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清洁生产案例分析


山西太原太化集团公司化工厂清洁生产实例调查
1. 概况 化工厂建于 1958 年,目前生产的主要产品有氯碱,苯酚,氯化苯,聚氯乙烯,环 己酮,己二酸等,其中氯化苯是该厂的主要产品,对整个氯碱生产,平衡氯气, 提高效益起有重要作用,直接关系到全厂整体生产能力的发挥.该厂四十年给社 会提供了大量的化学原料,对国家经济建设做出了重要贡献.但由于种种原因, 主要工艺基本上是五,

六十年代的水平,工艺较落后,设备也告陈旧,技术呈现 老化,致使单位产品物耗,能耗居高不下,物耗,能耗未能物尽其用,以废物的 形式排入环境,水体中的有机物(COD),空气中的苯类有害物质均超过国家或地 方的排放标准,导致社会公众与企业矛盾十分突出,环境纠纷也有发生,环境问 题已制约了企业生产发展.

为了改变企业被动状态,有两种模式可选择:一是采用先进技术对现有工艺进行 全面更新换代,但根据目前企业经营状况,一时难以筹措巨额投资,二是对企业 现有传统工艺进行剖析,找出物耗,能耗高,污染严重的工序,结合技术改造, 分期分批解决.后一种选择是符合企业实际,最现实有效的途径.为此,该企业 在 1993 年派员参加了国家组织的清洁生产培训,并在省,市有关部门的支持下, 前后对己二酸,氯化苯两个产品作为示范开展了清洁生产审计.通过"审计"使 领导发现了生产工艺中存在着许多降耗,节能,减少污染,降低生产成本的机会, 增强了开展清洁生产信心,同时培养了"审计"师资队伍和积累了经验,为企业 持续清洁生产打下了良好的基础.

2.实施清洁生产效果 其效果包括两方面,即通过清洁生产审计产生的替代方案及实施替代方案取得的 经济效益和环境效益.

2.1 己二酸产品"审计"及效果

己二酸生产工艺分为两个工段,即己二酸工段和尾气工段 12 个工序.己二酸工段 包括氧化,结晶,压缩,压滤,离心和干燥六个工序;尾气工段包括供水,供料, 配酸,风机,吸收和浓缩六个工序.其生产工艺见流程图(图 1).

图 1 己二酸生产工艺流程

该企业在 1994 年开展了己二酸产品清洁生产审计,通过"审计"提出了 12 项替 代方案,其中无费方案 8 项,低费方案 2 项,中费和高费方案各 1 项.

2.1.1 不同替代方案名称及改进措施(见表 1).

表 1 己二酸工艺替代方案名称及改进措施 类型 序号 方案名称及问题 改进措施

F1

氧化釜盖不严,漏 料

更换氧化系统釜盖密 封

F2

氧化釜反应温度, 时间难控制

在加料塔上加孔板

F3

压滤工序常跑料

严格操作,加强员工 培训

无 费 方 案 F5 干燥尾气工序易跑 料 F4 离心设备局部跑料 定期维修,严格控制 加料速度

严格控制风量,加料 量

F6

产品包装易跑料

及时更换布袋

F7

氧化釜加料不合理

调整加料量和时间

F8

压滤监控分析仪有 故障

加强仪器维修和人员 培训

低 费 方 案

F9

氧化终点控制不合 理,影响转化率

调整氧化反应温度和 湿度

F10

浓缩尾气冷却器损 坏,影响回收

检修和更换冷却器提 高回收回流液效率

中 费

F11

尾气系统改造,吸 收塔老化

改塑料塔为不锈钢塔



F12

生产系统改造

改间断为连续生产工



艺,扩大生产能力

2.1.2 实施替代方案的效果

1. 实施无费方案的经济效益(见表 2)

表 2 实施无费方案的经济效益 序号 经济效益

F1

通过严格生产管理,对设备维修,保养,加强员工培训,提高操作有效性, 实施无费方案取得的效果.

F2 原料己二醇转化率由 92%提高到 93%. 产品己二酸总收率由 83%提高到 84.5%. 每吨己二酸消耗的环己醇定额下降了 11.98 公斤, 相当年多生产己二酸产品 F4 21 吨,以每吨己二酸产品售价 6700 元,年创经济效益 14.07 万元.

