dá)99.8%，硝酸濃度可達(dá)60%，排放的尾氣中NOx的含量在400PPm以下,進(jìn)一步處理尾氣濃度可達(dá)到200PPm以下。
②采用中溫(360℃)回收吸收裝置尾氣能量，使壓縮機(jī)組的蒸汽透平和尾氣膨脹透平之間達(dá)到經(jīng)濟(jì)匹配，與高溫回收相比不必采用耐高溫的尾氣透平和尾氣加熱器，工作條件不苛刻，操作穩(wěn)定可靠，尾氣透平可回收約60%的壓縮功率。
③合理利用低壓氨蒸發(fā)所形成的冷量，制得低溫冷卻水去后序吸收裝置冷卻吸收塔?！?/SPAN>
④空壓機(jī)及NOx壓縮機(jī)的多變壓縮能有效地為裝置所用。
⑤裝置副產(chǎn)較高參數(shù)的蒸汽，除拖動(dòng)壓縮機(jī)組外還可以外送，裝置耗電量小，僅為11.1kw/t100%HNO3。
⑥采用DCS控制系統(tǒng)，使操作更加方便和安全。
所以，雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝是成熟的，近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是提高操作壓力、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提高成品酸濃度、降低尾氣中的NOX含量、在系統(tǒng)回收能量方面實(shí)現(xiàn)自給有余、并兼顧投資和消耗，以進(jìn)一步改善裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本項(xiàng)目選擇的雙加壓法制稀硝酸工藝技術(shù)，是世界上最先進(jìn)的硝酸工藝技術(shù)之一，符合清潔生產(chǎn)的要求。
7.2.1.2濃硝酸
工業(yè)生產(chǎn)濃硝酸工藝路線有：直接合成法（直硝法）、間接濃縮法（間硝法）及共沸蒸餾法（共沸法）。我國(guó)生產(chǎn)濃硝酸所采用的是直硝法和間硝法，共沸法我國(guó)尚未采用。
直硝法通過(guò)氨氧化、冷卻吸收、漂白冷凝、高壓合成等步驟直接合成濃硝酸。蘭州石化公司、吉化公司、大連化學(xué)工業(yè)公司、南化公司、淮南化工總廠、四川瀘天化股份有限公司等均采用該法。直硝法投資高，能耗高，占地面積大，現(xiàn)逐漸被間硝法所代替。
間硝法是借助于脫水劑將稀硝酸精餾后得到濃硝酸。1964年我國(guó)采用硝酸鎂作脫水劑的中試成功后，很快應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。目前濟(jì)南化肥廠、上海染化、川化、山東魯光化工廠、河南開(kāi)封化肥廠、鄂西等企業(yè)均采用該方法。該法流程短，工藝簡(jiǎn)單，投資較少。本項(xiàng)目采用 “硝酸鎂”法生產(chǎn)濃硝酸，該生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)已十分成熟，且已成系列化。間硝法濃硝酸生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生酸性廢水，包括鎂尾酸性廢水和冷凝液。稀硝酸通過(guò)濃縮制得98%濃硝酸，通常，每生產(chǎn)1噸濃硝酸排放0.55～0.57噸酸性廢水，其主要污染物為硝酸（約2%）。濃硝酸裝置鎂尾循環(huán)槽和濃硝酸儲(chǔ)罐放空氣含有少量NOX。可見(jiàn)濃硝酸工藝的選擇也是符合清潔生產(chǎn)產(chǎn)要求的。
7.2.1.3硝基復(fù)肥
⑴硝銨溶液制備
硝銨的生產(chǎn)方法有中和法和轉(zhuǎn)化法兩種。中和法是采用氣氨與硝酸進(jìn)行中和反應(yīng)來(lái)制取硝銨，是工業(yè)上生產(chǎn)硝銨的重要方法。轉(zhuǎn)化法是先用稀硝酸分解磷礦制取磷酸和硝酸鈣的水溶液，然后冷卻析出硝酸鈣晶體，經(jīng)過(guò)濾得到硝酸鈣，再用碳酸銨溶液與其反應(yīng)，得到碳酸鈣和硝酸銨，過(guò)濾掉碳酸鈣沉淀，即得到硝銨溶液。轉(zhuǎn)化法實(shí)際是在生產(chǎn)其它產(chǎn)品（如磷酸、磷酸鹽）時(shí)的副產(chǎn)物，投資一般較大，工業(yè)上若主要生產(chǎn)硝銨時(shí)，都是采用氣氨與硝酸的中和法來(lái)生產(chǎn)。
硝銨的生產(chǎn)方法從中和反應(yīng)上可分為常壓法和加壓法，現(xiàn)分述如下：
①常壓法
常壓法是指氣氨與硝酸的中和反應(yīng)是在 0.11～0.13MPa(a)壓力下，在反應(yīng)釜中進(jìn)行，這種方法適用于原料硝酸硝酸濃度較低、操作水平相對(duì)低的工廠。我國(guó)過(guò)去大部分硝銨廠采用這種方法生產(chǎn)硝銨，主要原因也是由于前序裝置生產(chǎn)的硝酸濃度低，當(dāng)時(shí)的操作水平、自動(dòng)控制水平低，另外也是由于加壓法工藝還不是很成熟。常壓法生產(chǎn)硝銨的工藝，其對(duì)原料硝酸的濃度是有要求的，一般不能超過(guò) 55%。若原料硝酸的濃度過(guò)高，氣氨和硝酸的反應(yīng)會(huì)變得非常劇烈，反應(yīng)熱又不能及時(shí)移走，反應(yīng)釜會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還有爆炸的危險(xiǎn)。常壓法中和反應(yīng)后的硝銨溶液濃度一般為 70%左右，后序的硝銨溶液的濃縮的工作量較大，根據(jù)溶液濃度的需要，一般要有兩段或三段蒸發(fā)過(guò)程才能達(dá)到濃度要求，設(shè)備及其附屬設(shè)施的投資相對(duì)較大，能耗很高。另外，由于其中和后的工藝蒸汽溫度不太高，其熱量回收相對(duì)較困難，會(huì)造成能量的浪費(fèi)。
