陳勇民
新疆環(huán)境保護科學研究院新疆環(huán)境污染監(jiān)控與風險預警重點實驗室 新疆烏魯木齊 830011
某氯堿企業(yè)濕法乙炔發(fā)生工藝改進及清潔生產(chǎn)對比
陳勇民
新疆環(huán)境保護科學研究院新疆環(huán)境污染監(jiān)控與風險預警重點實驗室 新疆烏魯木齊 830011
隨著次鈉復配、電石渣漿處理、電石渣漿乙炔氣回收等技術的集成創(chuàng)新,改進型濕法乙炔發(fā)生在工藝成熟性、穩(wěn)定性、安全環(huán)保和節(jié)能節(jié)水已經(jīng)顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,從行業(yè)未來發(fā)展看,改進型濕法乙炔發(fā)生工藝與干法乙炔發(fā)生工藝將是共同支撐行業(yè)清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要技術。
改進型濕法乙炔發(fā)生;干法乙炔發(fā)生;清潔生產(chǎn)
Xinjiang Academy of Environmental Protection Science,XinjiangKey Laboratory for Environmental pollution monitoring and risk warning,Urumqi,Xinjiang 830011,China
聚氯乙烯(PVC)是有機化工的基礎原料,在鹽鹵資源豐富的地區(qū)采用電石乙炔法生產(chǎn)路線是符合我國現(xiàn)階段國情的發(fā)展之路。電石-乙炔法分為干法乙炔與濕法乙炔兩種。與傳統(tǒng)濕法乙炔生產(chǎn)技術相比,干法乙炔在節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保以及電石渣再利用等方面具有明顯的優(yōu)勢,也因此被列入國家各類導向性支持政策中。但根據(jù)實際調(diào)查,截止至2013年8月,全國氯堿行業(yè)干法乙炔發(fā)生工藝的裝置能力僅占20%,在使用干法乙炔發(fā)生的企業(yè)中,大部分企業(yè)都是干、濕法并存,只有個別企業(yè)真正做到了全部使用干法乙炔發(fā)生,采用傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生的工藝裝置中也有30%-35%的裝置已開展了優(yōu)化和改進??梢姡鳛閲鴥?nèi)運行了半個世紀的濕法乙炔工藝,在很長時間內(nèi)仍將占據(jù)聚氯乙烯生產(chǎn)的重要部分,因此行業(yè)內(nèi)也應繼續(xù)致力于濕法乙炔工藝的創(chuàng)新、優(yōu)化和改進。
2.1 傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生的缺點
傳統(tǒng)濕法乙炔工藝發(fā)生器用水為工業(yè)原水,次鈉經(jīng)氯堿界區(qū)送至乙炔清凈與原水稀釋至0.085%-0.12%在清凈塔逆向與加壓后的粗乙炔接觸后,廢次鈉水直接外排,發(fā)生器溢流的電石渣漿廢液直接外排。總體而言,傳統(tǒng)的濕法乙炔發(fā)生具有電石破碎輸送過程粗放、發(fā)生器加料工藝技術落后、發(fā)生器電石發(fā)生反應控制粗放、發(fā)生器排渣過程控制粗放、電石渣漿中大量的溶解乙炔流失、水量消耗大,外排廢水量大、設備占地面積多、因次鈉清凈帶來的氯根問題難實現(xiàn)電石渣綜合利用受到限制等缺點。
2.2 新型濕法乙炔的技術集成
新疆某大型氯堿企業(yè)近年來一直致力于傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生工藝的改進,其新型濕法乙炔發(fā)生系統(tǒng)至今已安全運行近5年,節(jié)水節(jié)能效果十分明顯。其工藝過程為:從電石庫來的電石經(jīng)過破碎裝置破碎至50-80mm,經(jīng)上料裝置后由振動給料器控制均勻加入到乙炔發(fā)生器中,在乙炔發(fā)生器內(nèi),電石遇水生成乙炔氣體,產(chǎn)生的反應熱由加入的過量水通過發(fā)生器溢流管移走,發(fā)生器產(chǎn)生乙炔氣經(jīng)正水封后到達冷卻塔,與冷卻水逆流接觸換熱,乙炔升壓機升壓乙炔氣后送清凈系統(tǒng)。配制好的次鈉經(jīng)清凈塔與乙炔氣逆向接觸后在清凈塔內(nèi)發(fā)生氧化還原反應,反應后的廢次鈉溶液進入廢次鈉汽提裝置,把溶解在廢次鈉溶液中的乙炔氣回收至乙炔氣柜,從汽提塔底部處理的廢次鈉經(jīng)降溫曝氣后重新進入次鈉配制系統(tǒng),實現(xiàn)乙炔氣回收利用,次鈉廢液循環(huán)使用(詳見圖1)。因乙炔發(fā)生用水水質(zhì)要求不高,所以新型濕法乙炔的特點是將其它裝置內(nèi)無法處理的廢水均加入乙炔發(fā)生系統(tǒng)和上清液池做為發(fā)生反應用,實現(xiàn)廢水的綜合利用。
