熊磊，張明，曾憲軍，楊莉

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

聚氯乙烯(PVC)是世界五大通用樹脂之一，其產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，居世界通用樹脂產(chǎn)量第3位。在我國(guó)煤炭、石灰石和原鹽資源豐富、價(jià)格低廉的地區(qū)，電石法聚氯乙烯仍占據(jù)發(fā)展的主導(dǎo)地位，它的快速發(fā)展也將對(duì)我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)未來發(fā)展格局產(chǎn)生重要影響[1]。

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“陜西北元”)有110萬t/a聚氯乙烯、80萬t/a離子膜燒堿、4×125 MW發(fā)電、220萬t/a新型干法工業(yè)廢渣水泥、50萬t/a電石的生產(chǎn)能力。每年可轉(zhuǎn)化原鹽135萬t，直接和間接轉(zhuǎn)化原煤800萬t。氯堿產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)歸根結(jié)底是通過氯堿產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以“減量化、再利用、資源化”為準(zhǔn)則，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)“低開采、高利用、低排放”，提升氯堿產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量和效益[2]。

1 陜西北元實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的問題

1.1 電石渣不能有效利用

電石渣為電石水解后的產(chǎn)物，其主要成分是氫氧化鈣。電石法生產(chǎn)聚氯乙烯在行業(yè)內(nèi)約占83%，電石法制乙炔產(chǎn)生的工業(yè)廢渣即為電石渣，國(guó)內(nèi)每年將產(chǎn)生4 000多萬t的電石渣。陜西北元擁有110萬t/a PVC生產(chǎn)線，每年消耗電石約150萬t，產(chǎn)生工業(yè)廢渣約200萬t/a(干基)。通過2條3 kt/d熟料的水泥生產(chǎn)線，可消耗電石渣180萬t/a左右。由于受到冬季水泥市場(chǎng)影響，每年實(shí)際消化電石渣約160萬t(干基)，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況時(shí)，有較多濕電石渣無法完全使用，造成大量外倒。

1.2 廢硫酸不能合理利用

陜西北元110萬t/a聚氯乙烯循環(huán)綜合利用項(xiàng)目乙炔清凈工序98%硫酸干燥后產(chǎn)生75%的廢硫酸。該部分廢酸濃度低，所含雜質(zhì)較高，由供應(yīng)商以3 300元/t的價(jià)格進(jìn)行處理。88萬t/a燒堿配套氯氣采用98%硫酸干燥，產(chǎn)生75%的廢硫酸。該部分廢酸含雜質(zhì)較少，由供應(yīng)商免費(fèi)拉走處理，不能徹底解決廢硫酸帶來的環(huán)保問題，同時(shí)造成資源浪費(fèi)。

1.3 過程中產(chǎn)生的各種廢棄物不能合理利用

陜西北元在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物或廢氣、廢液及固廢等，不能合理利用，造成較大的能源損耗。自備電廠在發(fā)電過程會(huì)產(chǎn)生粉煤灰、脫硫灰、爐渣等固廢；化工生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽、高含鹽廢水、含汞污水、生產(chǎn)污泥等；電石在反應(yīng)過程中反應(yīng)不完全，在電石渣中會(huì)存留部分生電石及乙炔氣體等。

2 陜西北元實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體措施

2.1 電石裝置區(qū)自循環(huán)，減少資源消耗

陜北北元50萬t/a電石資源綜合利用項(xiàng)目包括50萬t/a電石裝置和配套的2×30 MW廢氣鍋爐發(fā)電裝置、5萬t/a硅鈣、50萬t/a白灰以及蘭炭裝置。通過將生產(chǎn)蘭炭過程中產(chǎn)生的煤氣供給石灰窯作為熱源，蘭炭與生石灰結(jié)合生產(chǎn)電石，電石爐產(chǎn)生的煤氣供廢氣鍋爐進(jìn)行發(fā)電供內(nèi)部使用，電石供聚氯乙烯裝置使用，實(shí)現(xiàn)電石裝置區(qū)自循環(huán)。

陜西北元電石裝置循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈如圖1所示。

圖1 陜西北元電石裝置循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭DFig.1 Circular industrial chain of carbide plant in Shaanxi Beiyuan

2.2 整個(gè)裝置區(qū)大循環(huán)，提高資源利用效率

陜西北元通過整個(gè)裝置區(qū)的合理規(guī)劃，以100萬t/a聚氯乙烯裝置為核心，采鹽裝置為氯堿裝置提供鹽水，熱電裝置為化工裝置和水泥裝置提供電和蒸汽，電石裝置為乙炔裝置提供電石。水泥裝置利用乙炔裝置產(chǎn)生的電石泥廢渣、熱電裝置產(chǎn)生的爐渣及粉煤灰、脫硫石膏等生產(chǎn)水泥。整個(gè)生產(chǎn)過程資源得到高效利用，形成了一個(gè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈條。陜西北元循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈如圖2所示。

圖2 陜西北元循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭DFig.2 Circular industrial chain in Shaanxi Beiyuan

