氯化法鈦白的能耗與節(jié)能措施分析

1、 氯化法鈦白的能耗與節(jié)能措施分析徐興榮 （東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024）摘 要： 本文通過對國內(nèi)氯化法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗的計算與分析，提出了氯化法鈦白工藝節(jié)能降耗的方法和措施，并與國內(nèi)硫酸法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗先進(jìn)值相比較，探討保持氯化法鈦白工藝節(jié)能低耗優(yōu)勢的途徑。關(guān)鍵詞： 氯化法鈦白 綜合能耗 節(jié)能方法與措施0 前言在國家大力推廣節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)綠色發(fā)展的總體方針指引下，鈦白粉生產(chǎn)的能耗備受關(guān)注，硫酸法鈦白生產(chǎn)被作為高能耗、高污染行業(yè)而限制發(fā)展。有關(guān)部門組織制定的鈦白粉單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB32051-2015）將于2016年10月1日起實施，必將對我國鈦白粉行業(yè)的

2、供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革與未來發(fā)展產(chǎn)生重大影響，也將有力推動鈦白粉行業(yè)的節(jié)能降耗工作深入開展。氯化法鈦白工藝流程短、生產(chǎn)工序少、自動化程度高、采用的原料有效成分含量高等特性決定了工藝本身具有生產(chǎn)能耗低、三廢排放少等優(yōu)勢。由于國內(nèi)氯化法鈦白尚處于起步階段，如何充分發(fā)揮這些優(yōu)勢，還有許多工作要做。1 氯化法鈦白工藝的單位產(chǎn)品能耗1.1 氯化法鈦白單位產(chǎn)品動力和能源消耗按照綜合能耗計算通則GB/T2589-2008定義，在生產(chǎn)過程中直接消耗的不作為原料、也不進(jìn)入產(chǎn)品的能源物質(zhì)作為能源消耗，能源物質(zhì)包括一次能源、二次能源和耗能工質(zhì)。氯化法鈦白生產(chǎn)中氧氣預(yù)熱器、四氯化鈦預(yù)熱器、閃蒸干燥器等使用燃料氣（天然氣、人

3、工煤氣等），氧化反應(yīng)器使用甲苯作為燃料。耗能工質(zhì)還包括蒸汽、氧氣、氮?dú)夂蛪嚎s空氣。動力消耗主要是電力和工業(yè)用水。表1.1列出了國內(nèi)氯化法鈦白粉單位產(chǎn)品能源工質(zhì)和動力消耗的典型值。表1.1 單位產(chǎn)品能源工質(zhì)和動力消耗序號名 稱規(guī) 格單 位噸產(chǎn)品消耗定額1能源物(1)天然氣35.544MJ/ Nm3Nm3120140(2)甲苯純度99.0%kg1014(3)飽和蒸汽0.7MPa(A)t1.52.5(4)過熱蒸汽2.5MPa(A)，280t1.82.20(5)工藝用電380V、10kVkWh4006002耗能工質(zhì)(1)氧氣0.50.8 MPa(A)kg420(2)氮?dú)?.61.5 MPa(A)Nm3

4、5001000(3)壓縮空氣0.7MPa(A)Nm310001600(4)新鮮水0.4MPa(A)t2832（5）脫鹽水t8121.2 氯化法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗按照綜合能耗計算通則GB/T2589-2008規(guī)定，計算產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗應(yīng)計算報告期內(nèi)實際消耗的各種能源，包括工藝生產(chǎn)裝置、輔助生產(chǎn)裝置、公用物料裝置以及附屬設(shè)施消耗的一次能源、二次能源和耗能工質(zhì)。為了計算方便，將氧氣、氮?dú)?、壓縮空氣和脫鹽水按自建輔助裝置考慮，并將輔助裝置消耗的電和水合并到電力和新鮮消耗中一并計算。表1.2是按照單位產(chǎn)品動力和能源消耗定額計算的氯化法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗。表1.2 氯化法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗序號名

