氨基乙酸生产工程分析专题精品

第二章工程分析

本次工程分析采用类比分析、物料衡算和查阅参考资料相结合的方法，通过对本项目生产工艺过程、操作规程、治理措施等内容的分析，确定污染源，核定相关污染源的排污源强，为项目环境影响预测等专题提供基础数据。

2.1 项目概况

本项目生产工艺方案是在技术人员不懈的努力下，在总结实际生产与实验数据的基础上，整理出的一套全新的氨基乙酸生产工艺方案，其主要产品为氨基乙酸，产品主要应用于医药行业，同时也是新型除草剂的中间体，产品应用广泛。

2.1.1 项目建设地点

********有限责任公司年产5000吨氨基乙酸项目拟建厂址在****城南工业区********院内，占地面积约9750m2。厂西侧邻****，厂东侧、北侧为****空闲院区，厂南为农田。项目厂址地理位置见附图，厂址周边环境示意见图3-1。

2.1.2建设项目内容

（1）项目组成

********有限责任公司年产5000吨氨基乙酸项目为新建化工项目，根据项目建议书和实地调查，本项目工程由工艺生产主装置、辅助生产设施、公用工程、行政生活设施等组成，具体见表2-1。

（2）产品方案

本项目主要产品为生产纯度≥97.5%的工业级氨基乙酸晶体，副产品主要为20%的稀盐酸、95%的乙醇溶液和蒸馏残液，其中乙醇溶液自用，稀盐酸和蒸馏残液出售。

表2-1 项目组成一览表

（3）劳动定员及工作制度

本项目劳动定员45人，每班生产人员15人。本项目全年操作日300天，每天三班连续生产，每班工作8小时。尽可能利用当地下岗职工，部分向社会招聘化工专业毕业的大学生。

（4）主要生产设备

该项目主要生产设备见表2-2。

表2-2 项目主要设备一览表

（5）原辅材料用量及供应方案

本项目原辅材料用量及供应方案见表2-3。

（6）物料贮运方式

本项目物料贮运方式见表2-4。

本项目采用自备水井开采深层地下水供给企业生产、生活等用

水。

本项目通过在厂区内敷设收水管网收集雨水排出厂区；处理后的生活污水通过管道排入厂区西侧的公路沟，最终排入厂区南侧的惠济河。

（8）电、汽供应方案

供电：本项目拟在厂区内建变压器1台，供电电源为********110千伏安变电站，距离厂区约1公里，本项目已与该县供电局签定供电协议，在项目用电方面有保障。

供汽：本项目拟建设4t/h链条蒸汽锅炉1台，主要是通过供热管道对蒸馏塔提供热量，蒸汽降温为热水后，回入锅炉重新加热变为蒸汽后使用。锅炉燃煤采用优质低硫煤。

（9）消防

本项目拟根据消防部门的具体消防要求配套建设管网、配备消防器材。消防用水由自备水井供给。

（10）主要建构筑物

本项目主要建构筑物见表2-5。

表2-5 项目主要建构筑物一览表

（11）总图布置方案

本项目总图布置方案见图2-1。

（12）投资规模

本项目总投资3000万元，其中环保投资36.3万元，项目环保投资约占总投资的1.21%。

本项目投资构成见表2-6。

表2-6 项目投资构成表

2.2 生产工艺分析

2.2.1工艺原理

本项目氨基乙酸的生成主要分两步反应来完成，其化学反应原理

如下：

第一步 羧酸的卤代反应

在羧酸中由于羧基的影响使α-氢变得活泼，在少量催化剂（如

碘或硫）存在下，羧酸的α－氢可以被氯逐步取代。如乙酸的α-氢被逐步取代后可生成氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸。通过控制反应条件可使反应停留在一元取代阶段得到较高产率的一氯代产物，控制条件主要包括催化剂、控制反应温度和羧酸过量等。

