減量化原則在稀土Y型分子篩改性過(guò)程節(jié)水減排中的應(yīng)用

袁曙輝 彭軍

摘 要：文章通過(guò)分析分子篩改性過(guò)程水資源消耗情況，運(yùn)用減量化技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)源頭削減，提高資源利用效率，減少外排含氨氮污水量；改善過(guò)程品質(zhì)，降低過(guò)程損失，進(jìn)一步提高產(chǎn)品收率，實(shí)現(xiàn)裝置清潔化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：分子篩改性過(guò)程；節(jié)水減排；改造；減量化

中圖分類(lèi)號(hào)：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）21-0039-02

1 概 述

稀土Y型分子篩是催化裂化催化劑重要的活性組分。稀土Y型分子篩改性過(guò)程包括NaY分子篩稀土離子交換、過(guò)濾、焙燒等改性工序。稀土Y型分子篩改性生產(chǎn)過(guò)程中耗水量大，產(chǎn)生的外排污水量也大[1]。改性過(guò)程水資源消耗主要包括洗滌用水、調(diào)配用水、干粉和濾餅打漿用水及洗滌塔噴淋補(bǔ)充用水等，其中洗滌用水占60%以上。分子篩改性過(guò)程中外排污水在25 m3/t左右，外排污水中氨氮平均含量在5 000 ppm左右，處理成本高；此外，外排污水仍帶有一定量的有效組分沒(méi)有回收利用，影響產(chǎn)品收率，因此對(duì)于稀土Y型分子篩改性生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，迫切需要提高水資源的綜合利用率，以減少外排污水量，減輕后續(xù)環(huán)保壓力。

減量化是指通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ê褪侄伪M可能減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生和污染排放的過(guò)程，要求用較少的原料和能源投入來(lái)達(dá)到既定的生產(chǎn)目的或消費(fèi)目的，從源頭上節(jié)約資源和減少污染，是防止和減少污染最重要的途徑[2]。運(yùn)用減量化原則，技術(shù)上通過(guò)全面分析分子篩改性過(guò)程水資源消耗情況，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)工藝，不斷提高資源利用效率，減少外排含氨氮污水量；管理上，車(chē)間通過(guò)優(yōu)化崗位操作，提高過(guò)程效率，有效降低過(guò)程損失，進(jìn)一步提高產(chǎn)品收率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排。

2 應(yīng)用方法

2.1 注重源頭削減，減少新鮮水的消耗量

2.1.1 提高濾液綜合利用率、減少過(guò)濾洗滌用水、提高產(chǎn)品 收率

①減少洗滌水用量。

稀土Y型分子篩改性生產(chǎn)中的過(guò)濾工序一般采用帶式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾洗滌，過(guò)濾洗滌用水主要用于去除交換過(guò)程交換下來(lái)的、夾帶于分子篩微粒之間的鈉等雜質(zhì)離子。在逆流洗滌的條件下，過(guò)濾過(guò)程中的水篩比（洗滌水量/分子篩量）控制在3～5即可以取得良好的洗滌效果。

在采用帶式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾洗滌時(shí)，除需要用水洗滌濾餅外，為了保證濾布過(guò)濾效果，還需用水清洗濾布。過(guò)濾工序原有的節(jié)水措施為用新鮮水洗布，再將洗布水回用到過(guò)濾機(jī)用作濾餅洗滌水，再通過(guò)三級(jí)逆流洗滌，從而實(shí)現(xiàn)水的多次回用，達(dá)到節(jié)水的目的。但由于分子篩對(duì)濾布的附著力強(qiáng)，為了保證洗布效果，消耗的洗布水量較大，洗布水有時(shí)不能完全回用，部分進(jìn)了濾液沉降系統(tǒng)，利用效率降低。

為了進(jìn)一步提高水資源利用效率，通過(guò)對(duì)稀土Y型分子篩改性過(guò)程用水水質(zhì)要求進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾機(jī)濾液澄清液完全符合洗布要求，且濾液澄清液可循環(huán)使用，沒(méi)有水量供應(yīng)不足方面的問(wèn)題。據(jù)此對(duì)過(guò)濾工藝流程進(jìn)行了改造，如圖1所示，采用濾液澄清液代替新鮮水洗布，用新鮮水直接洗餅，改造后單臺(tái)過(guò)濾機(jī)洗滌水用量從3.5 m3/h下降到2.5 m3/h。

