氯堿行業(yè)節(jié)能減排的思考

氯堿行業(yè)節(jié)能減排的思考

新疆中泰化學有限公司（以下簡稱中泰化學）從事各種氯堿產(chǎn)品，如塑料樹脂、離子膜燃燒堿、鹽酸等，并從事相關物資流通和進出口業(yè)務。中泰化學是中國大型氯堿化工公司之一。中泰化學遵循循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展理念,始終把節(jié)能減排、資源綜合利用作為提高綜合競爭力的重要手段。中泰化學PVC樹脂生產(chǎn)技術采用國內(nèi)成熟的電石法工藝,整個生產(chǎn)過程(氯乙烯合成、精餾、聚合、干燥等工序)均采用DCS控制。PVC樹脂生產(chǎn)裝置采用引進國外技術的國產(chǎn)70m3和108m3大型聚合釜,聚合釜采用熱水入料和國內(nèi)先進的噴淋技術進行涂壁,聚合釜不開蓋清洗,生產(chǎn)工藝密閉化,反應過程中連續(xù)注水,生產(chǎn)工藝安全性較高,該技術在國內(nèi)處于領先水平。目前已投產(chǎn)150萬t/aPVC、120萬t/a離子膜燒堿,生產(chǎn)規(guī)模居全國第1位。1發(fā)展業(yè)務,提高經(jīng)濟效益,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。我國我國業(yè)PVC行業(yè)屬于高能耗、高物耗、高污染的“三高”行業(yè),創(chuàng)建節(jié)能型氯堿企業(yè),推行清潔生產(chǎn),減少污染排放,從而降低生產(chǎn)成本,已成為氯堿企業(yè)生存和發(fā)展、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。氯堿行業(yè)作為節(jié)能減排的重點行業(yè),節(jié)能減排任務完成情況如何,直接影響到國家整體節(jié)能減排任務的實現(xiàn),所以在氯堿行業(yè)進行能量系統(tǒng)優(yōu)化工程,有利于節(jié)約資源、降低能耗。從企業(yè)的角度來說,節(jié)能減排就是要在生產(chǎn)過程中有效節(jié)能,降低各種消耗,提高單位能源的綜合利用率,最大限度地減少和利用廢棄物,實現(xiàn)經(jīng)濟效益和節(jié)能減排的雙贏。因此,實施節(jié)能減排勢在必行。2通過技術措施實現(xiàn)節(jié)能減排2.1德國安德里茲水騰床產(chǎn)品生產(chǎn)技術(1)選擇先進的生產(chǎn)工藝路線,從本質(zhì)和源頭上實現(xiàn)節(jié)能減排。中泰化學目前已投產(chǎn)的PVC生產(chǎn)裝置全部采用電石法工藝路線,在阜康工業(yè)園的第2期工程將采用MTO法(煤制烯烴)生產(chǎn)PVC的工藝路線,杜絕轉(zhuǎn)化工段氯化汞催化劑帶來的污染和危害。(2)引進世界上先進的聚合工藝,完成了大型化聚合工藝的開發(fā)——108m3聚合釜生產(chǎn)技術,與70m3聚合釜相比,每釜可節(jié)水20萬m3/a。(3)中泰化學米東工業(yè)園第2期40萬t/aPVC聚合干燥采用具有世界先進水平的德國安德里茲二段沸騰床技術,與傳統(tǒng)工藝相比,生產(chǎn)1tPVC減少汽耗0.33t,蒸汽折標煤系數(shù)按0.0886計,則節(jié)約標煤:400000×0.33×0.0886=11695.2(t/a)。(4)原料氣乙炔分子篩脫水和氯化氫濃硫酸脫水實行DCS自動監(jiān)測控制,穩(wěn)定了脫水效果,降低了原料氣中水含量,防止了酸蝕,實現(xiàn)了轉(zhuǎn)化器的長期穩(wěn)定運行;自動控制、調(diào)節(jié)物料配比,減少了副反應的發(fā)生,降低了物料的消耗。(5)氯乙烯凈化系統(tǒng)采用活性炭除汞、密閉循環(huán)洗滌工藝技術,保證了酸洗、堿洗效率,減少了洗滌水和液堿的用量,提高了氯乙烯的純度。