該企業(yè)對傳統(tǒng)濕法乙炔技術的改進技術集成主要表現(xiàn)在:
(1)破碎過程全密閉。整個電石破碎、輸送及發(fā)生器加料過程實現(xiàn)氮氣保護下的全密閉,減少電石的灰化及破碎損失,同時解決長期以來電石破碎、輸送過程的電石粉塵污染環(huán)境的老大難問題。
(2)濕法乙炔自動化下料。采用全自動自控的下料方式,取代原人工控制的步驟,提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力,縮減了生產(chǎn)時間,降低生產(chǎn)成本,減少了污染排放。
(3)發(fā)生器儲斗乙炔回收。在發(fā)生器下儲斗排空管后安裝1個洗滌塔,用自控閥與發(fā)生器下儲斗活門連鎖控制。下儲斗下料前,先用氮氣置換回收乙炔,經(jīng)該工藝改造后電石單耗可下降7.7kg。
(4)電石發(fā)生反應控制。將發(fā)生器內(nèi)反應產(chǎn)生的電石渣漿直接靠溢流管溢流出發(fā)生器的方式,改為發(fā)生器靠液位調(diào)節(jié)閥直接排放發(fā)生器內(nèi)的電石渣漿,根據(jù)電石反應的效果有效提高發(fā)生器電石渣漿濃度至18%。有效解決了受發(fā)生器內(nèi)、外壓差小,電石渣漿比重、粘度的制約,發(fā)生器內(nèi)電石渣漿只能長期控制在12%左右的難題,解決了傳統(tǒng)發(fā)生器反應溫度控制低,電石渣漿量排放量多,電石渣漿溶解乙炔氣體流失大和電石渣壓濾裝置較大的問題。
(5)發(fā)生器自動化排渣。濕法乙炔發(fā)生器排渣機是安裝在發(fā)生器底部連續(xù)運行的設備,其出渣口高出發(fā)生器液面2m,這就確保了在正常生產(chǎn)時發(fā)生器內(nèi)的渣漿液不會通過排渣機排出,而是通過溢流管進入溢流液乙炔回收裝置,發(fā)生器底部的矽鐵和未反應的炭粒以及其他不溶顆粒物則被排渣機排出。
(6)次鈉復配及廢次鈉汽提乙炔氣回收。利用噴霧冷卻塔、曝氣池、廢次鈉泵,使廢次氯酸鈉廢液能夠循環(huán)使用配制成新次氯酸鈉溶液。廢次鈉復配技術節(jié)省了大量的工業(yè)用水,廢次鈉液當長時間使用后,曝氣池中的廢次氯酸鈉溶液中的鹽含量會升高影響清凈效果時,就抽出少量的廢次鈉液作為配套電廠脫硫廢水的氧化劑使用,由于生產(chǎn)過程中的廢次鈉不進入發(fā)生器,產(chǎn)生的電石渣中氯根含量符合水泥生產(chǎn)要求,避免了環(huán)境污染,達到環(huán)保的目的。之后,企業(yè)又在次鈉復配的基礎上,開發(fā)了廢次鈉汽提乙炔氣回收,進一步改進了次鈉復配技術(見圖2)。
(7)渣漿乙炔回收。采用負壓閃蒸汽提回收渣漿中的乙炔,分離出的冷凝水進入渣漿槽,經(jīng)汽提后的電石渣漿通過液封溢流連續(xù)排入渣
漿濃縮池。
(8)電石渣渣漿處理。由乙炔發(fā)生系統(tǒng)來的含固質(zhì)量分數(shù)8%~10%的電石渣漿在濃縮池內(nèi)經(jīng)沉淀濃縮后,上清液進入冷卻池經(jīng)噴淋冷卻降溫,送回乙炔發(fā)生器循環(huán)使用,濃縮池底部錐體排出的含固質(zhì)量分數(shù)約30%的濃漿送入板框壓濾機,經(jīng)板框壓濾機壓濾后,含水質(zhì)量分數(shù)小于38%的電石渣送到水泥廠生產(chǎn)水泥。結合實踐經(jīng)驗,企業(yè)將聚合汽提塔排水及部分循環(huán)水排污等廢水進入濃縮池經(jīng)沉淀后用作發(fā)生器用水,對乙炔發(fā)生工序無任何影響,發(fā)生系統(tǒng)運行平穩(wěn)。
(9)排水點凝水回收。將發(fā)生單元至升壓機進口之間的排水點集中到一個密閉集液罐內(nèi),集液罐加裝液位計和調(diào)節(jié)閥,根據(jù)液位高低自動排入水洗塔內(nèi)。升壓機之后的排水點集中到另一個密閉集液罐內(nèi)根據(jù)液位高低也自動排入水洗塔內(nèi)。在清凈單元中,中和塔更換的廢堿液排入發(fā)生器,各排放口的凝液集中收集后排入發(fā)生器或汽提,整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)零排放,整治了傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生無組織排放造成的環(huán)境污染,同時也回收了其中的乙炔氣降低了物耗。
3.1 乙炔發(fā)生清潔生產(chǎn)對比
根據(jù)對比(表1),采用新型濕法乙炔發(fā)生較干法乙炔發(fā)生具有一定的優(yōu)勢。
注:該企業(yè)規(guī)模為40萬噸PVC,下同
3.2 乙炔清凈清潔生產(chǎn)對比