②提高產(chǎn)品收率。

濾液經(jīng)沉降后濃相濃度約為8～15 g/l，回用到交換過(guò)程中流量一般在2.0～3.0 m3/h之間，約可回用物料16～45 kg/h，但是，由于濃相物料主要由過(guò)濾過(guò)程穿濾的微粒組成，回用到交換過(guò)程以后再次過(guò)濾時(shí)這部份回收物料仍會(huì)穿濾，實(shí)際回用量有限；

此外，回收的物料再次經(jīng)過(guò)交換過(guò)程中由于酸性條件的破壞，實(shí)際有效組分也會(huì)下降。將部分回收物料直接引入到過(guò)濾機(jī)的第2級(jí)，利用濾餅和濾布的雙重截留作用，回收率將會(huì)明顯上升，并且可以避免交換條件中的酸對(duì)回收物料的破壞作用。將回收引入到過(guò)濾機(jī)第2級(jí)以后，回收物料總流量可達(dá)到3.5～5 m3/h，以濾餅和濾布對(duì)回收的截留率為60%計(jì)算，每小時(shí)可多回收物料約45～75 kg/h，收率可提高1～3個(gè)百分點(diǎn)。

濾液經(jīng)沉降后清液用于過(guò)濾機(jī)洗布后，由于循環(huán)使用量加大，濾液實(shí)際沉降時(shí)間減少，沉降效果有所變差。經(jīng)采樣分析發(fā)現(xiàn)，洗布水帶入沉降罐的物料濃度遠(yuǎn)大于過(guò)濾機(jī)產(chǎn)生的濾液中的穿濾物料濃度。

為了改善沉降效果，將洗布水經(jīng)洗布水池初步沉降后的濃相連續(xù)回用過(guò)過(guò)濾機(jī)的進(jìn)料端，從而減少直接進(jìn)入濾液沉降罐的洗布水量，降低沉降罐的沉降負(fù)荷。

2.1.2 減少調(diào)配和打漿用水

調(diào)配與打漿用水主要是便于分子篩物料的輸送，在分子篩改性過(guò)程中，調(diào)配和打漿用水在下一道工序中一般以工序廢水的形式排放，提高物料輸送濃度，可以節(jié)約用水，并減少外排污水量。通過(guò)反復(fù)摸索和調(diào)整，分子篩車(chē)間內(nèi)部分子篩漿液輸送和使用濃度由原來(lái)的350～400 g/l提高到400～450 g/l。

2.1.3 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)過(guò)程中的類(lèi)似濾液代用

分子篩改性裝置每年生產(chǎn)4～6種不同品種的含稀土Y型分子篩，每年轉(zhuǎn)產(chǎn)約50次。由于生產(chǎn)線限制，有時(shí)同一條生產(chǎn)線需交替生產(chǎn)不同產(chǎn)品。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)需將濾液沉降罐內(nèi)的原有濾液進(jìn)行排空，同時(shí)補(bǔ)充新鮮化學(xué)水作為交換調(diào)配濃度用水、過(guò)濾機(jī)洗布水及尾氣洗滌塔噴淋補(bǔ)充用水，實(shí)際操作過(guò)程中，每次這種轉(zhuǎn)產(chǎn)多消耗化學(xué)水約50 m3，增加了化學(xué)水用量及排污量。

通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)品濾液組成進(jìn)行分析，將同種類(lèi)型的濾液在轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)互相替代。在轉(zhuǎn)產(chǎn)過(guò)程中用相類(lèi)似的濾液補(bǔ)充到已排空的濾液沉降罐中，不再需要補(bǔ)充新鮮化學(xué)水，年可節(jié)約2 500 m3新鮮化學(xué)水，同時(shí)減少了相當(dāng)數(shù)量的含氨氮污水量，對(duì)提高產(chǎn)品收率也產(chǎn)生了有利影響。

2.2 提高過(guò)程品質(zhì)，不把不良品交給后工序

分子篩改性過(guò)程用水主要用于洗鈉，而洗滌效果的好壞與交換效果、焙燒效果密切相關(guān)，優(yōu)化交換、焙燒條件，改善交換、焙燒效果，可以減輕洗滌的壓力，從而為減少新鮮水消耗創(chuàng)造良好的條件。

