某氯堿企業(yè)濕法乙炔發(fā)生工藝改進(jìn)及清潔生產(chǎn)對(duì)比

陳勇民

新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院新疆環(huán)境污染監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)及清潔生產(chǎn)對(duì)比

陳勇民

新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院新疆環(huán)境污染監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 新疆烏魯木齊 830011

隨著次鈉復(fù)配、電石渣漿處理、電石渣漿乙炔氣回收等技術(shù)的集成創(chuàng)新，改進(jìn)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(shì)，從行業(yè)未來(lái)發(fā)展看，改進(jìn)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(shù)。

改進(jìn)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

1、引言

聚氯乙烯（PVC）是有機(jī)化工的基礎(chǔ)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(guó)現(xiàn)階段國(guó)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(shù)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(shì)，也因此被列入國(guó)家各類導(dǎo)向性支持政策中。但根據(jù)實(shí)際調(diào)查，截止至2013年8月，全國(guó)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(gè)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(kāi)展了優(yōu)化和改進(jìn)?？梢?jiàn)，作為國(guó)內(nèi)運(yùn)行了半個(gè)世紀(jì)的濕法乙炔工藝，在很長(zhǎng)時(shí)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(yīng)繼續(xù)致力于濕法乙炔工藝的創(chuàng)新、優(yōu)化和改進(jìn)。

2、傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生的優(yōu)化與改進(jìn)

2.1 傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生的缺點(diǎn)

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?？傮w而言，傳統(tǒng)的濕法乙炔發(fā)生具有電石破碎輸送過(guò)程粗放、發(fā)生器加料工藝技術(shù)落后、發(fā)生器電石發(fā)生反應(yīng)控制粗放、發(fā)生器排渣過(guò)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(shè)備占地面積多、因次鈉清凈帶來(lái)的氯根問(wèn)題難實(shí)現(xiàn)電石渣綜合利用受到限制等缺點(diǎn)。

2.2 新型濕法乙炔的技術(shù)集成

新疆某大型氯堿企業(yè)近年來(lái)一直致力于傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生工藝的改進(jìn)，其新型濕法乙炔發(fā)生系統(tǒng)至今已安全運(yùn)行近5年，節(jié)水節(jié)能效果十分明顯。其工藝過(guò)程為：從電石庫(kù)來(lái)的電石經(jīng)過(guò)破碎裝置破碎至50-80mm，經(jīng)上料裝置后由振動(dòng)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(yīng)熱由加入的過(guò)量水通過(guò)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(dá)冷卻塔，與冷卻水逆流接觸換熱，乙炔升壓機(jī)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(yīng)，反應(yīng)后的廢次鈉溶液進(jìn)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(jìn)入次鈉配制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)乙炔氣回收利用，次鈉廢液循環(huán)使用（詳見(jiàn)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(diǎn)是將其它裝置內(nèi)無(wú)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(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廢水的綜合利用。

該企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)濕法乙炔技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)集成主要表現(xiàn)在：

（1）破碎過(guò)程全密閉。整個(gè)電石破碎、輸送及發(fā)生器加料過(guò)程實(shí)現(xiàn)氮?dú)獗Ｗo(hù)下的全密閉，減少電石的灰化及破碎損失，同時(shí)解決長(zhǎng)期以來(lái)電石破碎、輸送過(guò)程的電石粉塵污染環(huán)境的老大難問(wèn)題。

（2）濕法乙炔自動(dòng)化下料。采用全自動(dòng)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(shí)間，降低生產(chǎn)成本，減少了污染排放。

（3）發(fā)生器儲(chǔ)斗乙炔回收。在發(fā)生器下儲(chǔ)斗排空管后安裝1個(gè)洗滌塔，用自控閥與發(fā)生器下儲(chǔ)斗活門連鎖控制。下儲(chǔ)斗下料前，先用氮?dú)庵脫Q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(yīng)控制。將發(fā)生器內(nèi)反應(yīng)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(yīng)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(zhǎng)期控制在12%左右的難題，解決了傳統(tǒng)發(fā)生器反應(yīng)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(wèn)題。

（5）發(fā)生器自動(dòng)化排渣。濕法乙炔發(fā)生器排渣機(jī)是安裝在發(fā)生器底部連續(xù)運(yùn)行的設(shè)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(shí)發(fā)生器內(nèi)的渣漿液不會(huì)通過(guò)排渣機(jī)排出，而是通過(guò)溢流管進(jìn)入溢流液乙炔回收裝置,發(fā)生器底部的矽鐵和未反應(yīng)的炭粒以及其他不溶顆粒物則被排渣機(jī)排出。

（6）次鈉復(fù)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(fù)配技術(shù)節(jié)省了大量的工業(yè)用水，廢次鈉液當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，曝氣池中的廢次氯酸鈉溶液中的鹽含量會(huì)升高影響清凈效果時(shí)，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(guò)程中的廢次鈉不進(jìn)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(dá)到環(huán)保的目的。之后，企業(yè)又在次鈉復(fù)配的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了廢次鈉汽提乙炔氣回收，進(jìn)一步改進(jìn)了次鈉復(fù)配技術(shù)（見(jiàn)圖2）。

