氯堿生產(chǎn)中的節(jié)能減排措施

尹睿

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

氯堿企業(yè)面臨產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩、行業(yè)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)、國(guó)家宏觀調(diào)控等巨大壓力。節(jié)約能源、降低消耗、減少排放，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(jì)效益、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本保證。

陜西金泰氯堿化工有限公司 （以下簡(jiǎn)稱陜西金泰），現(xiàn)有燒堿生產(chǎn)能力12萬(wàn)t/a，聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)能力12萬(wàn)t/a，擁有2×25 MW自備熱電廠。自2005年建成投產(chǎn)以來(lái)，一直堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路，把優(yōu)化資源配置，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境放在公司的首要工作日程上，在水、電、汽三個(gè)方面挖掘節(jié)能潛力，創(chuàng)造二次利潤(rùn)，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 節(jié)能降耗措施及效果

1.1 變頻改造穩(wěn)壓節(jié)能

泵是氯堿生產(chǎn)中不可或缺的一部分，由于在使用過(guò)程中的流量、液位需根據(jù)生產(chǎn)需要不斷調(diào)整，設(shè)計(jì)者為保證設(shè)備正常運(yùn)行，大部分超大化配備，出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，因此，泵的實(shí)際總效率很低。傳統(tǒng)方法是靠回流閥來(lái)調(diào)節(jié)流量，有40%以上的電能消耗在調(diào)節(jié)閥門(mén)及管道阻力降上。而變頻是公認(rèn)的節(jié)能調(diào)速技術(shù)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和家用電器。通過(guò)安裝與泵的電機(jī)額定功率相適配的變頻調(diào)速系統(tǒng)，變送器檢測(cè)出被控對(duì)象數(shù)值并轉(zhuǎn)化為4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至智能數(shù)字調(diào)節(jié)器與設(shè)定指標(biāo)進(jìn)行比較，運(yùn)算，并按照設(shè)定的調(diào)節(jié)方式輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到控制被控對(duì)象的目的。變頻控制方框圖如圖1所示。

自2007年以來(lái)，陜西金泰先后對(duì)精鹽水泵（2臺(tái)）、淡鹽水泵（2臺(tái)）、脫氯淡鹽水泵（2臺(tái)）進(jìn)行了變頻控制改造，改造后節(jié)能效果顯著。變頻改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

由表1可以看出，改造后，電機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均有所下降，且變頻器屬于軟啟動(dòng)，調(diào)速平穩(wěn)，控制穩(wěn)定，避免電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大負(fù)載過(guò)流，沖擊電網(wǎng)，泵的出口壓力下降，減少了物料對(duì)泵的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了機(jī)泵和管道的使用壽命，減少維修工作量和維修費(fèi)用，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，間接達(dá)到了減員增效的目的。按年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，合計(jì)可節(jié)約電能687 040 kW·h，電價(jià)按0.50元/kW·h計(jì)算，1年節(jié)約電費(fèi)343 520元，而改造1臺(tái)泵的費(fèi)用約3萬(wàn)元左右，半年左右就能收回改造費(fèi)用。

表1 各泵變頻改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

1.2 利用高溫濕氯氣預(yù)熱鹽水

精制鹽水進(jìn)入電解槽前需進(jìn)行預(yù)熱，以提高電解效率。如果能利用電解槽產(chǎn)出的高溫濕氯氣的余熱來(lái)加熱精鹽水，既能節(jié)約一部分蒸汽，又可以降低濕氯氣的溫度，而飽和濕氯氣溫度每降低10℃，其含濕量下降約50%，其熱焓值也隨水蒸氣的減少而大幅下降。所以，濕氯氣的降溫對(duì)后序的氯氣處理工序有很大幫助，可減少氯氫工段冷卻水和氯氣干燥劑（濃硫酸）的用量，降低生產(chǎn)成本。氯氣余熱預(yù)熱精鹽水工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 鹽水預(yù)熱工藝流程

在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，電解來(lái)的總管氯氣至換熱器，入口溫度為82℃左右，一次精鹽水至換熱器，入口溫度為47℃左右。精鹽水與氯氣換熱后，氯氣出口溫度為67℃，其含濕量下降約62.5%，精鹽水出口溫度55℃。鹽水流量為160m3/h，ρ=1.2 g/L，cp≈3.87 kJ/（℃·kg），△t=55-47=8（℃），0.15 MPa低壓蒸汽的焓值為2 688.158 kJ/kg，75℃冷凝水的焓值為313.458 kJ/kg。節(jié)約低壓蒸汽的理論計(jì)算如下：

