化工企業(yè)清潔生產(chǎn)案例分析

梁仁鑄

摘 要：在某化工企業(yè)進行清潔生產(chǎn)審核輔導工作中，根據(jù)企業(yè)的特點，提出“酯化生產(chǎn)工藝改造”和“循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造”等清潔生產(chǎn)改造方案，改進企業(yè)生產(chǎn)設施存在的缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度降低企業(yè)的新鮮水用量，減少廢水污染物的排放量，創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。由于該企業(yè)生產(chǎn)流程和工藝具有一定普遍性，相關(guān)清潔生產(chǎn)思路也具有廣泛的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：化工 清潔生產(chǎn) 工藝改造 循環(huán)冷卻水 節(jié)能減排

中圖分類號：TQ325.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-067-02

1 前言

該化工公司是采用用多元醇、多元酸等進行酯化縮聚生產(chǎn)聚酯產(chǎn)品的企業(yè)。我公司作為清潔生產(chǎn)技術(shù)服務單位輔助該公司開展清潔生產(chǎn)審核工作。在該公司的清潔生產(chǎn)審核過程中，在我們幫助下，企業(yè)確定實施節(jié)能降耗的清潔生產(chǎn)方案多個。這里僅以2個效益明顯的典型項目“酯化生產(chǎn)工藝改造”和“循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造”作為例子，作為同類企業(yè)進行節(jié)能減排改造的借鑒。

2 企業(yè)情況

該公司生產(chǎn)過程的酯化反應需要加熱、抽真空的條件下，通過反應釜間歇進行，反應的不同階段要求的溫度和真空度都不同。企業(yè)有新舊2套生產(chǎn)裝置，新舊生產(chǎn)裝置的差別主要是反應的加熱方式不同，舊裝置采用各反應釜獨立配置的燃燒機燃燒柴油產(chǎn)生的煙氣進行加熱，而新裝置則采用導熱油鍋爐進行供熱。

3 問題和解決方案

3.1 酯化生產(chǎn)工藝改造

3.1.1 存在問題

本來新裝置是在經(jīng)過舊裝置實踐后，進行改進設計提升后的新建項目。但建成后經(jīng)過一年多的試產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)新裝置雖然生產(chǎn)效率比舊裝置高，但產(chǎn)品質(zhì)量始終不如舊裝置，返工率較高，企業(yè)技術(shù)人員多方查找原因，調(diào)整工藝，但始終未能解決問題。

針對新裝置存在的質(zhì)量問題，我們分析兩套裝置都屬同一個企業(yè)管理，并由生產(chǎn)部統(tǒng)一管理生產(chǎn)和工藝，原料、配方、過程控制、人員、管理等因素都沒有太大差異，并可以由技術(shù)管理人員調(diào)整改善，這些都不應該成為新裝置產(chǎn)品質(zhì)量問題的影響因素，問題原因還要從套裝置設備和工藝的差異中查找。

從工藝、設備等方面來看最大差異就是兩套裝置加熱方式不同，舊裝置用燃燒機進行加熱，由于燃燒機煙氣導熱系數(shù)小，單位體積比熱容低，整個傳熱環(huán)節(jié)熱量傳遞阻力最大在于煙氣到反應釜壁間的氣固間的傳熱，釜壁上的熱量能通過物料的攪拌迅速均勻地傳到物料中，反應釜壁溫度較低，物料受熱比較均勻；而新裝置由盤管中通過的高溫導熱油加熱，雖然導熱油溫度比燃燒機的煙氣低，但液體導熱油和氣體的煙氣比較具有導熱系數(shù)大、單位體積比熱容高的特點，傳熱環(huán)節(jié)阻力最大的地方變成了粘性較大的釜內(nèi)物料，這就容易導致導熱油加熱盤管入口段的局部表面溫度過高，這部位的反應物料溫度過高，導致縮聚反應過度、副反應增加等問題，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。而且反應在不同階段要求的溫度也不同，全部由高溫導熱油加熱也有其不合理之處。

3.1.2 解決方案

由于新裝置設備已經(jīng)建成，不太可能改回燃燒機加熱的模式。于是我們根據(jù)一些企業(yè)應用情況，建議該公司將原來的一級導熱油加熱系統(tǒng)改成二級導熱油加熱，改善一級導熱油加熱系統(tǒng)熱沖擊大、受熱不均勻的問題。改造前后原理圖見圖1。

圖1 反應釜加熱方式改造示意圖

從圖1可以看出加熱系統(tǒng)改造變化不大，改進后的二級導熱油加熱系統(tǒng)只是在原來進釜的加熱盤管外增設一臺導熱油泵，構(gòu)成二級閉環(huán)導熱油循環(huán)系統(tǒng)，導熱油泵流量大于原一級導熱油最大流量，保證一級系統(tǒng)的導熱油能全部通過油泵和二級系統(tǒng)的較低溫度導熱油混合降溫后再進入加熱盤管。初級導熱油流量則根據(jù)反應物料加熱溫度的需要通過原有的調(diào)節(jié)閥加入二級導熱油系統(tǒng)中進行漸次升溫，避免高溫的初級導熱油直接進入加熱盤管造成物料局部過熱。只要導熱油泵產(chǎn)生的流量大于調(diào)節(jié)閥全開時的初級導熱油流量，則調(diào)節(jié)閥全開時也能確保把初級導熱油全部引入加熱盤管用于加熱，并且由于少了盤管的阻力，導熱油流量將比原來還大，因此理論上改造后系統(tǒng)并不會降低系統(tǒng)原有的最大升溫速度，保持較高的生產(chǎn)效率，還可以在需要時保持升溫均勻平穩(wěn)，最大限度地消除了原來局部過熱問題，也有利于不同反應階段不同的溫度控制。

