草甘膦生产工艺水资源代谢分析及优化

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我国是世界草甘膦生产大国之一,但草甘膦的生产过程能耗较高且废水排放量较大。虽然我国已在积极致力于农药废水治理的研究,但基本上都停留在废水处理技术开发方面,而这种末端治理的方法不仅成本高,而且不是解决农药行业环境污染问题的根本性手段。只有从源头抓起,对农药生产的全过程进行系统分析和系统优化,才能从根本上减少农药生产的环境污染问题。工业代谢分析是对工业过程资源、能源进行系统分析的有效方法。本研究构建了基于工业代谢分析的企业节能减排框架体系,并将其运用到国内某农药集团二甲酯法生产草甘膦工艺的水资源系统的节能减排过程中,以期为企业节能减排提供技术支撑和案例依据。  按照以上框架,本研究首先运用工业代谢分析方法对草甘膦工艺的水资源代谢过程进行了物质和能量两方面的量化分析,建立了水资源物质代谢平衡账户和水资源能量代谢平衡账户,并绘制了水资源物质代谢图和水资源能量代谢图。结果表明,草甘膦生产过程中所需新鲜工艺用水较少,蒸汽消耗单元多且用汽量大,而能量代谢结构简单,冷凝水浪费较严重。  在此基础上,综合考虑经济、能量、环境和控制等多方面的需求,识别和筛选出草甘膦生产过程中节能减排的关键节点,确定物质、能量集成的空间层次和范围,并对关键节点的优化途径和策略从经济成本、环境效益和技术难度三个方面进行潜力分析。结果表明,水资源物质代谢的关键节点为蒸发单元、三乙胺精馏单元和酸解单元;水资源能量代谢的关键节点为干燥单元和副产物回收过程。其中草甘膦副产物回收过程的能量集成因具有成熟技术、环境效益多样和成本相对较低被确定为本研究进行水资源系统优化的最终方案。  最后,运用夹点技术对草甘膦副产物回收过程的能量代谢系统进行了优化设计,结果表明,优化后的副产物回收过程所消耗的蒸汽和排放的冷凝废水量比原来减少了1.53%,冷却水消耗量比原来减少26.84%,水资源消耗减少7万吨/年,同时每年能节省总费用约70万元/年,从而实现了草甘膦生产过程中经济效益与环境效益的双赢。
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