第二步 α-卤代酸的氨解

α-卤代酸中的卤素可以发生亲核取代反应，转变为-NH 2、-OH 等，

由此得到各种α-取代酸。此法会有仲胺、叔胺的副产物的生成，必须对工艺采用要求较高控制反应条件，在通过控制反应条件，主要为催化剂、控制反应温度、投加过量的氨和溶液合适的PH ，使反应停留在一级反应阶段，制取得一级胺。

本项目的氨基乙酸的制取化学反应式如下：

主要副反应： ③ NH 3 + HCl NH 4Cl （4）

2.2.2 生产工艺流程

本项目生产工艺主要包括氯化、氨解、醇析结晶、过滤、离心精

制、干燥等工序，另外在对尾气、母液的处理上分别设有吸收（酸回

主反应： ① CH 3COOH+CL 2 CLCH 2COOH+HCL （1） ② CLCH 2COOH+NH 3 NH 2CH 2COOH+HCL （2） ⑴+⑵ CH 3COOH+CL 2+NH 3 NH 2CH 2COOH+2HCL （3） 硫磺 乌洛托品 硫磺 乌洛托品

收）、蒸馏（乙醇回收）工序，工艺流程见图2-1。

图2-1 氨基乙酸生产工艺流程及产污节点示意图

本项目工艺过程简述如下：

（1）氯化工艺

工艺过程为首先将冰醋酸过量的加入反应釜，然后从反应釜顶部的投加孔将硫磺（催化剂）加入反应釜中，此时有少量废气从釜中溢出，在一定温度下，从管道通入液氯，在釜内进行氯化反应，用夹套冷却水控制反应温度，制得的氯乙酸混合液通过管道输往下道工序，氯化反应产生的尾气（主要为HCl）经反应釜顶部的冷凝器冷却后通过管道通往吸收塔。

本项目氯化反应釜共6只，共设两组（容量为5000L的3只反应釜为1组，容量为3000L的3只反应釜为1组），每组的三只氯化反应釜依次水平排列，每组的釜之间用管道连接，在氯化反应环节，当第一级氯化反应中的氯气反应不完全时，进入第二、三反应釜继续反应，第一个反应釜为主反应釜，第二、三反应釜为副反应釜，副反应釜起保障作用。原主反应釜放料后作为第三反应釜，原第二反应釜作为主反应釜，原第三反应釜作为副反应釜，生产过程中主、副反应釜的设置依次类推。反应釜设置的尾气管道起到卸压作用，反应过程釜内基本上处于常压状态。

（2）氨解、醇析结晶工艺

该工艺过程为首先向反应釜中加入乌洛托品（六亚甲基四胺催化剂）和水，使乌洛托品溶解，然后向反应釜内通入过量的氨，并滴加氯乙酸反应，反应温度为70－85℃，反应时间为3－4h，反应过程用夹套冷却水控制反应温度。反应产生的HCl部分与过量的氨反应生成氯化氨，尾气（主要为HCl）经反应釜顶部的冷凝器冷却后通过管道通往吸收塔。反应釜设置的尾气管道起到卸压作用，反应过程釜内基本上处于常压状态。

将反应完全的氨解反应液放入醇析结晶反应釜中，从顶部加入乙

醇，并搅拌，通过夹套内的冷却水将溶液温度降至30－45℃，停止搅拌，静置若干小时，溶液中有白色结晶体析出，析出的白色结晶为氨基乙酸，含氨基乙酸结晶的混合液放入反应釜下方的过滤槽。

本项目有氨解反应釜4只、醇析结晶反应釜4只，容量为1000L 的1只氨解反应釜与容量为5000L的1只醇析结晶反应釜上下布置为1组，共设4组，各组之间平行排列。

（3）过滤工艺

含氨基乙酸结晶的混合液排入反应釜下方的过滤槽，通过滤布过滤出氨基乙酸，过滤出的氨基乙酸结晶体收集进入离心机，过滤流出液通过管道进入蒸馏塔蒸馏。过滤过程无组织挥发排放少量废气。