F3

F5

F6

F7

F8

2. 实施低价,中费方案生产工艺简述及经济分析

替代方案工艺简述

氧化终点控制(F9)硝酸氧化环己醇的转化率偏低,工艺控制指标不完善,在现 有工艺条件下,通过改变工艺反应控制指标,如:温度,压力,时间等来探讨提 高环己醇转化率最佳参数,控制低级酸产生.

浓缩回流液回收(F10)因浓缩尾气部分冷却器损坏,浓缩蒸发气体难以冷却,影响 回流液的回收.通过检修和更新恢复使用冷却器的效能.

尾气系统改造(F11)原氮氧化物(NOx)尾气吸收塔为塑料材质,易老化和泄漏, 吸收率低,采取了改塑料材质的塔为不锈钢材质.增加高效填料和冷却器,提高 吸收效率.

实施替代方案的经济性(见表 3)

表 3 实施替代方案的经济性分析 (万元) 方案类型 序号 投资 收益 运行成本 净收益 投资回收期(年)

低费

F9

2.6

52.92

0.02

52.9

0.05

低费

F10

20.84

9.91

4.87

5.04

4.13

中费

F11

55

47.77

25.04

22.73

2.42

合计

78.44

110.6

29.93

80.67

1.37

实施替代方案的环境效益(见表 4)

表 4 实施替代方案的环境分析 替代方案 非产品回收 环境效益

氧化终点控制 (F9)

年回收己二酸 3.25 吨

年减少 COD 排放 4 吨

浓缩回流液回收 (F10)

年回收回流液 1300m3,硝酸 56 吨

年减少 COD 排放 81 吨

硝酸尾气回收 (F11)

年回收硝酸 340 吨

年减少 NOx 排放 240 吨

2.2 氯化苯产品"审计"及效果 氯化苯生产工艺采用苯直接通氯气, 在氯化铁催化下生成氯化苯的连续生产工艺. 该装置分为:收送料,苯干燥,氯化,水洗中和,粗馏,精馏,包装,尾气吸收, 多氯化物工序.其生产工艺见流程图 2.

图 2 氯化苯生产重点工艺流程图

该企业在完成了己二酸生产工艺"审计", 基础上于 1995 年开展了对氯化苯生产 工艺的清洁生产审计,通过"审计"提出了 12 项替代方案.其中无费方案 4 项, 低费,中费和高费分别为 2 项,3 项和 3 项.

2.2.1 不同替代方案的名称及改进措施(见表 5)

表 5 氯化苯生产工艺替代方案名称及改进措施 方案 方案名称及问题 改进措施

类 型 无 费 方 案

序 号 F1 F2 F3 F4 氯化尾气冷却器,冷却效果差 尾气捕集器,废水直排 苯干燥废水直排 粗馏冷却器尾气放空 氯化冷却器改造 改并联喷淋为串联喷淋 由直排为回收利用 由直排为回收利用 由放空为回收利用 改卧式冷却器为立式冷却器

低 费 方 案

F5

F6

碱洗下水改造

增 1 台氯化分离罐,改一级分离为二级分离

中 费 方 案

F7 F8 F9

水洗下水改造 多氯化物改 工艺改造 尾气搬迁(含工艺改进) 冷却水循环利用 生产改造

回收水洗下水用于氯化尾气吸收, 加水制盐酸 增加多氯化物分离塔的塔高和塔板数 更新粗馏,精馏加热器 调整工序局部改尾气两级为三级吸收 新增一座小时 400 吨水冷却塔 扩大生产能力

高 费 方 案

F10 F11 F12

该企业对提出的 12 项替代方案,按照先易后难,边审计边改进的原则,结合企业 资金,技术实际,通过严格生产管理,加强对设备维修,维护,结合技术改造, 分批分期的实施了替代方案.