經(jīng)此改造雖然要增加一臺導熱油泵，增加了設備投入和電力消耗，電耗增加并不多，卻換取產(chǎn)品質(zhì)量的明顯提升。而且系統(tǒng)升溫平穩(wěn)后，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下可以適當加快升溫速度，縮短反應時間，提高生產(chǎn)效率，總體上降低單位產(chǎn)品能耗。

3.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造

3.2.1 存在問題

通過對企業(yè)用水量的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)該公司用水大戶在于一般企業(yè)新鮮水用量不大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。因為該公司的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)除了供給各類換熱設備的循環(huán)冷卻水外，還同時作為水環(huán)真空泵的工作用水，而水環(huán)真空泵的工作用水經(jīng)過使用后含有反應釜抽出來的有機物，必須排到污水站進行處理而不能返回循環(huán)系統(tǒng)重復使用，導致冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)過低，遠低于一般循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2-4倍的濃縮倍數(shù)。

3.2.2 解決方案

水環(huán)真空泵用水主要起到真空泵內(nèi)空間分隔作用，對水質(zhì)要求不高，只要控制在一定溫度之下就能保證真空泵正常工作。真空泵的流水在某種程度上只是為了避免工作過程中水溫過高所要求的。而實際上這個真空泵的用水量已占到新鮮水量的75%。通過對現(xiàn)場設備觀察分析發(fā)現(xiàn)，真空泵工作時排水溫度較低，溫升不明顯，顯然真空泵工作用水流量設置過大。因此我們建議在真空泵排水口設置溫度傳感器，再通過溫度變送調(diào)節(jié)閥控制真空泵的水流量，以保證既滿足真空泵正常工作，又能最大限度地減少真空泵工作用水的目的。

另外，我們還發(fā)現(xiàn)污水站處理后的廢水水質(zhì)較好，而且循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由于通過水環(huán)真空泵的排放，水置換量較大，能較好地維持系統(tǒng)水質(zhì)，完全可以將部分處理后廢水送回冷卻水系統(tǒng)回用。為避免回用廢水及濃縮倍數(shù)增加后循環(huán)冷卻水水質(zhì)惡化，可通過向冷卻水系統(tǒng)投加水穩(wěn)劑的方式提高冷卻水的質(zhì)量，保證冷卻系統(tǒng)的運行效能。

經(jīng)過溫度控制改造，真空泵用水量已降低到原來的60～70%，對真空度沒有不良影響。在污水站清水池增加一臺水泵和相應的輸送管網(wǎng)系統(tǒng)，將經(jīng)過處理達標的廢水送到循環(huán)水冷卻池，直接將水用于循環(huán)冷卻和真空泵使用。改造后廢水回用量已達到30～34t/d，是原來循環(huán)冷卻水系統(tǒng)新鮮用水量的1/3左右，其余部分仍由自來水補充。盡管回用水有機物含量有所增加，由于該系統(tǒng)受真空泵用水量大的影響，循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)很低，改造后水質(zhì)情況良好，對生產(chǎn)工藝沒有不良影響。

經(jīng)過改造后，經(jīng)過真空泵排放的污水量減少了，廢水COD濃度有所增加，但沒有超出污水站設計范圍。由于水量減少，生化處理的停留時間比原來延長了0.8～0.9倍，更有利于污水處理。據(jù)測定，清水池COD濃度比原來降低5%左右，說明該改造對廢水減排是有利的。加上廢水的回用，排放廢水量的降低，大大降低了COD等污染物的排放總量。

該項目改造投入費用很少，卻大大降低了新鮮取水量。減排了大量的廢水和污染物，經(jīng)濟和環(huán)境效益十分顯著。

4 結(jié)束語

雖然作為清潔生產(chǎn)技術(shù)服務單位我們對于企業(yè)的實際生產(chǎn)情況和專業(yè)技術(shù)不如企業(yè)技術(shù)人員熟識，但我們有更廣泛的節(jié)能降耗方面的技術(shù)知識，尤其是在外圍水、電、汽供給等公用工程部分和一些通用設備與技術(shù)方面，我們能有機會接觸到更多的企業(yè)，掌握更多的新技術(shù)和新工藝。

而企業(yè)方面，由于人力的限制往往并不十分熟識輔助工序的設備和技術(shù)，對節(jié)能降耗等新技術(shù)的認知度也較低。而我們服務單位可以通過接觸大量的企業(yè)和新技術(shù)，發(fā)揮我們所長，配合企業(yè)可提出更多的解決方案，為企業(yè)做好清潔生產(chǎn)工作，創(chuàng)造更大的環(huán)境和經(jīng)濟效益，為企業(yè)和社會作出貢獻。