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打造绿色生产链 树立低碳新标杆——天津石化全力提速首个新能源燃料电池氢项目

2021/9/13 16:45:41   中国环境报      人气:1330

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中国石化股份有限公司天津分公司(以下简称“天津石化”)围绕绿色低碳发展,不断加大节能减排工作力度,在提供绿色清洁产品、绿色能源的同时,通过加快推进以氢能为核心的新能源项目建设、推动技术创新与应用、运用大数据源头防治等,树立低碳生产“新标杆”。经过多年的持续治理,污染防治攻坚战涉及的236个环境治理项目全部投用,主要污染物大幅减排,多项重点环境指标达到修复目标要求。

供应清洁能源

氢能项目推进零碳步伐

今年8月,随着一台台关键设备吊装到位,天津石化首个燃料电池氢项目全力提速。此项目自4月15日签发首张施工票起,便上紧了“发条”。

“眼下最重要的事是把工程干好,按照既定节点有序推进。”项目负责人、天津石化炼油部联合三车间副主任魏安庆说道。

近年来,中国石油化工集团公司(以下简称“中国石化”)加快发展以氢能为核心的新能源业务,在氢能交通和氢基炼化两大领域大力推进氢能全产业链快速发展,并提出以净零排放为终极目标,力争在2050年实现碳中和,为应对气候变化做出贡献。最新数据显示,中国石化年产氢350万吨,约占全国的14%,是国内最大的氢气生产企业。

据天津石化炼油部副经理王云强介绍,作为中国石化驻津炼化企业,天津石化具有丰富的氢气资源,是天津市氢能后续发展的主力。按照《天津市氢能产业发展行动方案(2020-2022年)》,到2022年,天津市力争建成至少10座加氢站,累计使用氢燃料电池车1000辆以上。

“在这样的背景下,研究氢能产业发展、加快氢能产业布局正当时。目前,天津石化制氢装置总产氢能力为160000标立方米/时,除了满足生产加工,还有60000标立方米/时~80000标立方米/时的氢气可供燃料电池氢项目。”王云强说,燃料电池氢项目采用中国石化自主研发技术,可产出指标要求更高的99.999%高纯度燃料电池氢气,将充分提高氢资源利用率。项目建成投产后,预计年产量达2250吨,能满足天津市6座1000公斤/天的加氢站用氢需求。

可再生能源是实现碳中和的必然选择,氢能是替代化石能源实现零碳的重要能源。天津石化氢能生产以燃料电池氢项目为标志已迈出实质性步伐。在此基础上,他们积极推进以工艺尾气、火炬气回收为核心的“蓝氢”方案,筹划实施生产低成本氢气规划项目。

根据炼油总流程方案测算,现有C2回收装置尾气中的氢气含量达到49.31%,具有很大的回收价值。另外,炼油新区气柜主要接收各炼油装置放空的气体,里面氢气含量较高。针对以上富氢气体资源,天津石化拟新建VPSA装置,每年可回收氢气1.09万吨。

在此基础上,天津石化正在新建一套25万吨/年C2回收装置,其膜分离单元将回收88%的膜分离氢,进制氢PSA再提纯后,每年可生产纯度99.9%氢气万吨以上。

近年来,天津石化积极推动洁净化转型,持续推进世界一流绿色企业建设,不断汇聚绿色发展新优势,把绿色洁净打造成天津石化亮丽名片。同时,着力增加绿色供给,积极布局新能源产业,统筹新能源业务与传统业务互补、与提质增效降耗协同,并借助天津南港120万吨/年乙烯项目,高起点介入并发展氢能、冷能、光伏发电等新能源业务,构建绿色高效的综合能源利用体系。

绿色化生产链

多项环境指标全国领先

天津石化努力将绿色低碳打造成企业核心竞争力,坚定朝着净零目标迈进。公司制定废气、污水等净零标准,明确时间表、路线图,确保环境指标保持行业先进、排放总量刚性下降,推进VOCs、O3污染防治,高标准打造“无异味工厂”。今年上半年,外排工业废水达标率、外排有控废气达标率、危险废物妥善处理处置率均为100%;同口径对比2019年,COD、NH3-N、SO2、NOx、VOCs的排放总量均呈下降趋势。