2.2.2 实施替代方案的效果,包括经济效益和环境效益. 1. 实施无费方案的效果(见表 6)

表6 实 施 无 费 方 案 的 经 济 效 益 氯化尾气冷却器(F1) 尾气捕集器(F2) 苯干燥工序(F3) 粗馏冷却器(F4) 实施无费方案(F1?/FONT>F4),吨氯化苯产品消耗苯定 额降低 28.3 公斤,以年产 15000 吨氯化苯计,年节约苯 424.5 吨,按吨苯 2000 元计,年节约苯价值为 84.90 万 元

2. 实施替代方案工艺简述

氯化冷却器改造 原氯化冷却器采用的卧式冷却器其冷却效果差, 难以满足生产工 艺要求,后利用原冷却器改卧式为立式,改善了冷却效果,减少了氯化尾气中苯 排放,提高了苯的转化率.测试结果表明,使单位产品氯化苯的苯和氯化苯分别 减少了 8.36 公斤和 0.39 公斤. 1998 年氯化苯产量 15000 吨计算, 按 年节约苯 125.4 吨,节约氯化苯 5.85 吨.按吨苯价值 2000 元,吨氯化苯 2700 元计,年节约价值 分别为 25.08 万元和 1.58 万元,合计为 26.66 万元.

碱洗下水工序改造 氯化液经水洗除去部分氯化氢,剩余氯化氢需用碱中和,并经 分离回收苯后的废液排入下水.由于原有装置为一级分离,加上设备,工艺落后,

操作等原因, 使氯化液和碱洗分离不完全, 致使下水含苯达 68g/L, 氯化苯达 26g/L. 为了降低苯的消耗, 减轻对环境的污染, 投资了 6.3 万元, 改一级分离为两级分离, 提高了分离效果,吨氯化苯产品苯消耗降低了 20 公斤,以年生产氯化苯 15000 吨 计, 约节约苯 3000 吨, 按吨苯 2000 元计, 节约价值 60 万元, 扣除年运行成本 1.75 万元,净收益 58.25 万元.

下水每升含苯由 68 克降到 0.78 克,下降了 90%以上.水洗下水工序改造 水洗中 和工序加入一定量的水,将氯化液中的氯化氢洗去后排入下水,它是氯化苯生产 中一股主要酸性废水.为了利用酸性水制取盐酸,投资了 14.7 万元,对水洗下水 工序进行了改造,采用了闭路循环工艺,将水洗下水(含 8~10%HCl)打入氯化气 吸收工序,用于副产盐酸的吸收液,年制取 27%的副产盐酸 2500 吨左右,按吨盐 酸 200 元,计其年经济效益为 50 万元左右,扣除年运行成本约 10 万元,净收益 40 万元左右.

每年减少排入水环境中含酸废水 1.8 万吨, 减少排入大气环境中氯化氢 900 多吨, 减轻了对环境的污染.

多氯化物改造及真空泵下水回收 由于原有蒸馏是真空蒸馏, 靠水环真空泵提供真 空,蒸馏塔塔板较低,使塔的生产工艺无法按要求操作,影响了分离效果.为了 提高分离效果, 投资了 30.7 万元, 增加了塔的高度和塔板数. 实施该方案后, 1998 年与 1994 年相比,每天苯的排放量由 19.5 公斤降到 0.6 公斤,年节约 7.2 吨,氯 化苯由每天 30 公斤降到 4.2 公斤, 年节约氯化苯 9.29 吨, 以吨苯和氯化苯价值 2000 元和 2700 元计,年节约价值分别为 1.44 万元和 2.51 万元,合计约 4 万元.其环 境效益表 7. 表 7 真空泵排水污染物变化

年份



氯化苯

流量

Mg/L 1994 1998 减少率(%) 1300 50 96.15

Kg/d 19.5 0.6 18.90

Mg/L 2000 350 82.5

Kg/d 30.0 4.2 86.0

M /hr 2.5 2.0 20

3

由此看出,实施该项替代方案,重要是环境效益,而经济效益不太明显.

尾气搬迁 (含工艺改进) 尾气系统指氯化反应的气相经冷却, 喷淋吸收后的部分, 直到产生合格的副产盐酸.由于气相主要成分是氯化氢,属强腐蚀性介质,原该 工序与氯化苯生产系统在同一厂房内,它不仅对员工操作岗位带来影响,而且对 设备产生严重腐蚀.为了使尾气与氯化苯分开,1997 年投资了 87.96 万元,对尾 气工序进行了搬迁,异地改造,将尾气系统搬到合成盐酸厂房,同时改进了工艺, 改两级吸收为三级吸收.实施替代方案后不仅节约了原料,而且污染物大幅度下 降,见表 8.