②加壓法
加壓法是指氣氨與硝酸的中和反應(yīng)是在0.2～0.5MPa (a)壓力下進(jìn)行，這種方法適用于原料硝酸濃度較高、操作水平相對(duì)高的工廠。到二十世紀(jì)八十年代，加壓法生產(chǎn)硝銨的技術(shù)日趨成熟，工業(yè)化的生產(chǎn)裝置也越來(lái)越多。近年來(lái)，世界各公司都相繼開(kāi)發(fā)了加壓法生產(chǎn)硝銨的流程。現(xiàn)在已經(jīng)工業(yè)化的流程有原法國(guó)的Kaltenbach(KT)公司（現(xiàn)已歸并到Hydro公司）的流程、荷蘭SEAMAG流程、荷蘭 Stamicarbon流程、西班牙 TR流程等?，F(xiàn)在工業(yè)化的加壓法生產(chǎn)硝銨的工藝，所用的原料硝酸濃度可以較常壓法提高很多，濃度可以高到 62%。這樣高濃度的硝酸與氣氨的反應(yīng)是非常劇烈的，反應(yīng)放熱是也很大。這樣的劇烈反應(yīng)，同時(shí)又是放熱很大的反應(yīng)如果放在過(guò)去的常壓法中和反應(yīng)所用的反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)空間比較大，在反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物料多，原料混合不均勻，會(huì)造成局部反應(yīng)過(guò)于劇烈，反應(yīng)熱又不能及時(shí)移走，形成高溫。在高溫下，硝酸及反應(yīng)產(chǎn)物硝銨都會(huì)產(chǎn)生分解，會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。所以，為適應(yīng)這種加壓中和反應(yīng)的要求，很多公司開(kāi)發(fā)出了讓氣氨與硝酸的中和反應(yīng)在一段管道（稱為管式反應(yīng)器）中進(jìn)行的工藝技術(shù)。由于氣氨與硝酸的中和反應(yīng)的速度極快，所以需要的反應(yīng)容積可以很小，使反應(yīng)產(chǎn)物硝銨在反應(yīng)區(qū)停留的時(shí)間最短，同時(shí)快速帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，這樣可以避免硝酸和硝銨由于高溫產(chǎn)生分解，發(fā)生爆炸。在這種小空間的反應(yīng)區(qū)中，反應(yīng)物料氣氨與硝酸的瞬間量較小，二者的比較容易在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到混合均勻的效果，不會(huì)發(fā)生局部反應(yīng)劇烈的現(xiàn)象。所以，應(yīng)用管式反應(yīng)器進(jìn)行硝酸和氣氨的反應(yīng)，不但效率高，而且較為安全。
這種加壓法生產(chǎn)硝銨的工藝，由于所使用的原料硝酸的濃度高，反應(yīng)劇烈，且原料氣氨的溫度可以預(yù)熱到較高溫度，這樣反應(yīng)后的硝銨溶液的溫度就可以較高。反應(yīng)后的硝銨溶液從管式反應(yīng)器快速進(jìn)入一個(gè)適當(dāng)減壓的閃蒸槽，硝銨溶液所帶進(jìn)的反應(yīng)熱能夠使硝銨溶液中的水分大量蒸發(fā)，使硝銨溶液得到初步的濃縮，濃度可以達(dá)到 78%以上，這樣就減輕了后序硝銨溶液濃縮的工作量。另外，從閃蒸槽中出來(lái)的工藝蒸汽的溫度也較高，它可以作為硝銨濃縮的熱源，回收熱量，節(jié)約能量。
太原海力豐科技發(fā)展有限公司在 KT技術(shù)的基礎(chǔ)上，申請(qǐng)并獲批準(zhǔn)“一種硝酸銨濃縮液制備方法”的發(fā)明專利（專利號(hào)： CN1907856），包括管式反應(yīng)器加壓中和、降膜蒸發(fā)器溶液濃縮、靜止噴頭塔式造粒、干燥、流化床冷卻、單段滾筒包裹及廢氣、廢液的處理等工序。開(kāi)封晉開(kāi)化工有限公司采用了該技術(shù)，并于 2008年底一次開(kāi)車成功。為節(jié)省費(fèi)用，本項(xiàng)目所建設(shè)的硝銨濃縮裝置采用太原海力豐科技發(fā)展有限公司工藝技術(shù)。
甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新建的硝酸裝置生產(chǎn)的硝酸濃度是 60%，用來(lái)生產(chǎn)硝銨只能采用加壓法（若用常壓法，還必須將硝酸濃度稀釋到要求的低濃度）。工藝技術(shù)也是比較先進(jìn)的。
7.2.1.4 復(fù)合肥造粒
硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法有固體團(tuán)粒法、部分料漿法和熔融造粒法3種，其中熔融造粒法可直接利用熔融硝銨加入磷鉀原料和防爆劑后形成的混合熔體在造粒過(guò)程中邊冷卻邊團(tuán)聚成粒，適合于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，與其他幾種硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法相比，熔融造粒法的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）可直接利用硝銨裝置生產(chǎn)的硝銨溶液，省去了硝銨的二次運(yùn)輸、二次粉碎等工序，既簡(jiǎn)化了工藝流程，又最大限度地降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時(shí)也確保了生產(chǎn)的安全性；
（2）熔融造粒充分利用了硝銨熔融液所產(chǎn)生的熱量，混合熔體水分含量低，無(wú)需干燥過(guò)程，節(jié)省了大量能源；
（3）可以生產(chǎn)出高氮、高濃度的硝基氮磷鉀復(fù)合肥，產(chǎn)品顆粒表面光滑，合格率高，不易結(jié)塊，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。硝基復(fù)合肥造粒生產(chǎn)工藝的技術(shù)原理就是在硝銨熔融液中加入適當(dāng)?shù)牧追驶蜮浄?，然后進(jìn)行造粒，再經(jīng)過(guò)一系列的干燥、冷卻、防結(jié)塊的包裹處理，最后形成成品。
國(guó)內(nèi)外在硝基復(fù)合肥上都有先進(jìn)成熟的生產(chǎn)技術(shù)。國(guó)外公司曾在中國(guó)某些廠對(duì)硝基復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)整體轉(zhuǎn)讓，并已順利開(kāi)車正常生產(chǎn)。國(guó)外的工藝技術(shù)基本是用氣流輸送設(shè)備將磷肥或鉀肥送到造粒塔頂?shù)南蹁@熔融液槽中，經(jīng)過(guò)攪拌熔融，進(jìn)入造粒塔造粒，形成粒狀復(fù)合肥產(chǎn)品。但國(guó)外的技術(shù)引進(jìn)費(fèi)用相對(duì)較高，所以本可行性研究報(bào)告推薦使用國(guó)內(nèi)由上?；ぱ芯吭洪_(kāi)發(fā)的生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的“熔體造粒”工藝技術(shù)。
上?；ぱ芯吭夯仕菍I(yè)從事化肥工藝研究和化工工程開(kāi)發(fā)的單位，歷年來(lái)，團(tuán)粒法復(fù)混肥生產(chǎn)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)建立了不同生產(chǎn)規(guī)模的復(fù)混肥生產(chǎn)裝置三百多套，在東南亞國(guó)家建立了 3套復(fù)混肥生產(chǎn)裝置。近幾年，化肥所開(kāi)發(fā)成功高質(zhì)量、低能耗的硝銨噴漿造粒生產(chǎn)技術(shù)。上?；ぱ芯吭涸谌垠w造粒技術(shù)推廣的硝基復(fù)合肥裝置有兩個(gè)，一個(gè)是陜西興平 20萬(wàn)噸/年的硝基復(fù)合肥裝置，現(xiàn)已開(kāi)車；另一個(gè)是云南解化 20萬(wàn)噸/年的硝基高塔造粒生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的裝置。從以上可以看出上海化工研究院化肥所的“熔體塔式造粒”法生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的工藝技術(shù)是可靠的，先進(jìn)的，滿足國(guó)家對(duì)清潔生產(chǎn)的要求。
7.2.2本項(xiàng)目能耗分析
（1）能耗說(shuō)明
一期工程原料液氨在硝基復(fù)合肥能耗構(gòu)成中占91.44%，二期工程原料液氨在硝酸能耗構(gòu)成中占66.03%，總的節(jié)能方向在于提高原料液氨的利用率，進(jìn)一步降低中壓蒸汽消耗、循環(huán)水和電能耗，進(jìn)一步提高能量的回收率，以降低蒸汽、電及水消耗。
（2）國(guó)內(nèi)同行業(yè)企業(yè)能耗比較情況
由于國(guó)內(nèi)同類型生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品不盡相同，對(duì)比數(shù)據(jù)獲得也比較困難，因此本次環(huán)評(píng)就稀硝酸的生產(chǎn)指標(biāo)與同類型的企業(yè)進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)表7-1。
表7-1 國(guó)內(nèi)同類型稀硝酸生產(chǎn)能耗指標(biāo)對(duì)比（以1t100%NHO3計(jì)）
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