（1）鹽水從47℃上升到55℃所需要的熱量為：

Q=cpm△t=3.87×160×1.2×103×8=5944320（kJ/h）。

（2）低壓蒸汽（0.15 MPa）成為冷凝水（75℃）焓值為：

△H=H1-H2=2 688.158-313.458=2 374.7（kJ/kg）=2 374 700（kJ/t）。

（3）節(jié)約蒸汽量為：

5 944 320÷2 374 700≈2.5（t/h）。

1年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h計(jì)算，則1年節(jié)約蒸汽2.5×8 000=20 000（t）。

1.3 電石渣漿乙炔氣回收

電石乙炔法生產(chǎn)工藝的電石一般占PVC總成本的65%左右，因此降低電石單耗一直是電石法PVC企業(yè)節(jié)能降耗的重點(diǎn)。電石水解產(chǎn)生的電石渣漿中殘存大量乙炔氣體，目前，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)未回收其中的乙炔氣，這樣，不僅污染環(huán)境，由于乙炔易燃易爆，還存在很大的安全隱患，同時(shí)，也增加電石消耗。陜西金泰于2011年引進(jìn)了一套20萬(wàn)t/a PVC電石渣漿回收乙炔氣的裝置，電石渣漿回收乙炔氣工藝流程見(jiàn)圖3。

濕式乙炔發(fā)生器溢流出來(lái)的電石渣漿，經(jīng)溢流總管靠位差自流進(jìn)入漿料緩沖罐，渣漿在漿料緩沖罐內(nèi)加熱至指標(biāo)溫度后，被漿料泵送入脫析塔進(jìn)行乙炔氣脫析，脫析出來(lái)的乙炔氣在真空水環(huán)壓縮機(jī)的抽吸作用下經(jīng)冷卻器冷卻降溫，再由氣水分離器分離掉大量水分后，經(jīng)測(cè)氧儀檢測(cè)合格送入氣體緩沖罐，再計(jì)量送入乙炔氣柜待用。脫析掉乙炔氣的渣漿經(jīng)脫析塔排渣管自流進(jìn)入安全槽，然后從安全槽溢流進(jìn)入原有渣漿高位槽，再經(jīng)原有渣漿泵送往渣場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

電石渣漿乙炔氣回收裝置自2012年4月投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)，不僅充分回收了電石渣漿中夾帶的乙炔氣，減少了乙炔氣對(duì)大氣的污染，改善了周?chē)沫h(huán)境，而且還取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。經(jīng)監(jiān)測(cè)，乙炔回收裝置回收氣體的流量平均為55 m3/h，按回收乙炔氣的體積分?jǐn)?shù)為95%計(jì)算，則回收乙炔氣的流量為：55×95%=52.25（m3/h）；電石發(fā)氣量按平均285 m3/t計(jì)算，折合成電石為：52.25÷ 285=0.183（t/h）；裝置運(yùn)行的時(shí)間按8 000 h/a計(jì)算，則回收電石量為：0.183×8 000=1 467（t/a）；電石價(jià)格按3 400元/a計(jì)算，則產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為：1 467×3 400=498.67（萬(wàn)元/a）。

1.4 蒸汽冷凝水回收利用

蒸汽是很多工業(yè)企業(yè)能量流的最大交換平臺(tái)，因此，通過(guò)實(shí)施節(jié)能改造，保障蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，對(duì)提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。陜西金泰自備電站輸出蒸汽有二個(gè)等級(jí)的壓力，0.3 MPa蒸汽系統(tǒng)主要以冬季采暖為主，夏季現(xiàn)在沒(méi)有使用，0.8 MPa蒸汽主要是供化工生產(chǎn)。原蒸汽冷凝水全部就地排放，廠區(qū)管廊下到處可見(jiàn)“小白龍”現(xiàn)象，不但浪費(fèi)能源，而且影響廠區(qū)的清潔生產(chǎn)。為節(jié)約能源，減少浪費(fèi)，陜西金泰2006年底投資460萬(wàn)元，完成蒸汽冷凝水回收工程。該項(xiàng)目投運(yùn)后，月可回收冷凝水9 000 t左右，其回收的蒸汽冷凝水和蒸汽尾氣可作為污水處理站的污水加熱的熱源，回收的蒸汽冷凝水經(jīng)凈化處理，直接進(jìn)鍋爐使用，提高鍋爐給水溫度，大幅降低鍋爐自耗蒸汽量，蒸汽消耗下降15%左右，做到了節(jié)能減排。