（7）渣漿乙炔回收。采用負(fù)壓閃蒸汽提回收渣漿中的乙炔，分離出的冷凝水進(jìn)入渣漿槽，經(jīng)汽提后的電石渣漿通過(guò)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(lái)的含固質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)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?jǐn)?shù)約30%的濃漿送入板框壓濾機(jī)，經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于38%的電石渣送到水泥廠生產(chǎn)水泥。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)將聚合汽提塔排水及部分循環(huán)水排污等廢水進(jìn)入濃縮池經(jīng)沉淀后用作發(fā)生器用水，對(duì)乙炔發(fā)生工序無(wú)任何影響，發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

（9）排水點(diǎn)凝水回收。將發(fā)生單元至升壓機(jī)進(jìn)口之間的排水點(diǎn)集中到一個(gè)密閉集液罐內(nèi)，集液罐加裝液位計(jì)和調(diào)節(jié)閥，根據(jù)液位高低自動(dòng)排入水洗塔內(nèi)。升壓機(jī)之后的排水點(diǎn)集中到另一個(gè)密閉集液罐內(nèi)根據(jù)液位高低也自動(dòng)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)零排放，整治了傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生無(wú)組織排放造成的環(huán)境污染，同時(shí)也回收了其中的乙炔氣降低了物耗。

3、新型濕法乙炔與干法乙炔發(fā)生清潔生產(chǎn)對(duì)比

3.1 乙炔發(fā)生清潔生產(chǎn)對(duì)比

根據(jù)對(duì)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(shì)。

注：該企業(yè)規(guī)模為40萬(wàn)噸PVC，下同

3.2 乙炔清凈清潔生產(chǎn)對(duì)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(jiàn)表2），從環(huán)保角度，次鈉清凈能耗低、安全性好、無(wú)固體廢物產(chǎn)生，且均可實(shí)現(xiàn)廢水零排放，同時(shí)克服了電石渣氯根超標(biāo)的問(wèn)題。3.3電石渣利用清潔生產(chǎn)對(duì)比

表2 硫酸清凈和次鈉清凈工藝清潔生產(chǎn)對(duì)比表序號(hào) 項(xiàng)目 硫酸清凈 次鈉清凈1 運(yùn)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(fù)配解決了廢次鈉中游離氯離子與乙炔存在反應(yīng)的安全性問(wèn)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(jì)方法，無(wú)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(jiǎn)潔。經(jīng)比較（表3、表4）。濕排電石渣儲(chǔ)存方便、安全性好；干排電石渣儲(chǔ)存設(shè)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(yīng)的固體廢物可通過(guò)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(guò)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(duì)比表序號(hào) 項(xiàng)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(xué)性質(zhì) 夾帶生電石，安全性差 殘?jiān)伲踩院?輸送特性 輸送要求高 管道泵送，方便干凈4儲(chǔ)存特性 儲(chǔ)存系統(tǒng)復(fù)雜，安全性差電石渣儲(chǔ)存系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安全性好經(jīng)過(guò)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(shè)備尺寸小 設(shè)備尺寸大7 固體廢物處理量 59.62萬(wàn)噸 72.2萬(wàn)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(jìn)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(wàn)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(duì)比表序號(hào) 項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo) 準(zhǔn) 煤3509.68噸/年4 熟料熱耗 3595 kJ/kg 3972 kJ/kg 增 加 標(biāo) 準(zhǔn) 煤15950.42噸/年合計(jì) 節(jié)約2676.75噸/年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4916噸/年3 水泥綜合電干法乙炔發(fā)生單元?jiǎng)恿ο妮^濕法乙炔增加近100KW.h

PVC產(chǎn)量按照40萬(wàn)噸/年規(guī)模；水泥熟料產(chǎn)量124萬(wàn)噸/年規(guī)模核算；能耗折算方法依據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589-2008)

4、結(jié)語(yǔ)

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(diǎn)是無(wú)需置疑的。但由于國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)水平和化工生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的不同步，干法乙炔發(fā)生中存在的一些共性問(wèn)題尚未能夠得到徹底解決，國(guó)內(nèi)有關(guān)政策導(dǎo)向時(shí)，應(yīng)正面干法乙炔工藝中的不足，通過(guò)總結(jié)探討和技術(shù)交流，加快制定相關(guān)工藝規(guī)范及設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)，以使干法乙炔工藝逐步完善。實(shí)踐證明，隨著次鈉復(fù)配、電石渣漿處理、電石渣漿乙炔氣回收等技術(shù)的集成創(chuàng)新，改進(jìn)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(shì)，從行業(yè)未來(lái)發(fā)展看，改進(jìn)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(shù)。

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