5、 稱單 位噸產(chǎn)品消耗定額單位工質(zhì)能量折標(biāo)煤系數(shù)折標(biāo)煤（kgec）(1)新鮮水t302.51 MJ/ t0.0857 kgce/t2.57(2)電力kWh13003600KJ/ kWh0.1229kgce/kWh159.77(3)天然氣Nm313035.544MJ/ Nm31.2143kgce/Nm3157.86(4)甲苯kg1343.154MJ/kg1.4724kgce/kg19.14(5)低壓蒸汽t4.03763MJ/ t0.1286kgce/kg514.40 折標(biāo)煤kgce 29.3076MJ/kgce853.742 氯化法鈦白單位產(chǎn)品綜合能耗分析鈦白粉單位產(chǎn)品能源消耗限額GB32051-

6、2015規(guī)定了現(xiàn)有氯化法鈦白裝置的單位產(chǎn)品綜合能耗為1000公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，新建裝置準(zhǔn)入值為900公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，先進(jìn)值為760公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。表1.2是根據(jù)目前國內(nèi)氯化法鈦白粉裝置正常運(yùn)行能源和耗能工質(zhì)消耗水平得出的，作為新建裝置的能耗設(shè)計指標(biāo)，滿足GB32051-2015國內(nèi)新建或擴(kuò)建氯化法鈦白裝置能耗的準(zhǔn)入條件。目前處于試生產(chǎn)期的氯化法鈦白粉裝置，由于產(chǎn)量未能達(dá)到設(shè)計負(fù)荷，設(shè)備能力未能正常發(fā)揮，增加了無效能量消耗，所以在達(dá)產(chǎn)之前，單位產(chǎn)品綜合能耗會更高一些。從表1.2看出，蒸汽消耗是氯化法鈦白生產(chǎn)中最大的能量消耗，占總能耗60%，其次是燃料氣消耗（包括甲苯）占總能耗約21%，第三是電力消耗，占總能耗

7、接近19%。在計算中將脫鹽水站、循環(huán)水站、廢水處理站等都作為輔助裝置，能源消耗以電力為主，計入電能消耗中，僅將補(bǔ)充的新鮮水計入新鮮水消耗，水耗折算的能耗比例很小。從近期報道看到，鈦白粉行業(yè)有四家企業(yè)入選2015年度石油和化工行業(yè)重點耗能產(chǎn)品能效“領(lǐng)跑者”標(biāo)桿企業(yè)，入選產(chǎn)品全部是硫酸法鈦白產(chǎn)品，其中金紅石型鈦白粉噸產(chǎn)品綜合能耗最先進(jìn)的指標(biāo)不到700公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，已遠(yuǎn)低于氯化法工藝能耗，改變了人們普遍認(rèn)為的氯化法工藝比硫酸法工藝具有節(jié)能優(yōu)勢的傳統(tǒng)看法，也對國內(nèi)氯化法鈦白工藝在節(jié)能降耗上提出了挑戰(zhàn)。3 氯化法鈦白節(jié)能途徑與措施3.1 降低蒸汽消耗在氯化法鈦白生產(chǎn)工藝中，蒸汽主要用于四氯化鈦精制、后處理

8、包膜、洗滌熱水加熱和汽流粉碎機(jī)工質(zhì)。其中汽流粉碎機(jī)的蒸汽消耗占到總蒸汽耗量的一半以上，因此，采用高效低汽耗的汽流粉碎機(jī)對降低蒸汽耗量具有重要意義。從生產(chǎn)經(jīng)驗來看，合理設(shè)計汽粉機(jī)后的粉塵回收系統(tǒng)對提高汽粉機(jī)效率至關(guān)重要，同時充分回收汽粉后乏汽的余熱用于加熱漿料洗滌用水，降低一次蒸汽消耗量，具有較好的節(jié)能效果。四氯化鈦精制采用雙效或多效蒸發(fā)，或采用其他低位熱源預(yù)熱四氯化鈦，可以降低蒸汽消耗。3.2 降低電能消耗氯化法鈦白電能消耗由主工藝、輔助裝置和空分裝置三部分電耗構(gòu)成。氯化法鈦白工藝流程短，生產(chǎn)工序少，所以主工藝用電量相對較低，僅占總電耗的25%左右，輔助生產(chǎn)裝置包括空壓站、循環(huán)水站、除鹽水站、