（4）离心精制工艺

过滤出的氨基乙酸结晶体进入离心机脱水，离心过程中同时加入清洁水冲洗表面，得到的氨基乙酸进入干燥工序。收集后的离心液与过滤液混合形成混合母液用管道输送进入蒸馏塔。

（5）干燥工艺

离心得到的氨基乙酸在60－90℃下干燥，制成氨基乙酸成品。干燥装备设计风量5600m3/h, 配套设有袋式除尘设备，除尘效率≥99.9%，处理后的废气达标排放。风机运行时产生较大的噪声。

（6）吸收工艺

从氯化、氨解工段传输过来的氯化氢气体在吸收工段拟采用二级降膜吸收，一级水洗的处理措施，整个系统利用水环泵，在负压下吸收，设计排气量3000m3/h。吸收系统设计吸收效果见表2-7。处理后的废气达标排放。

表2-7 吸收系统设计吸收效率一览表

（7）蒸馏工艺

分离出的母液进入蒸馏塔，蒸馏出乙醇，回用于生产。蒸馏釜底残液流入残液池，自然冷却结晶后，用专用容器盛装出售。

2.2.3 原辅材料消耗

该项目原辅材料消耗情况见表2-8。

表2-8 项目主要原辅材料消耗情况一览表

序号物料名称物态纯度吨产品用量（吨）年用量（吨）备注

1 冰醋酸溶液≥97％0.913100 4565.5 原料

2 液氯液态工业级0.946700 4733.5 原料

3 硫磺粉剂≥98.5％0.02500 125 催化剂

4 液氨液态工业级0.33695

5 1684.775 原料

5 乌洛托品粉剂≥98％0.03500 175 催化剂

6 乙醇溶液≥95％0.1000 500 原料

2.2.4 物料理化性质及毒理特征

本项目物料理化性质及毒理特征见表2-9。

表2-9 物料理化性质及毒理特征一览表

2.2.5 资源能源消耗

（1）用水

本项目用新鲜水由厂内的自备水井提供，用水情况见表2-10。表2-10 项目用水情况一览表单位：t/a

项目生活工艺过程冷却系统锅炉供热烟气除尘车间清洗

新鲜水用量1080 15939 600 900 900 6.0

循环水量- - 576000 6000 6600 -

合计1080 15939 576600 6900 7500 6.0

总计新鲜水用量19425；循环用水量588600；用水总量608025

（2）用电

本项目用电包括生活、生产两方面，每天平均用电量约为500kwh，年均用电量约150000kwh。

（3）用煤

本项目设有4t/h节能型链条蒸汽锅炉1台，根据生产及用汽情况，锅炉每天按满负荷运行6h，每小时燃煤0.65t，则该锅炉耗煤量为3.9t/d。拟采用山西晋中煤（低硫优质煤），其煤质设计见表2-11。表2-11 煤质成分设计