1.5 氯化氫合成爐副產(chǎn)蒸汽利用

在氯化氫合成過(guò)程中，有大量的反應(yīng)熱放出，生產(chǎn)1 t氯化氫可產(chǎn)生2.522×106kJ的反應(yīng)熱。此熱量若不加以利用，則需要消耗大量的冷卻水來(lái)冷卻合成爐體，既造成巨大的熱量浪費(fèi)，又增加了循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。陜西金泰使用可副產(chǎn)蒸汽的廢熱鍋爐，每生產(chǎn)1 t氯化氫可副產(chǎn)0.5 t蒸汽，除可滿足一次鹽水預(yù)熱和熱電化水車(chē)間的蒸汽用量外，在冬季還可解決公司部分生產(chǎn)設(shè)備的保溫和辦公采暖，充分利用了合成爐余熱，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用。氯化氫合成爐產(chǎn)蒸汽量以5 t/h計(jì)，每年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h計(jì)，則1年可節(jié)約蒸汽5×8 000=40 000（t）。

2 減排措施

2.1 污水處理回用

陜西金泰位于西北地區(qū)，水資源較匱乏，提高水的重復(fù)利用率和使用效率直接影響企業(yè)的生存和發(fā)展。為節(jié)約用水，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，該公司投資建設(shè)了2套污水處理系統(tǒng)，根據(jù)污水水質(zhì)的不同分為有機(jī)污水處理系統(tǒng)和工業(yè)污水處理系統(tǒng)。有機(jī)污水處理系統(tǒng)的處理能力為40 m3/h，主要處理聚合離心母液的排水約15 m3/h，生活污水約15 m3/h，設(shè)備的沖洗水約10 m3/h等含有大量有機(jī)物的污水，處理后的水可回用做綠化澆水或達(dá)標(biāo)排放。工業(yè)污水系統(tǒng)處理能力為350 m3/h，主要處理熱電分廠循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、熱電分廠化水崗位產(chǎn)純水后的排污水及化工裝置循環(huán)水排污水，處理后的清水回用至熱電分廠及化工裝置的循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水；處理后的濃水用于乙炔發(fā)生器的設(shè)備沖洗水或達(dá)標(biāo)排放。污水處理系統(tǒng)投用后，節(jié)水效果顯著，節(jié)約原水開(kāi)采量的20%，有效緩解了在河流枯水期用水的緊張局面。

2.2 PVC離心母液回收利用

在聚合生產(chǎn)過(guò)程包括投料配方用水在內(nèi)，聚合釜沖洗、管道沖洗、助劑配制及設(shè)備的機(jī)封等需用大量的脫鹽水，每生產(chǎn)1 t PVC，大約產(chǎn)生4～5 t廢水，這些水隨PVC漿料進(jìn)入干燥工序在離心機(jī)處分離出來(lái)，據(jù)測(cè)算，陜西金泰每天產(chǎn)生母液水1 022.83 t，詳見(jiàn)表2。

表2 每天需要的脫鹽水總量 t

表2得出的數(shù)據(jù)可視為PVC漿料中的總水量，如忽略氣流干燥和旋流干燥帶出的水量，可等同于離心母液總量[1]。若將產(chǎn)生的母液水直接排掉，不但會(huì)對(duì)水資源造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，同時(shí)也增加污水處理的負(fù)擔(dān)。為此，陜西金泰引進(jìn)了一套PVC離心母液雙膜過(guò)濾處理裝置，該裝置主要通過(guò)預(yù)處理、超濾、反滲透裝置使處理后的PVC離心母液水達(dá)到聚合用水的水質(zhì)要求?，F(xiàn)裝置每小時(shí)可回收利用母液水為24 t左右，可分別用于聚合投料水和沖洗水，既減少了污水處理量和廢水排放量，還取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前，離心母液回收處理裝置每回收1 t水的成本為3.17元，而生產(chǎn)1 t脫鹽水的成本為3.60元，按每小時(shí)回收母液水24 t，裝置運(yùn)行的時(shí)間按每年8 000 h計(jì)算，則產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為：（3.60-3.17）× 24×8 000=82 560（元/a）。減少?gòu)U水排放量：24×8 000= 192 000（t/a）。