(6)氯乙烯尾氣回收采用二級膜吸收新工藝、新設備和DCS控制技術,實現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn),提高了產(chǎn)品質(zhì)量,氯乙烯體積分數(shù)達到99.99%以上。(7)引用和試用低汞觸媒。中泰化學使用的低汞觸媒為石家莊市科創(chuàng)助劑有限公司研制并生產(chǎn)的,該低汞觸媒是以優(yōu)質(zhì)活性炭為載體,滿足了觸媒機械強度要求,吸附質(zhì)量分數(shù)為(5.5±0.2)%的氯化汞。(8)提高原材料電石的生產(chǎn)技術水平。新建電石生產(chǎn)裝置采用密閉式電石爐,較以往的開放式和半密閉式電石爐具有自動化程度高、產(chǎn)品綜合能耗低等優(yōu)點。電石爐容量為30000kV·A,符合國家建設單臺電石爐總?cè)萘俊?5000kV·A的大型電石爐的要求。電石生產(chǎn)中各除塵裝置采用先進的干法布袋除塵技術,較濕法除塵節(jié)約用水400m3/h;電石爐高溫煙氣用于燒石灰,全部綜合利用,不外排;采用生化處理裝置循環(huán)利用冷卻水,實現(xiàn)零排放,生產(chǎn)工藝滿足節(jié)能環(huán)保、資源綜合利用和安全生產(chǎn)的要求。2.2設備性能的優(yōu)化和改進2.2.1聚合早期加工工藝設計中泰化學米東工業(yè)園PVC生產(chǎn)裝置共有22臺聚合釜,包括1#和2#裝置各6臺70m3聚合釜,3#裝置10臺108m3聚合釜。依據(jù)現(xiàn)有108m3聚合釜的設計理念,對70m3聚合釜進行改造,增加釜頂冷凝器,提高單臺聚合釜的生產(chǎn)能力。釜頂冷凝器投用后,整套聚合系統(tǒng)利用率大大提高,在不增加原料的情況下,聚合釜生產(chǎn)效率提高了25%,1tPVC產(chǎn)品電耗降低了20%(由184.28kW·h降至147.42kW·h),節(jié)約標煤0.052t,按照目前米東工業(yè)園70萬t/aPVC生產(chǎn)能力計,節(jié)約標煤36400t。相對于燃煤,可以減少排放SO2468t/a、NO2172t/a、煙塵40.1t/a。2.2.2節(jié)約蒸汽資源新上2臺熱水型溴化鋰機組代替原有的3臺氨制冷裝置。優(yōu)化后,溴化鋰機組所需熱水由氯乙烯轉(zhuǎn)化工序的廢熱水提供,不再消耗蒸汽加熱熱水為溴化鋰機組提供熱量,可節(jié)約蒸汽37800t/a;且原有氨制冷裝置耗電量很大,而溴化鋰機組耗電量較小,優(yōu)化后可節(jié)約用電11148700kW·h/a。2.3深化技術法規(guī)和管理制度的實施2.3.1廢水預處理和回用PVC生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要包括乙炔工序、氯乙烯工序、聚合工序和干燥工序等排放的廢水。中泰化學本著清潔生產(chǎn)、資源利用的原則,盡可能將裝置產(chǎn)生的廢水經(jīng)預處理后回用。乙炔工序電石渣漿水經(jīng)沉淀預處理后全部回用于乙炔發(fā)生器;乙炔凈化廢水、乙炔堿洗廢水經(jīng)中和沉淀預處理后大部分回用,少部分排入PVC界區(qū)污水處理站;含氯乙烯的聚合廢水先進行汽提處理,回收的氯乙烯回用到聚合裝置,一部分廢水作為聚合漿料沖洗水回用,一部分排到PVC界區(qū)污水處理系統(tǒng);尤其是PVC母液水,采用膜處理工藝和生化處理工藝處理后,全部回用。上述回用措施實施后,減少廢水排放110萬m3/a,減少COD排放250t/a,節(jié)約污水處理費用832萬元/a。(1)中泰化學的膜法工藝特點母液水作為PVC生產(chǎn)過程中的主要廢水,其特點為水量大、水質(zhì)較穩(wěn)定、溫度高、有機物難降解。對PVC母液水的處理,行業(yè)內(nèi)通常采用催化氧化的處理工藝,使母液水ρ(COD)≤150mg/L,達到PVC行業(yè)二級排放標準進行外排處理;而采用生化處理裝置處理PVC母液水,產(chǎn)水ρ(COD)≤60mg/L,可以滿足循環(huán)水的補水要求,使母液水回用于系統(tǒng),不僅提高了水資源的利用率,同時產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益及社會效益。