名称全硫分% 灰分% 挥发分低位发热值kJ/ kg

山西晋中煤0.5 10 25 20934

2.3 工程污染源分析

本项目污染源主要包括工艺装置、锅炉房和职工生活等。

2.3.1工艺装置污染源分析

（1）污染因素分析

经分析，本项目工艺产污环节见图2-1。工艺装置产污因素分析见表2-12。

表2-12 本项目工艺装置产污因素一览表

（2）排污源强分析

本项目工艺产污源强由物料衡算得到，结合工程拟采取的污染防治措施，最终确定排污源强。

①物料平衡

物料衡算依据：根据工艺流程、主要化学反应方程式、吨产品原辅料消耗量及对同类型企业（许昌东方化工有限公司年产5000吨氨基乙酸生产线项目，与本项目在生产工艺方案、工艺流程、生产规模、设备类型等方面上相同，调查期间企业生产正常）的实地调查，本项目在氯化混合液中HCL约占0.159%（质量百分比），醋酸约占4.56%（质量百分比）；在氨解过程中加入新鲜水与乌洛托品的比例约为：水：乌洛托品=3.6：1，氨解液中NH4CL约占21.03%（质量百分比）；吸收塔总吸收率约为99.96%，产生的稀盐酸浓度为20%，稀盐酸中HCL：醋酸=34.05：1（质量比）；过滤液产生量约为1.645819t/（t产品），半成品（粗结晶品）产生量约1.17t/（t产品）；离心分离投加新鲜水量约为0.1t/（t产品），离心液产生量约为0.197t/（t产品）；过滤精制后的混合母液中氨质量占5.97%；蒸馏过程中母液中的水汽蒸发量约为0.04t/（t产品），产生的残液量为0.702819t/（t产品），回收95%的乙醇量约为1.1t/（t产品），残液中乙醇占14.23%；氨基乙酸晶体在干燥过程收尘后的粉尘散失量为0.04kg/（t产品），散失水量为0.07296 t/（t产品）。衡算中假设液氯、氯乙酸反应完全。本项目生产工艺物料平衡见图2-2。

②工艺中污染治理措施

根据建设单位提供的资料，本项目工艺中主要采用的污染防治措施见表2-13。

图2-2 氨基乙酸生产工艺物料平衡图t /t产品

2 - 15

表2-13 工艺中的污染防治措施一览表

评价建议：采用排风扇加强各生产车间的通风；在各氯化反应釜上配备应急碱液箱，如果发现回流氯气过量，可紧急启动碱液箱加入碱液吸收，确保氯气不泄漏。

③工艺中排污情况汇总

经核算，工艺中各排污单元的排污情况见表2-14。

根据表2-14中的污染物排放情况，通过与评价执行的相关排放标准的对比可知，项目工艺中有组织排放的废气污染物HCL、粉尘经治理后满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2中二级标准要求；干燥风机噪声排放达到《工业企业厂界噪声标准》

（GB12348-90）中Ⅱ类标准；工艺中无废水排放，固体废物综合利用，符合环保要求。评价建议，增加硫磺、乌洛托品自动加料系统，实现反应釜全封闭自动加料，避免加料造成的无组织排放。

2.3.2罐区污染源分析

物料输送管道与罐之间在分离或连接的瞬间，有极少量氯气、氨气等气体无组织排放。评价建议，分、接过程熟练操作，并采用移动式收集系统（由集气罩、电机、管道、酸或碱池组成）在接口处收集后中和处理。

2.3.3 锅炉房污染源分析

（1）锅炉房概况

本项目锅炉房工程内容包括锅炉1台、水膜除尘设备1套、除尘废水沉淀池1座、煤场、渣场、蒸汽—热水循环系统1套。锅炉房利用厂区西部的原有建构筑物，不再另建，煤场、渣场地面硬化处理，蒸汽—热水循环系统由钢质管道相连接，沉淀池为半地下混凝土结构，沉淀池容积由设计施工单位根据需要具体设计。锅炉燃料使用优质煤，煤质见表2-11，燃煤锅炉参数见表2-15。

（2）锅炉污染源分析

该锅炉房产生的污染物主要包括废气、废水、噪声、固废等。

废气、固废污染物的估算采用公式法，公式中相关参数的选取参照《环境统计培训教材》（2000.5）；废水、噪声采用类比调查法。水膜除尘设备设计污染物去除率分别为烟尘≥95%、二氧化硫≥50%。

①废气、固废污染物的估算主要采用以下计算公式：

●烟气量

对于燃煤炉煤的挥发份＞15%的烟煤，烟气量按下式计算：

Q V =0.251×Q DW /1000+ 0.77 +（α－1）V0

式中：Q V——烟气排放量，m3/kg；

Q DW——燃料低位发热量，kJ/kg；

α——过剩空气系数；

V0——燃料理论空气量，按下式计算：

V0=0.251×Q DW/1000+ 0.278

●烟尘

产生量：Q

=B×A×d fh

烟尘

产生浓度：C TSP=Q TSP/Q V×106（mg/Nm3）

排放量：Q

=B×A×d fh×(1-η)