9、水處理站等的電力消耗占總電耗的20%30%，空分裝置是最大的耗電單元，其電耗占到總電耗的40%50%。由此，我們找出降低電耗的幾條途徑： (1)擴(kuò)大裝置生產(chǎn)規(guī)模是降低電耗的最有效途徑對于化工生產(chǎn)裝置，工藝流程相同，生產(chǎn)規(guī)模愈大，單位產(chǎn)品電耗愈低。氯化法鈦白工藝也是如此。表3-1列出了不同生產(chǎn)規(guī)模單位產(chǎn)品電耗比較。表3-1 裝置規(guī)模與單位產(chǎn)品電耗比較表裝置規(guī)模1.5萬噸/年6萬噸/年10萬噸/年工藝電耗850 kwh/t700kwh/t550kwh/t空分電耗650 kwh/t500 kwh/t400 kwh/t總電耗1500 kwh/t1200 kwh/t950 kwh/t注：工藝電耗包括工藝

10、主裝置和輔助生產(chǎn)裝置電耗。按照氧氣和氮?dú)庑枰浚?.5萬噸/年鈦白裝置配套1000/1700空分裝置，6萬噸/年鈦白裝置配套4500/4800空分裝置，10萬噸/年鈦白裝置配套6000/8000空分裝置，空分裝置的能力愈大，每千立米氧氣和氮?dú)獾碾姾挠?，對降低單位產(chǎn)品電耗有明顯作用。（2）合理配置流程，降低主工藝電耗氯化法鈦白工藝中固體物料較多，合理布置，多利用位差可以起到節(jié)電效果，固體物料輸送采用氣力輸送裝置提高了裝置的自動化程度，但電力消耗大得多，因此，流程上應(yīng)盡量減少氣力輸送裝置數(shù)量。（3）降低公用物料消耗有利于節(jié)能從能耗計算中看，水耗所占能耗比重極小，實際上循環(huán)水、脫鹽水、水處理尤其是

11、濃鹽水處理等都合并在工藝電力消耗中，節(jié)水仍然是節(jié)能的重要方面。（4）采用節(jié)能型三廢處理工藝環(huán)保裝置是氯化法鈦白裝置的一個重要組成部分，三廢處理的主要成本是能耗。尤其是廢渣、廢液和含鹽廢水的處理，必須開發(fā)節(jié)能型工藝，降低能耗與成本。3.3 余熱回收利用氯化反應(yīng)和氧化反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物的溫度極高，由于工藝及技術(shù)原因，目前難于利用。四氯化鈦預(yù)熱器和氧氣預(yù)熱器的高溫尾氣通過預(yù)熱器本身的節(jié)能設(shè)計，降低尾氣排放溫度減少熱量損失，達(dá)到節(jié)能效果。氯化尾氣含有一定數(shù)量的可燃組份（CO），可以通過燃燒爐回收該部分熱量，目前只有個別裝置有氯化尾氣燃燒熱回收設(shè)備，但并未正常使用。汽流粉碎機(jī)乏汽余熱回收是目前做

12、得最好的余熱回收工藝，大多用于加熱后處理洗滌水，降低制備熱水的蒸汽消耗。3.4 合理搭配工藝，借助外來工藝反應(yīng)能才能突破能耗瓶頸從硫酸法鈦白能耗領(lǐng)跑者標(biāo)桿企業(yè)數(shù)據(jù)分析，必須實現(xiàn)“硫+鈦”或“硫+磷+鈦”工藝結(jié)合才能實現(xiàn)，單一的硫酸法鈦白裝置不可能達(dá)到如此低的綜合能耗水平。硫酸與鈦白裝置的結(jié)合，不但實現(xiàn)了原料的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，硫酸裝置副產(chǎn)的蒸汽供鈦白使用可以不計入能源消耗，便可大幅度降低鈦白粉的統(tǒng)計能耗。這給氯化法鈦白工藝以啟示，如何找到合適的工藝配置，具有副產(chǎn)能量提供給鈦白粉使用，才能大幅度降低氯化法鈦白的綜合能耗。對于大型氯化法鈦白工廠，配套建設(shè)熱電裝置可以起到一定的節(jié)能效果。鍋爐生產(chǎn)的蒸汽經(jīng)發(fā)電后作為汽流粉碎機(jī)工質(zhì)和工藝加熱熱源，能量分級利用，提高能效，降低消耗。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須尋找能產(chǎn)生大量反應(yīng)熱，又能充分回收利用的工藝技術(shù)路線和產(chǎn)品品