中泰化學采用膜法和生化法技術處理PVC母液水。膜處理技術采用新加坡凱發(fā)集團研發(fā)的膜分離(預過濾+超濾+反滲透)技術,利用適合處理PVC母液水的最佳膜元件和相關工藝參數(shù),使處理后水質(zhì)達到聚合入料水質(zhì)的要求,效益相當可觀。處理后70%的廢水回用到聚合釜,其余30%濃水進入生化處理裝置;引進的生化法廢水處理裝置在傳統(tǒng)水解酸化+接觸氧化工藝的基礎上增加膜生物反應器(MBR)工藝。膜生物反應器技術是國際上新興的水處理高新技術,是傳統(tǒng)污水處理工藝與現(xiàn)代膜技術的完美結(jié)合,使用膜法處理后的污水經(jīng)進一步處理達到循環(huán)水補水標準,出水水質(zhì)大大優(yōu)于國家雜用水的標準。通過凱膜過濾+生化處理雙重處理,最終確保聚合水全部回用不外排。以上兩項措施實施后,減少廢水排放70萬m3/a。(2)外排廢水處理系統(tǒng)乙炔凈化廢水經(jīng)過曝氣后的絕大部分水用于重新配制次氯酸鈉。聚合界區(qū)沖釜廢水通過廢水汽提脫除其中的氯乙烯后,在凱膜收集坑統(tǒng)一收集,定期啟泵輸送至渣漿工序渣漿濃縮池,做到內(nèi)部全部循環(huán)利用,此部分減少外排廢水量約100000m3/a。(3)病水處理工藝對于電石渣上清液,采用閉式循環(huán)新工藝回用于乙炔發(fā)生裝置實現(xiàn)零排放;根據(jù)乙炔反應工藝特點,部分干燥工序產(chǎn)生的母液水用于乙炔發(fā)生器的補水;同時將各車間循環(huán)水收集至污水站清凈收集池,通過新增水泵輸送至綠寶石山5000m3綠化水池,用作綠化用水,滿足整個生產(chǎn)廠區(qū)植物生長周期灌溉需要,減少廢水排放20萬m3/a。2.3.2再利用廢物和殘留氣體(1)吸附裝置回收尾氣氯乙烯精餾尾氣中含有10%～15%(體積分數(shù),下同)的氯乙烯、18%左右的乙炔和50%以上的氫氣。尾氣直接排空,不僅造成浪費,使PVC成本升高,而且造成環(huán)境污染。目前,國內(nèi)采用處理精餾尾氣的方法有活性炭吸附、溶劑吸收、膜法回收以及活性炭纖維吸附、膜式吸附裝置與活性炭吸附裝置串聯(lián)方式進行回收等方法,中泰化學采用國內(nèi)較先進的技術——變壓吸附技術,從氯乙烯精餾尾氣中分離乙炔、氯乙烯,并加以回收利用,凈化后的氣體達標排空。目前,新疆中泰4套變壓吸附裝置總處理能力為4550m3/h,經(jīng)過變壓吸附裝置處理后尾氣中氯乙烯含量13×10-6、乙炔含量100×10-6,氯乙烯和乙炔的回收效率達99%,可回收乙炔6486480m3/a,回收氯乙烯5405400m3/a,運行所用電量1024000kW·h/a,所用氮氣量288000m3/a,所需循環(huán)冷卻水量1520000t/a,節(jié)約標煤量99183t/a。相對于燃煤,可以減少排放SO21275t/a、NO2469t/a、煙塵109t/a。產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為12335.5萬元/a。(2)氯化氫/氯乙烯共沸脫吸技術由于氯乙烯合成過程中產(chǎn)生質(zhì)量分數(shù)為28%～36%的廢鹽酸,采用共沸脫吸技術在回收氯化氫和氯乙烯的同時實現(xiàn)酸性水閉路循環(huán),可以回收氯化氫氣體345.6萬m3/a、氯乙烯110t/a,消除環(huán)境隱患的同時取得較好的經(jīng)濟效益。(3)乙二醇回收和利用廢次氯酸鈉中溶解乙酸氣的危害目前,國內(nèi)大部分PVC生產(chǎn)企業(yè)都對乙炔發(fā)生器溢流槽中的乙炔氣進行回收,減少排放乙炔帶來的各種安全隱患。而廢次氯酸鈉中溶解乙炔氣大部分在曝氣池中損失,從而造成乙炔氣大量浪費。