烟尘

排放浓度：C TSP=Q TSP/Q V×106（mg/Nm3）

●二氧化硫

产生量：Q SO2=B×1.6×S

产生浓度：C SO2=Q SO2/Q V×106（mg/Nm3）

排放量：Q SO2=B×1.6×S×（1-η）

排放浓度：C SO2=Q SO2/Q V×106（mg/Nm3）

●炉渣产生量：Gz=[(1- d fh) ×B×A]/(1-Cz)

●粉煤灰产生量：Gf= [d fh×B×A×η] /(1-Cf)

备注：B-燃煤量，0.65t/h；A-煤的灰分，取10%；d fh-灰分中烟尘的百分数，取20%；η-除尘系统的除尘效率，按95%计；S-煤中的含硫量，取0.5%；η-脱硫效率按50%计；Cz-炉渣中可燃物的百分数，取10%；Cf-粉煤灰中可燃物的百分数，取15%。

评价建议，煤堆、灰渣堆用棚布覆盖，堆放场地洒水增湿，防治扬尘污染；灰渣用于铺路等进行综合利用。经计算，锅炉烟气量、烟尘、二氧化硫、炉渣、粉煤灰排放情况见表2-16。

②废水

本项目锅炉废气在处理时，产生锅炉除尘废水，废水沉淀后循环使用。经对同类型除尘器的类比调查分析，本项目锅炉除尘用水量约为25t/d，蒸发水量为3t/d，除尘废水产生量为22t/d，循环水量

22t/d，损失水量用新鲜水补充。

③噪声

本项目锅炉房噪声主要来自锅炉引风机，噪声源强约95dB（A）。评价建议，置于室内，并做减震、消声处理，可降低噪声15～20dB （A），使室内噪声值低于80dB（A），再经厂界围墙等建筑物隔声约15dB（A）及距离衰减23dB（A）后厂界噪声最大贡献值出现在西厂界，约为42dB（A）。

④锅炉房排污情况汇总

本项目燃煤锅炉在满负荷运行工况下，锅炉房污染物排放情况汇总见表2-16。

表2-16 锅炉房污染物排放情况汇总表

通过表2-16中污染物排放数据对比排放标准知，锅炉废气污染物排放满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中Ⅱ时段二类区标准要求；噪声排放达到《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）中Ⅱ类标准；除尘废水循环利用，不外排，固体废物实现资源化、无害化处置，符合环保要求。

2.3.4职工生活污染源分析

本项目劳动定员45人，年工作300天，每人每天在厂内工作8

小时。

（1）生活污水

本项目职工生活清洁水用量按80L/(d·人)计，则清洁水用量为1080t/a，排污系数按0.8计，生活污水排放量为864t/a，生活污水采用地埋式污水处理系统处理，处理后的污水通过厂址西侧的公路沟排入距厂址南侧1000m处的惠济河。排放水质、水量设计见表2-17。表2-17 生活污水排放情况一览表

通过与排放标准对比，本项目生活污水排放满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）表4中二级标准要求。评价建议，处理后的污水用于厂区内绿化和农田灌溉。

（2）生活垃圾

本项目生活垃圾产生量按每人每天0.5kg计，则生活垃圾产生量约为6.75t/a。该固废拟分类收集后，交由当地环卫部门处理。

2.3.5 其它污染源分析

（1）水冷却系统

反应釜、制冷机通过冷水间接冷却时会产生热废水。经类比调查，冷却水用量约1922t/d，产生的热废水用管道排入自然冷却水池冷却后循环使用，冷却过程自然蒸发损失水量约2.0t/d，蒸发损失水量用新鲜水补充。水冷却系统不外排污水。

（2）车间地面清洗

车间地面清洗不采用水冲的形式，拟用拖布沾水拖洗，新鲜水用量0.02t/d，自然蒸发损失。

2.4 全厂水平衡

全厂水平衡见图2-3。