表 8 副产盐酸尾气污染物变化 项目 流量(Nm /hr) 氯化氢 Mg/Nm
3 3

1994 年 30 32000 0.96 15000 0.45

1998 年 60 140 0.009 50 0.003

增减(±)% +100 -99.56 -99.06 -99.67 -99.33

环境标准

150 1.7 85 1.0

Kg/hr 氯气 Mg/Nm
3

Kg/hr



Mg/Nm

3

1700000 51.00 120000 3.6

45000 2.70 750 0.045

-97.35 -94.71 -99.38 -98.75

17 3.3 85 2.9

Kg/hr 氯化苯 Mg/Nm
3

Kg/hr

由表看出,1998 年与 1994 年相比氯化氢,氯气,苯,氯化苯四项有害物,均减少 90%以上,除苯和氯化苯外(尚无国家标准),均符合国家现定的排放标准.

以年运行 330 天计,年减少苯排放为 382.54 吨,年减少氯化苯排放量 28.16 吨, 按吨苯和氯化苯价值分别为 2000 元和 2700 元计,年节约价值 76.51 万元和 7.6 万元,合计 84.11 万元.

冷却水循环利用 为了节约用水,降低生产成本,投资了 87.7 万元.新建了一座小 时 400 立方米冷却水系统,循环水用于各种换热器及其它工艺上,以减少新鲜水 用量,使新鲜水用量由 1994 年的吨产品 73.3 吨下降到 1998 年的 5.5 吨,吨产品 节约新鲜水 67.8 吨,按年生产氯化苯产品 15000 吨计,年节约新鲜水 101.7 吨, 按吨新鲜水 1.6 元计,年节约水价值为 162.72 万元,扣除年运行成本 32.3 万元, 年净效益为 130.42 元.

工艺改造 为了扩大生产能力,降低生产成本需对生产工艺关键设备即更新粗馏, 精馏加热器.为此,1997 年投资 22.13 万元,进行了工艺改造.实施该替代方案 后,不仅提高了生产能力,而且吨氯化苯生产成本由 3380 元降到 3330 元,吨产 品节约蒸汽 200 公斤,其污染物排放维持在原水平上,按吨氯化苯 2700 元和吨蒸 汽按 47 元计,年节约生产成本为 75 万元,年节约蒸汽价值 14 万元,合计经济价 值 89 万元.

生产改造 为了进一步提高产量,在前期工艺改造基础上,1998 年投资 334 万元, 通过增加设备,提高设备利用率来提高产量,该方案实施后,在不增加污染物排 放量的情况下,氯化苯产量由原来不足 10000 吨增加到目前的 15000 吨.

3. 实施替代方案的效果 氯化苯生产工艺,通过实施清洁生产审计提出的替代方案(F5?/FONT>F11)取得了 明显的经济效益和环境效益,见表 9?/FONT>10. 表 9 实施不同替代方案经济性分析(万元) 方案类型及名称 低 费 方 案 中 费 方 案 多氯化物改造(F8) 30.70 4.0 4.0 7.70 水洗下水改造(F7) 14.70 50.0 10.00 40.0 0.35 碱洗下水改造(F6) 6.30 60 1.75 58.25 0.10 氯化冷却器改造(F5) 投资 3.00 收益 26.6 运行成本 净收益 26.6 投资偿还期(年) 0.11

工艺改造(F9) 高 费 方 案 合计 冷却水循环(F11) 尾气搬迁(F10)

22.13 87.96 87.70

89.0 84.11 162.72 32.30

89.0 84.11 130.42

0.35 1.05 0.67

252.49

476.43

44.05

432.38

0.62

由表看出: 实施 7 项替代方案的项目工程投资为 252.49 万元, 年净收益为 432.38 万元,投资回收期不到一年.

表 10 实施替代方案的环境效益 废物类型 废水排放量 其中: 氯化氢 苯 氯化苯 尾气排放 其中: 氯化氢 氯气 苯 氯化苯 6.85 3.22 347.76 25.6 900 47.94 43.41 有害物质名称 排放量(吨) 349000

由此可见,实施替代方案后年减少废水 34.9 万吨,废水和尾气中氯化氢 906.85 吨,395.72 吨,氯化 69.01 吨,氯气 3.22 吨.