“将绿色低碳理念转化为行动,贯穿于整个生产链条中,是我们环境治理的法宝。”天津石化安全总监兼安全环保部经理夏信虎说道。

作为华北地区最大的炼油基地、国内最大的乙烯生产基地之一,天津石化在生产链条中始终坚持源头治理、过程管控、末端监控,随着装置生产规模不断扩大,VOCs排放量不升反降。

炼化企业在生产过程中,许多物料都具有腐蚀性,特别是在高温高压、生产链长和系统的长周期运行环境下,装置在生产、储运环节常常会发生泄漏。为此,天津石化全面推行LDAR技术,将涉VOCs装置全部纳入检测范围。截至目前,天津石化涉及LDAR装置共36套,常规检测近370000个点。检测出的泄漏点实现5日内首次修复,严重泄漏点位24小时内修复。通过持续开展LDAR工作,VOCs排放大幅削减。

天津石化对定力矩紧固技术大规模应用,从源头上为VOCs治理再加一把“安全锁”。2020年,他们利用检修改造之机,将所有涉VOCs装置全面实施定力矩紧固技术。定力矩紧固是一种无需人为干预即可使螺栓获得较高载荷精度的技术,可使所有螺栓获得均匀预紧力,减少法兰连接的无组织泄漏,从而降低VOCs排放。在去年的检修改造中,天津石化首次大范围应用定力矩紧固技术,涉及4个作业部38套装置8366对法兰,首次实现开车一个卡子不打、一个盒子不包,真正做到现场无漏点,实现了装置“零泄漏、低排放、长周期”的目标。

对生产过程中产生的VOCs,天津市出台标准早、起点高,近年来天津石化已投资超过4亿元,针对油品装卸挥发、油品储罐挥发、污水处理过程逸散、工艺有组织排放等VOCs排放源进行针对性治理。

如重整抽提装置在生产过程中会产生重整再生尾气,尾气中含有VOCs。天津石化充分利用现有装置,通过增加管线连通等措施,将其引到加热炉进行焚烧,极大地降低了挥发气体的排放量。

“处理前,VOCs排放浓度150mg/m3,处理后VOCs排放浓度为1.5mg/m3,不仅削减了100倍,更是远低于国家20mg/m3的标准。”天津石化炼油部联合七车间主任孙建国说。

天津石化在行业内首家采用VOCs处理技术——储罐蒸煮罐顶气移动式撬装治理。此技术的工艺流程是将储罐蒸煮过程中的废气通过金属软管输送到移动式撬装设备中,进入移动式撬装治理设施的废气首先要进行低温冷凝处理,把废气中的油和烃冷凝下来,分别进入水暂存罐和油暂存罐,其次气体再经过活性炭进一步吸附,经化验分析合格后排放大气。

目前,天津石化有11套VOCs治理设施,主要处理罐区、栈台和污水处理厂废气。各处理设施的废气收集率、同步运行率均为100%,排放口数据全部达标。

为实现生产、储运过程减排,天津石化累计投入25亿元,实施燃煤锅炉超净排放改造、VOCs和扬尘治理等近80个项目,提前完成了不同阶段的成品油质量升级任务,京津冀及周边地区大气污染防治方案、攻坚行动方案涉及的环境治理项目全部达点投用,VOCs等污染物排放均达到国内领先水平。

天津石化不仅致力打造“蓝天工程”,还以“净零排放”为目标,全力打造“碧水工程”。

对加工劣质化原油产生的工业废水中有机物的治理,一直是行业难题。为适应国家提出更为严格的污水排放要求,天津石化积极进行攻关,《工业污水超深度处理技术》被纳入中石化“十条龙”科技攻关项目。天津石化对现有污水处理流程和设施进行改造升级,投用烯烃区域污水提标装置和炼油化工区域污水提标装置,实现天津市所有外排废水指标达到地表水Ⅳ类功能区要求(重点污染物指标COD<30mg/L),达到国内先进水平。