通常干法乙炔發(fā)生配套硫酸清凈方式,而新型濕法乙炔沿用了傳統(tǒng)的次鈉清凈方式。兩者比較(見表2),從環(huán)保角度,次鈉清凈能耗低、安全性好、無固體廢物產(chǎn)生,且均可實現(xiàn)廢水零排放,同時克服了電石渣氯根超標的問題。3.3電石渣利用清潔生產(chǎn)對比
表2 硫酸清凈和次鈉清凈工藝清潔生產(chǎn)對比表序號 項目 硫酸清凈 次鈉清凈1 運行穩(wěn)定性 受電石質(zhì)量影響大 受電石質(zhì)量影響小次鈉復配解決了廢次鈉中游離氯離子與乙炔存在反應的安全性問題,作業(yè)環(huán)境安全性好3能耗 多 少4排水量 0 0 5 固體廢物產(chǎn)生量* 2 安全性 操作條件更苛刻,安全性差12100(廢酸)/75(固堿) 0
利用電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣資源化的成熟、經(jīng)濟方法,無論是干法電石渣還是濕法電石渣,均可采用新型干法生產(chǎn)水泥,干排電石渣還是濕排電石渣完全取決于乙炔發(fā)生工藝,但干法電石渣生產(chǎn)水泥流程更為簡潔。經(jīng)比較(表3、表4)。濕排電石渣儲存方便、安全性好;干排電石渣儲存設備要求苛刻,安全性要求高。雖然新型濕法乙炔較干法乙炔發(fā)生電石渣數(shù)量大,但相應的固體廢物可通過依托的電石渣水泥工程消化,最終的固體廢物均為零排放。濕排電石渣烘干能耗較干排電石渣烘干能耗明顯高,但由于新型濕法乙炔發(fā)生電石單耗較干法乙炔低,綜合全過程分析,兩者相差不大。
表3 干法電石渣水泥和濕法電石渣水泥工藝清潔生產(chǎn)對比表序號 項目 干法電石渣水泥 濕法電石渣水泥1物理性質(zhì) 含水率低 含水率高,需要烘干2化學性質(zhì) 夾帶生電石,安全性差 殘渣少,安全性好3輸送特性 輸送要求高 管道泵送,方便干凈4儲存特性 儲存系統(tǒng)復雜,安全性差電石渣儲存系統(tǒng)簡單,安全性好經(jīng)過烘干處理后(水分1%左右),作為干渣投入到正常生產(chǎn)6煅燒 設備尺寸小 設備尺寸大7 固體廢物處理量 59.62萬噸 72.2萬噸8 大氣污染物排放量5 生料制備直接與其他物料一起進人混合干燥裝置粉塵 228.94 262.8二氧化硫 90.47 236.5氮氧化物 1979.04 1299.0
水泥熟料產(chǎn)量124萬噸/年規(guī)模核算;
表4 干法乙炔發(fā)生及干排電石渣制水泥能耗與新型濕法乙炔發(fā)生及濕排電石渣制水泥能耗對比表序號 項目 干法乙炔發(fā)生 新型濕法乙炔發(fā)生新型濕法乙炔較干法乙炔1 乙炔發(fā)生電節(jié)約標準煤14965.92噸/年2 乙炔發(fā)生電耗石消耗 1420Kg/tPVC 1 4 0 2 K g/ tPVC耗 69 kw.h/t 92.03 kw.h/t增 加 標 準 煤3509.68噸/年4 熟料熱耗 3595 kJ/kg 3972 kJ/kg 增 加 標 準 煤15950.42噸/年合計 節(jié)約2676.75噸/年節(jié)約標準煤4916噸/年3 水泥綜合電干法乙炔發(fā)生單元動力消耗較濕法乙炔增加近100KW.h
PVC產(chǎn)量按照40萬噸/年規(guī)模;水泥熟料產(chǎn)量124萬噸/年規(guī)模核算;能耗折算方法依據(jù)《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589-2008)
與傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生工藝相比,干法乙炔工藝的優(yōu)點是無需置疑的。但由于國內(nèi)裝備制造業(yè)水平和化工生產(chǎn)技術發(fā)展的不同步,干法乙炔發(fā)生中存在的一些共性問題尚未能夠得到徹底解決,國內(nèi)有關政策導向時,應正面干法乙炔工藝中的不足,通過總結探討和技術交流,加快制定相關工藝規(guī)范及設備制造標準,以使干法乙炔工藝逐步完善。實踐證明,隨著次鈉復配、電石渣漿處理、電石渣漿乙炔氣回收等技術的集成創(chuàng)新,改進的濕法乙炔發(fā)生在工藝成熟性、穩(wěn)定性、安全環(huán)保和節(jié)能節(jié)水已經(jīng)顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢,從行業(yè)未來發(fā)展看,改進型濕法乙炔發(fā)生工藝與干法乙炔發(fā)生工藝將是共同支撐行業(yè)清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要技術。
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