2.3 燒堿系統(tǒng)廢水內(nèi)部循環(huán)利用

在燒堿生產(chǎn)過(guò)程中，各工序的機(jī)泵冷卻水、鹽水工序的鹽泥板框壓濾機(jī)壓出的濾液、電解工序的脫氯淡鹽水、樹(shù)脂塔再生水及固堿工序的二次汽冷凝液排放等都會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水。為了回收利用和減少排放，陜西金泰在燒堿分廠的界區(qū)內(nèi)建立了3個(gè)工業(yè)廢水收集池，將收集處理后的廢水回用到采鹵工序的白水池，再通過(guò)多級(jí)離心泵加壓后，注入鹽井下用于溶化鹽礦，制取鹵水，做到了燒堿系統(tǒng)內(nèi)部的廢水循環(huán)使用。經(jīng)過(guò)測(cè)算，每天可回用廢水360 t，即相應(yīng)減少了等量的廢水排放，大大減輕了污水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，既保護(hù)環(huán)境又節(jié)約水資源。

2.4 固堿裝置煙道氣制碳酸鈉

碳酸鈉作為一次鹽水的精制劑，每年的消耗量?jī)H次于煤炭，電石等大宗原材料。陜西金泰每噸32%堿耗碳酸鈉平均為0.022 t，年消耗量約二千六百噸。2010年，通過(guò)技改碳酸鈉裝置開(kāi)車(chē)，將固堿工段燃燒爐產(chǎn)生的煙道氣通入碳酸鈉裝置的吸收塔中與事先配好的NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%左右的循環(huán)液逆流接觸，煙道氣中二氧化碳和循環(huán)液中氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉溶液。當(dāng)循環(huán)液中碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～12%時(shí)，即為合格成品。此時(shí)倒換循環(huán)槽，合格的碳酸鈉溶液打入成品儲(chǔ)槽，供鹽水工段精制鹽水使用。碳酸鈉裝置投產(chǎn)以來(lái)，可日產(chǎn)碳酸鈉15t，完全滿足鹽水精制所需。實(shí)現(xiàn)碳酸鈉自產(chǎn)，可節(jié)約碳酸鈉采購(gòu)費(fèi)用，按每噸碳酸鈉1300元計(jì)，即380萬(wàn)元，鹽水精制成本大幅度降低。同時(shí)，該裝置的投用有效地減少了二氧化碳排放量，取得了良好的環(huán)保效益。

2.5 自備電站煙氣脫硫

燃煤火電廠的二氧化硫排放量占全國(guó)總排量的40%，因此，控制火電廠的二氧化硫排放尤為重要。為保護(hù)環(huán)境，陜西金泰投資1 200萬(wàn)元，為2×25 MW自備熱電廠配套了煙氣脫硫裝置。該裝置選用本公司的廢棄電石渣漿直接作為長(zhǎng)期脫硫劑，省去了吸收液的制備工藝，節(jié)約脫硫劑制備的投資及運(yùn)行費(fèi)用，電石渣脫硫后的產(chǎn)物主要是硫酸鈣，可直接用泵送至渣庫(kù)，無(wú)需對(duì)石膏渣漿進(jìn)行深度處理，并且不影響原有電石渣廢料的去向和用途，脫硫石膏不超過(guò)5%的添加量還可以做水泥緩凝劑，廢料最大限度地得到利用。該裝置對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行百分之百的脫硫處理，脫硫效率可達(dá)95%以上，完全滿足環(huán)保要求（排放標(biāo)準(zhǔn)為400 mg/m3），每年減少二氧化硫排放量約為二千二百噸，節(jié)約企業(yè)所在地二氧化硫的環(huán)境容量，取得了良好的環(huán)保效益和社會(huì)效益。

［1］王忠發(fā)，張軍鋒，曹?chē)?guó)棟，等.PVC離心母液的處理及回收利用.聚氯乙烯，2012，40（4）：39－41，44.