同时,他们以“工业水资源利用能效全面提升”为研究课题,攻坚克难,打好污水多途径回用“组合拳”。

“污水回用率的提升不仅需要提升回用水产品量,还要从源头吸收劣质水源,提高污水处理装置运行水平,实现应收尽收。”天津石化水务部生产技术科副科长郝玉翠介绍,天津石化通过对原有管网进行优化改进,实现将4号汽提废水、污水处理装置部分反洗废水、RO浓水等废水的引入,并结合六米河雨水回调项目,日常增加水源量平均每小时达260吨,减排60吨以上。

在此基础上,天津石化通过整体水资源优化,实现了包括回用水、凝液、除盐水、除氧水、市政中水等在内的全系统流程的优化。截至目前,天津石化污水回用率65.2%,创历史新高,工业取新水比例、万元产值耗新鲜水、吨油耗水指标均达到世界先进水平。

“今年,公司提出了节水减排量再提高70%的更高目标。”天津石化水务部经理王铭松表示重任在肩、责无旁贷。

全方位智能监控

实现低碳生产关口前移

VOCs与灰尘相比,看不见、摸不着,危害却很大,成为大气污染的“隐形杀手”。为了打赢VOCs治理“持久战”,天津石化引入现代化监测手段,实施厂区走航监测技术应用。一旦确定VOCs数值偏高装置,采用红外气体成像仪快速扫描此装置各部位,锁定排放点位后,使用便携式离子阱质谱仪进行精确定性、定量分析,确认排放气体的组分,实现精准溯源,并予以修复治理。

同时,天津石化全面实施VOCs在线监测,针对催化裂化装置烟气、硫磺回收装置尾气及其他生产装置加热炉等有组织排放源,安装了13台VOCs在线监测仪表,以非甲烷总烃作为控制指标,采用火焰离子法(FID)进行检测,提高排放口污染物检测和监督水平,并与天津市监管平台联网,接受政府监督。此外,天津石化还联合中国石化青岛安全工程研究院完成了《VOCs安全收集及高效处理技术开发及应用》项目,使天津石化VOCs安全收集项目数量和本质安全水平处于我国石化系统内先进水平。

按照要求,天津石化先后在国控源、高架源等废水、废气排放口安装了80多套污染源在线监测设备,并与中国石化及地方政府生态环境部门联网,将数据实时上传总部平台和地方政府平台,接受监督。同时,在线数据引入车间DCS系统,运行人员24小时监控,出现异常情况及时整治,确保达标排放。

作为中国石化试点单位,天津石化环保信息系统正式投用后,异常排污申报、环保设施管理、危废管理、绿色企业创建等日常工作均在线办理,并开通了流程审批短信提醒业务,基本做到环保信息系统覆盖全业务。

在此基础上,天津石化自主开发“环保监控地图”,利用GIS平台,将分散在不同系统、不同平台的数据资料整合在“一张图”上,划分为污染源、废水、废气、危废、厂界噪声、空气质量、VOCs、污水管网、环境风险和土壤地下水等共10个环保重点监控模块。

以外排污水为例,监控地图可同时展示这一点位COD、NH3-N、TN、TP排放的在线瞬时数据、小时平均数据、日均数据和人工监测对比数据及历史数据,可视频观测到排放状态和水质外观。达标排放时,此点位图标为绿色;任何污染物排放浓度超过预警值,成棕黄色;超标为红色;数据传输中断,则显示为蓝色。当监控数据达到预警值或超标时,系统可以通过短信及时推送到基层至公司各层级管理人员,警示立即调整工艺操作。

环保监控地图信息化建设及数字化应用,实现了对污染源“全天候、全方位、无死角”智能监控。天津石化安全环保管理也逐渐从末端治理向源头防治转变,从事后整改向超前预防转变,从被动应对向主动谋划转变。

“十三五”期间,天津石化的世界一流绿色企业建设取得阶段性成果,主要污染物总量较“十二五”末减排80%以上,实现了燃煤锅炉超低排放、外排污水COD指标达到行业先进、NOx排放浓度大幅优于国家标准。“无异味工厂”基本建成,“近零”新鲜水目标全面实现。近年来,天津石化先后获评中国石化首批“绿色企业”、中国石油和化学工业联合会“绿色工厂”等荣誉称号,绿色竞争优势成为企业核心竞争力。