中泰化學將乙炔發(fā)生器溢流液的敞口溢流槽改造為全封閉,通過真空抽吸回收溢流液和渣漿液中溶解的乙炔氣,可回收原本排空浪費的乙炔氣33.6萬m3/a。整合氣價-以前電石下儲斗的乙炔氣經(jīng)N2置換后直接排放,浪費了大量的乙炔氣。通過對乙炔發(fā)生器下儲斗的技術改造,將下儲斗中儲存的乙炔氣回收,可回收原本排空浪費的乙炔氣71.28萬m3/a,既減少了原料電石的消耗,又降低了生產(chǎn)成本。溢流液回收系統(tǒng)在原有的冷卻塔(水洗Ⅰ塔)后安裝廢次氯酸鈉乙炔氣回收塔,利用廢次氯酸鈉循環(huán)泵把廢次氯酸鈉送入回收塔內(nèi)噴頭,廢次氯酸鈉在塔內(nèi)呈霧狀噴出,塔頂外接溢流液乙炔氣回收真空泵,回收塔頂部接從渣漿回收的乙炔氣,真空泵抽真空至-10kPa,塔內(nèi)廢次氯酸鈉回至曝氣池降溫及曝氣后重回次氯酸鈉配制系統(tǒng)循環(huán)回用?？梢曰厥赵九趴盏囊胰矚?6萬m3/a,回收廢次氯酸鈉液中的乙炔氣25.6萬m3/a,節(jié)約標煤10925t/a。相對于燃煤,可以減少排放SO2140t/a、NO251t/a、煙塵12t/a。(4)增設碳酸鈉,降低環(huán)境污染,實現(xiàn)經(jīng)濟效益目前,中泰化學天然氣制氫產(chǎn)生的富含CO2的煙氣直接外排,不僅對環(huán)境造成一定影響,同時也浪費了資源。針對此情況,2012年計劃新增1套技改裝置,將天然氣制氫尾氣與廢堿水反應吸收煙氣內(nèi)CO2后制備碳酸鈉,既降低了環(huán)境影響,又實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟效益。預計回收成本約78萬元/a,減排CO2約315t/a。(5)變壓吸附技術在氫氣的分離和提純領域,特別是中小規(guī)模制氫裝置,變壓吸附分離技術已占主要地位,一些傳統(tǒng)的氫氣制備及分離方法(如低溫法、電解法等)已逐漸被變壓吸附等氣體分離技術所取代。中泰化學制氫裝置采用變壓吸附技術回收精餾尾氣中的氫氣,可回收質(zhì)量分數(shù)99.9%以上的氫氣,返回到氯化氫合成系統(tǒng)(可減少天然氣消耗),使氫資源得到高效轉(zhuǎn)化?；厥諝錃饬?7124800m3/a,提高了工業(yè)廢氣的回收利用率,節(jié)約標煤10696t/a。相對于燃煤,可以減少排放SO2137.5t/a、NO250.5t/a、煙塵11.7t/a。(6)合成鹽酸從合成氣中分離在電石法PVC生產(chǎn)過程中,氯乙烯是由乙炔和氯化氫加成反應而制得的。在工業(yè)生產(chǎn)中,為保證乙炔反應完全,氯化氫是過量的。過量氯化氫在合成反應完成后,通過水洗塔用水吸收生成鹽酸從合成氣中除去。這部分鹽酸因含有其他雜質(zhì)稱為廢鹽酸,不能作為工業(yè)鹽酸銷售。中泰化學采用的廢鹽酸脫吸技術為蒸發(fā)、加鹽兩級脫吸,將廢鹽酸中的氯化氫完全脫吸回收,脫吸液可以循環(huán)再去吸收氯化氫,完全消除廢鹽酸排放對環(huán)境的影響,實現(xiàn)酸性廢水零排放,處理質(zhì)量分數(shù)為22%～24%的廢酸5t/h,產(chǎn)生的氯化氫量為666m3/h,可回用至系統(tǒng)中。2.3.3剩余壓力回收(1)凝結(jié)水回收中的應用問題目前,全國相當多的企業(yè)具備成熟的冷凝水回收條件,但僅有為數(shù)較少的企業(yè)采用了完善的凝結(jié)水回收技術,因此凝結(jié)水回收的市場潛力非常大。大多數(shù)企業(yè)在凝結(jié)水回收中面臨的主要問題是不能充分合理地利用高溫凝結(jié)水。目前對蒸汽冷凝水回收的主要有預處理+混床樹脂、膜法等技術。中泰化學生產(chǎn)裝置將會富余130～150t冷凝回水,通過預處理+混床樹脂對鍋爐凝結(jié)水進行處理,可達到純水標準要求,減少外排廢水量120萬m3/a,降低純水的使用量120萬m3/a的同時,可以減少因制備純水所產(chǎn)生的濃水18萬m3/a。