2.3 聯(lián)合園區(qū)內(nèi)企業(yè)，優(yōu)化資源配置

陜西北元結(jié)合工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)部企業(yè)資源的合理配置。亞華熱電將多余蒸汽供給陜西北元10萬t/a聚氯乙烯裝置；神木化工的多余氮?dú)饨鉀Q陜西北元氮?dú)獠蛔銌栴}；泰安精細(xì)化工的多余氯化氫供給陜西北元，陜西北元的多余蒸汽及液氯供給泰安精細(xì)化工；陜西北元與錦界煤礦之間修建輸煤廊道，將煤供給陜西北元，礦井疏干水通過地下管網(wǎng)向陜西北元供應(yīng)。通過循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)施，使園區(qū)內(nèi)物料得到綜合利用，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)內(nèi)部資源的循環(huán)利用。陜西北元與園區(qū)內(nèi)企業(yè)之間循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈如圖3所示。

圖3 陜西北元與園區(qū)內(nèi)企業(yè)之間循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭DFig.3 Circular industrial chain between Shaanxi Beiyuan and other enterprises in the park

2.4 局部資源合理利用，降低能源消耗

陜西北元生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水主要有化工聚合母液水、生活污水、循環(huán)水排污、高含鹽廢水、陰陽床樹脂反洗水、汽提干燥污水等。廢水經(jīng)過收集、物理沉降、生化處理、過濾、吸附、臭氧氧化等技術(shù)，重新回用于生產(chǎn)系統(tǒng)。同時(shí)，陜西北元圍繞循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈深度挖掘，完成化工合成熱水塔、水泥燒成系統(tǒng)、熱電鍋爐系統(tǒng)的余熱回收利用。完成了鹽泥、脫硫灰、粉煤灰、白灰面、蘭炭面等固體資源的再利用，實(shí)現(xiàn)末位資源的有效利用。由于整個(gè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)利用，主要產(chǎn)品聚氯乙烯和燒堿、水泥等產(chǎn)品能耗在國(guó)內(nèi)屬先進(jìn)水平。

2.5 強(qiáng)化廢酸資源處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用

2.5.1 采用廢硫酸裂解技術(shù)

陜西北元110萬t/a聚氯乙烯循環(huán)綜合利用項(xiàng)目乙炔清凈工序采用98%硫酸進(jìn)行干燥，產(chǎn)生含大量有機(jī)物的75%廢硫酸。國(guó)內(nèi)的廢硫酸再生處理技術(shù)處于發(fā)展初期，在工藝、設(shè)備及自控上還是存在或多或少的問題。陜西北元采用廢硫酸裂解技術(shù)，乙炔清凈產(chǎn)生的廢硫酸先經(jīng)過焚燒爐，使廢酸中的各種成分全部裂解，將焚燒后的灰塵排掉，產(chǎn)生含有雜質(zhì)成分的SO2氣體，氣體經(jīng)過凈化裝置處理后得到干凈SO2氣體。隨后將SO2轉(zhuǎn)換為SO3，再用96%濃硫酸將SO3吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)?8%的濃硫酸，用于內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)。在裂解爐焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用普通空氣和富氧空氣助燃兩種模式，進(jìn)一步降低了天然氣的消耗量。同時(shí)充分利用了空壓制氮裝置排放的富氧空氣，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。利用廢硫酸裂解裝置所產(chǎn)SO2氣體制備亞硫酸鈉回用于電解脫氯裝置，進(jìn)一步提高廢硫酸裂解裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。該項(xiàng)目首次將廢硫酸裂解再生技術(shù)應(yīng)用于乙炔清凈廢酸處理領(lǐng)域，項(xiàng)目技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.5.2 采用廢硫酸提濃技術(shù)

陜西北元80萬t/a燒堿項(xiàng)目氯氣干燥工序采用98%硫酸進(jìn)行干燥，產(chǎn)生75%廢硫酸。由于該部分廢硫酸不含有機(jī)物，主要雜質(zhì)為氯，若采用廢酸再生方式，處理成本及能耗都較高。陜西北元采用空濃縮技術(shù)進(jìn)行廢酸提濃，廢硫酸經(jīng)換熱器換熱至一定溫度后，進(jìn)入脫氯塔，在真空條件下脫除廢硫酸中的氯氣。脫氯后的廢硫酸再經(jīng)廢硫酸蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。蒸發(fā)濃縮出來的廢酸蒸汽與循環(huán)水換熱，冷凝為水，最終產(chǎn)出96%左右的濃硫酸，繼續(xù)回用于氯氣干燥。

2.6 電石渣處理多樣化

2.6.1 將電石渣用于水泥生產(chǎn)

針對(duì)電石法聚氯乙烯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)電石渣，陜西北元將電石渣作為原料生產(chǎn)硅酸鹽水泥，實(shí)現(xiàn)了100%電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥，與全國(guó)同類電石渣水泥生產(chǎn)線相比，電石渣摻量大，運(yùn)行更加穩(wěn)定，有效解決了電石渣固廢處理，減少了二氧化碳的排放。除生產(chǎn)通用水泥外，陜西北元針對(duì)市場(chǎng)和當(dāng)?shù)貤l件，研究開發(fā)了電石渣制油井水泥、低熱硅酸鹽水泥、高抗硫酸鹽水泥、低堿水泥。