2.2.1 交換效果的改善

交換效果的好壞與交換劑投料比、交換PH值、交換溫度、交換時(shí)間、交換濃度等因素相關(guān)[3]。在交換過(guò)程中必須控制一個(gè)合適的交換劑投料比，在減少交換劑消耗的前提下保證充分交換。降低交換PH值有利于改善Y型分子篩離子交換的效果，但隨著PH值降低，分子篩結(jié)構(gòu)破壞加速，過(guò)濾效果變差。

提高交換溫度有利于加速交換速度，改善過(guò)濾效果，但在采用蒸汽直接加熱的條件下提高交換溫度，除增加能耗外，蒸汽轉(zhuǎn)化水量增加，外排濾液量增加。理想的交換條件為適中的交換劑投料比，交換PH值控制在3.6～3.9之間，交換溫度控制在60～75 ℃，交換時(shí)間≥45 min，交換濃度≤150 g/l。

2.2.2 焙燒效果的改善

Y型分子篩改性焙燒過(guò)程中發(fā)生離子遷移、脫鋁、硅轉(zhuǎn)移等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，其中離子遷移程度決定的后續(xù)交換、過(guò)濾洗滌的難易程度。改善焙燒效果，最重要的是根據(jù)不同反應(yīng)發(fā)生條件來(lái)合理控制焙燒溫度梯度分布。

對(duì)于對(duì)晶胞收縮要求不高的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，焙燒前期（轉(zhuǎn)爐進(jìn)料端）控制溫度適當(dāng)降低有利于在脫鋁反應(yīng)發(fā)生前充分完成離子遷移與交換，再以較緩和的方式提高溫度，實(shí)現(xiàn)分子篩結(jié)構(gòu)重組與穩(wěn)定化，從而保證產(chǎn)品結(jié)晶度。對(duì)于晶胞收縮有要求的產(chǎn)品，需要加大預(yù)焙燒溫度梯度的管理，以便稀土離子遷移、脫鋁和硅轉(zhuǎn)移反應(yīng)速度相匹配，在晶胞收縮的同時(shí)促進(jìn)離子遷移，并保證產(chǎn)品結(jié)晶度。

改善焙燒效果，還應(yīng)注意焙燒爐結(jié)垢對(duì)實(shí)際焙燒效果的影響。Y型分子篩稀土改性焙燒過(guò)程中存在結(jié)垢現(xiàn)象，需要不定期進(jìn)行降溫除垢。優(yōu)化焙燒爐降溫除垢程序，可以大幅減少垢渣進(jìn)入下一工序，物料跑損量明顯下降，對(duì)平穩(wěn)操作和提高產(chǎn)品收率產(chǎn)生了積極影響。

2.3 減少含氨氮污水量

稀土Y型分子篩改性過(guò)程產(chǎn)生低氨氮污水和高氨氮污水。低氨氮污水主要來(lái)源于稀土離子交換與過(guò)濾過(guò)程，高氨氮污水主要來(lái)源于銨鹽交換與過(guò)濾過(guò)程。

低氨氮污水的氨氮來(lái)源于稀土原料溶液，通過(guò)調(diào)整原料質(zhì)量指標(biāo)，嚴(yán)格控制稀土原料溶液中的氨氮含量，可以將稀土離子交換與過(guò)濾過(guò)程產(chǎn)生低氨氮污水轉(zhuǎn)變?yōu)槲钡鬯?，再通過(guò)嚴(yán)格進(jìn)行高、微氨氮濾液的分流，減少外排含氨氮污水量。

3 實(shí)施效果

通過(guò)流程改造實(shí)現(xiàn)濾液分質(zhì)多股回用，從而減少過(guò)濾洗滌用水，提高產(chǎn)品收率；通過(guò)優(yōu)化離子交換與焙燒條件，不斷改善過(guò)程品質(zhì)，從而降低后續(xù)工序的生產(chǎn)負(fù)荷，減少后續(xù)工序的能耗、物耗；通過(guò)修改原材料質(zhì)量指標(biāo)，從而減少含氨氮污水量。采取上述措施后，稀土Y型分子篩改性過(guò)程的化學(xué)水單耗、外排污水量明顯下降，產(chǎn)品不斷收率提高，見(jiàn)表1。

4 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)用減量化原則，通過(guò)優(yōu)化工藝流程和嚴(yán)格工藝過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)源頭削減，提升過(guò)程品質(zhì)，可以有效地提高水資源利用效率，節(jié)約用水，減少過(guò)程損失和外排污水量，從而降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)清潔生產(chǎn)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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