(2)氯乙烯轉(zhuǎn)化器廢熱水利用溴化鋰機組所需的熱水由蒸汽加熱提供,需消耗大量的蒸汽,而廠內(nèi)氯乙烯轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生的大量廢熱水沒有被利用,因此中泰化學將氯乙烯轉(zhuǎn)化器過來的廢熱水用于熱水型溴化鋰機組,節(jié)約了蒸汽的同時,節(jié)省了大量的電能消耗,可節(jié)電105.6萬kW·h/a,節(jié)約蒸汽3.78萬t/a,節(jié)約標煤1299.48t/a;相對于燃煤,可以減少排放SO216.7t/a、NO26.14t/a、煙塵1.43t/a,產(chǎn)生經(jīng)濟效益233.68萬元/a。(3)增加汽閥加熱量,提高鍋爐水平壓如在回水箱西側(cè)干燥回水管道上加裝混合器,利用回水熱量加熱鍋爐回水箱補水,補水溫度相應提高,不開加汽閥可將鍋爐除氧器溫度加熱到85℃,除氧器水溫提高5℃左右,吸收熱量2090000kJ/h,節(jié)約標煤571.2t/a。2.3.4固體和固體溶液的回收和利用(1)電石渣制水泥中泰化學的電石渣采用兩種回收循環(huán)利用途徑:①用于循環(huán)流化床鍋爐的脫硫。循環(huán)流化床具有燃料適應性廣、燃燒效率高的特點,利用主要成分為Ca(OH)2的電石渣作為脫硫劑,同時減少廢電石渣、煙氣中的SO2及溫室氣體CO2的排放。②與新疆天山水泥股份有限公司合作,在工業(yè)園區(qū)建設電石渣制水泥項目,實現(xiàn)廢渣的就地轉(zhuǎn)化和利用。兩種途徑目前可消耗近100萬t/a電石廢渣,在消除電石渣堆放產(chǎn)生環(huán)境危害的同時,也化害為利,可謂一舉多得。(2)廢棄物的處置情況中泰化學產(chǎn)生的廢觸媒、含汞廢活性炭等危險廢物嚴格按照國家危險廢物管理要求規(guī)范化處理,臨時密封儲存,送有危險廢物經(jīng)營許可證資質(zhì)廠家回收處理,再次利用,工業(yè)固體廢棄物安全處置率達到100%。(3)在三塔的作用下，精燃汽油系統(tǒng)的高蒸發(fā)物通過大壩蒸餾并轉(zhuǎn)化為寶，回收和使用2.3.5循環(huán)水補水中泰化學采用雙膜法處理廠區(qū)的循環(huán)水排水、純水站再生污水等,水質(zhì)達到循環(huán)水補水的標準。該中水回用處理裝置處理水量為250～300m3/h,減少廢水量為240萬m3/a,減少COD量為144t/a。3廢水零排放,實行污染治理的總體思路,(1)對已投產(chǎn)的生產(chǎn)裝置進行節(jié)能減排體系管理,加強水、電、汽、氣等能耗的計量管理,使節(jié)能減排工作系統(tǒng)運用到氯堿生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié);對新建裝置/項目從源頭抓起,嚴格控制,如嚴格采用節(jié)能型設備及材料,從項目設計到采購過程中所選用的設備一律不得有國家或地區(qū)公布淘汰的產(chǎn)品。(2)制訂PVC生產(chǎn)節(jié)能減排相關獎懲制度,實施能源指標定額管理,并與績效掛鉤,定期檢查考核。(3)借助信息化平臺、自動化控制系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等信息平臺,開展精細化操作、管理,在原有生產(chǎn)工藝指標的基礎上制訂出“正?？刂浦笜?、優(yōu)化控制指標和奮斗控制指標”三級精細化窄幅控制指標,層層遞進,逐步實現(xiàn),定期對運行情況進行總結(jié)分析,及時糾偏。(4)全面推行清潔生產(chǎn),加大污染治理力度,建立循環(huán)經(jīng)濟的技術支撐網(wǎng)絡,重視次生資源、余熱、余壓的綜合利用,實現(xiàn)廢水零排放,著力打造綠色生態(tài)工業(yè)園區(qū)。(5)將優(yōu)惠政策與生產(chǎn)經(jīng)營有效結(jié)合。如根據(jù)不同時間段用電峰、平、谷價格差,在實際生產(chǎn)運營中,如安排啟用設備、倒泵等有關操