2.6.2 電石渣代替石灰應(yīng)用于城市道路基層建設(shè)

電石渣的主要成分是氫氧化鈣，含有少量的雜質(zhì)。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰石灰類道路基層施工及驗(yàn)收規(guī)程》和交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》，陜西北元經(jīng)過試驗(yàn)研究，提出用電石渣穩(wěn)定基層材料的組成，以電石渣代替石灰應(yīng)用于城市道路基層，使其變廢為寶作為二次資源。目前，陜西北元廠區(qū)內(nèi)部道路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電石渣替代石灰作為道路基層建設(shè)。

2.6.3 電石渣制電石研究

電石渣主要成分是氫氧化鈣，煅燒后CaO含量高達(dá)91%以上，但相應(yīng)的有害雜質(zhì)含量也較高。陜西北元開展了電石渣、蘭炭末以及粉煤混合共成型制電石爐料試驗(yàn)研究，分別從電石渣、蘭炭的單獨(dú)成型，電石渣與蘭炭、蘭炭與煤粉的復(fù)合成型等方面進(jìn)行研究，形成蘭炭、電石渣、煤粉共同復(fù)合成型的方案。

2.6.4 電石渣制備其他高附加值產(chǎn)品

根據(jù)電石渣的特性，陜西北元開展了電石渣作為脫硫劑、電石渣制備活性氧化鈣，電石渣和氯堿廢酸制備硫酸鈣進(jìn)而制備硫酸鈣晶須，電石渣制備納米碳酸鈣等研究工作。目前，陜西北元內(nèi)部電廠已經(jīng)采用電石渣進(jìn)行脫硫。

2.7 電石渣漿乙炔氣處理工藝研究

陜西北元50萬t/a乙炔生產(chǎn)工藝采用濕法乙炔發(fā)生裝置，其所產(chǎn)電石渣中殘存一定量的乙炔氣體，一方面是因?yàn)殡娛泻械乃畷?huì)溶解一定量乙炔，另一方面是Ca(OH)2微顆粒對(duì)乙炔具有較強(qiáng)的吸附能力，會(huì)吸附大量的乙炔氣體。電石渣在濃縮或運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)有大量的乙炔揮發(fā)流失，造成資源浪費(fèi)，還存在潛在的安全隱患。陜西北元自主設(shè)計(jì)了電石渣漿乙炔氣回收裝置，利用真空閃蒸原理，收集電石渣中的乙炔氣體，繼續(xù)回用于生產(chǎn)。

2.8 半干法蘭炭熄焦裝置研究

陜西北元蘭炭生產(chǎn)工序采用濕法熄焦工藝，采用水撈焦的方式，蘭炭從出焦口直接落至水槽內(nèi)，經(jīng)烘干后水分為20%左右，進(jìn)入電石爐的蘭炭水分要求達(dá)到1%以下，需大量的熱量烘干。同時(shí)，蘭炭為敞開式輸送，在輸送過程中有害氣體直接排放至大氣，存在能耗高、環(huán)境污染及焦炭質(zhì)量差等缺點(diǎn)。陜西北元自主設(shè)計(jì)了半干法蘭炭熄焦裝置，該裝置的熄焦方式由水撈焦變?yōu)閲娏艿姆绞竭M(jìn)行，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)采用負(fù)壓，過程中無有害氣體排出。通過控制噴淋的水量來控制蘭炭出焦溫度，將蘭炭水分降低至10%以下，熄焦處理后蘭炭溫度小于100 ℃，可有效降低后期入電石爐蘭炭烘干所需能耗。

3 結(jié)語

依托區(qū)域優(yōu)勢(shì)、資源優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)，陜西北元搶抓發(fā)展機(jī)遇，走出了一條高效轉(zhuǎn)化、循環(huán)利用、低碳發(fā)展的路子，逐步形成了“煤、焦、電、電石、聚氯乙烯、水泥、聚氯乙烯下游產(chǎn)品”的一體化循環(huán)生產(chǎn)模式。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈可轉(zhuǎn)化原煤650萬t/a，其中：PVC項(xiàng)目用電耗煤約150萬t/a，水泥項(xiàng)目耗煤約35萬t/a，轉(zhuǎn)化原鹽135萬t/a。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈建成后，改變了傳統(tǒng)企業(yè)的發(fā)展模式，大量的原鹽、原煤進(jìn)行就地轉(zhuǎn)化，降低了資源在運(yùn)輸過程中的損失和給環(huán)境帶來的各種污染，實(shí)現(xiàn)了能源的清潔化輸送和利用。全年可實(shí)現(xiàn)銷售收入90億元，上繳各類稅費(fèi)8億元，同時(shí)帶動(dòng)了一大批下游企業(yè)，促進(jìn)了一大批人員就業(yè)。