4. 实施清洁生产成功经验 太原太化集团公司化工厂自参加国家首批清洁生产培训以来,进行了不间断地清 洁生产,各级领导清洁生产意识不断得到增强,克服了资金和技术方面的困难, 分批分期实施了己二酸和氯化苯生产工艺审计提出的替代方案,取得了明显的经 济效益和环境效益,积累了进行清洁生产的经验,增强了持续深入开展清洁生产 的信心,其成功经验表现在:

1. 培育了清洁生产意识 该企业 1994 年 7 月首次开展对己二酸生产工艺清洁生产 审计,年底完成了"审计"报告,通过"审计"及实施无费,低费方案取得的效 果,使企业领导认识到:生产工艺中存在很多"降耗,节能,减污"的机会,实 施清洁生产对降低消耗,增加收益,减轻污染有着重要的意义,树立了开展清洁 生产的信心,在完成己二酸产品"审计"后,1995 年初相继对氯化苯生产工艺进 行了"审计",当年提出了"审计"报告,目前已起步对烧碱,乙烯两个产品进 行清洁生产审计,做到"审计"工作不间断的进行.

2. 克服了资金技术障碍 就全国企业实施清洁生产情况来看,资金和技术尤其资 金短缺,是影响实施清洁生产普遍存在的关键障碍,该企业不消极地等待外部条 件,而着眼自身努力,寻求多种途径克服资金和技术的困难:

按照先易后难的原则,优先实施无费,低费或中费方案获取的收益,来弥补实施 高费方案的资金短缺;

依靠企业技术人员和员工的努力,完成替代方案中设备改进或制造及安装任务, 节省工程投资;

把清洁生产替代方案,纳入到企业设备检修或生产工艺技术改造中一并解决;

带着实施清洁生产中的技术难点,到同行业中调查和收集先进技术,信息,克服 实施清洁生产中的技术障碍.

截止 1998 年,分期分批完成了己二酸和氯化苯两个产品清洁生产审计提出的 24 项替代方案.

3.巩固清洁生产成果 为了巩固清洁生产成果,该企业针对清洁生产审计发现生产管理中存在的缺陷, 调整了环保机构,完善健全了环保,生产管理制度.

调整环保机构 在传统的尾端治理污染的模式下,该企业设了独立环保处,主要负 责企业排污口的污染物是否符合国家或地方规定的污染物排放标准,忽视了生产 工艺过程中原料消耗,污染物产生量,致使环保与生产相脱节.实施清洁生产后, 为了在生产工艺过程中控制污染物的产生, 调整了原单设的环保处为生产环保处, 环保管理不仅监督尾端污染物排放情况,更重要的是把环保管理内容渗透到生产 管理之中,互为补充,相互促进,求得了环保与生产内在统一.

完善健全了管理制度 针对清洁生产审计发现的生产工艺中跑,冒,漏及物料流失 等问题,完善了设备完好率,运转率和定期检修制度以及修定了原料消耗定额等 规章,并将每个员工工作优劣与奖金,工资挂钩,实行守章者有奖,违章者受罚, 按月评定,奖惩兑现.运用行政管理制度和经济鼓励相结合的手段,增强了员工 的工作责任感和学习技术的积极性,它对巩固清洁生产成果起有重要的作用.

设立环保, 生产"监理员" 为了"管理"制度持续地有效实行, 该企业建立了"监理员" 制度.机构编制 每班三人,其中监理人员两人,监测人员一人,每天三班 24 小 时实行现场监督和环保监测."监理员"职责范围和检查内容:

范围:涉及生产所有单位的监督管理.

内容:包括生产操作控制指标执行情况及查阅原始记录;环保装置运行价查;非 正常排放管理,"三废"排放抽查.以上每项均有具体价查考核标准.

"监理员"权限 "监理员"对现场监督检查发现的问题有权下发限期整改通知 单,对生产现场出现的一些属设备管线问题,通知分厂立即抢修,维护,跟踪复

查落实,对限期不整改的进行处罚,直接下发经济处罚单.对属人为造成的问题, 直接下发经济处罚单.

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