張琦 廖鵬 房海霞(新疆藍山屯河能源有限公司,新疆 昌吉 831800)
對于BDO(1,4-丁二醇)生產(chǎn)中配套的乙炔凈化采用98%濃硫酸洗去雜質(zhì),利用濃硫酸的強氧化性去除乙炔氣中殘存的硫、磷、砷等雜質(zhì),確保后工序BYD合成中乙炔銅催化劑和BDO合成中雷尼鎳鎳催化劑的壽命;
新疆藍山屯河能源有限公司一、二期BDO項目年產(chǎn)廢酸量達到1.5萬噸,廢硫酸處理困難,并且對金屬材質(zhì)的強腐蝕性,導(dǎo)致廢硫酸難以進行長期的儲存,在儲存過程中發(fā)生泄漏后會對環(huán)境造成很嚴(yán)重的污染。
硫酸含量Wt%:78%~82%水含量Wt%:16%~20%其他雜質(zhì)(硫、磷、砷、鉛、汞等)Wt%:微量
由于廢硫酸是乙炔凈化所產(chǎn)生,廢硫酸中主要成分為硫酸,還有少量的水分,廢硫酸洗滌的乙炔氣為干法乙炔生產(chǎn)工藝,結(jié)合本地實際情況,乙炔氣中含有少量的有機物,在酸洗過程中有機物等固態(tài)雜質(zhì)轉(zhuǎn)移至濃硫酸中,使得在廢硫酸中有微量的其他元素。
1.3.1 高溫焚燒法
該方法的技術(shù)特點為:燃料可以有多種選擇,熱利用率高,硫回收率可以達到95%以上,最終可生成工業(yè)級98%的濃硫酸,工藝簡單,設(shè)備先進,自動化程度高,適用范圍廣,可生產(chǎn)工業(yè)級98%濃硫酸;
1.3.2 高溫濃縮法
該方法工藝適應(yīng)能力強,可用于含有多種有機雜質(zhì)的廢硫酸再生,但是由于高溫硫酸的強腐蝕性和酸霧對設(shè)備及操作人員的危害極大,實際操作非常困難,可以生產(chǎn)95%的濃硫酸;
1.3.3 低溫濃縮法
該方法在濃縮過程中有固體物析出,會影響傳熱效果和廢酸的分離,裝置非密閉,廢酸中若有揮發(fā)性物質(zhì),會影響工作環(huán)境,裝置的主體材料為復(fù)合聚丙烯,工作溫度受主體材料的限制,不能超過80℃,僅適用于質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于60%的稀硫酸。
1.3.4 氧化法
該方法有大量酸霧產(chǎn)生,會造成環(huán)境污染,會消耗一定量的硫酸,使硫酸收率降低,由于使用高強氧化性物質(zhì),應(yīng)用受到很大限制,應(yīng)用范圍小,可生產(chǎn)93%的濃硫酸,但實際操作麻煩。
1.3.5 中和法
該方法主要適用于硫酸濃度很低、水分較大的廢酸,用石灰或廢堿進行中和,使其達到排放標(biāo)準(zhǔn)或有利于后續(xù)的處理。
已產(chǎn)生的廢硫酸儲存在廢酸儲罐內(nèi),然后通過罐車?yán)\出去送往有資質(zhì)的廢硫酸處理廠家進行處理,能源公司近萬噸的廢硫酸每年的處理費用高達500~600萬元,很大程度上增加了公司運行成本,且在儲存及拉運過程中如果發(fā)生泄露,將會對人生財產(chǎn)、環(huán)境造成很大的影響。
針對以上困難,硫酸再生工藝已經(jīng)是適應(yīng)國家環(huán)保需要而必須實施的項目,采用高溫焚燒廢酸工藝,廢硫酸由噴嘴噴入廢酸焚燒爐的高溫爐膛內(nèi),受熱分解為SO2、SO3、O2和水,廢硫酸焚燒所需要的熱量由天然氣燃燒提供,助燃空氣由空氣預(yù)熱器預(yù)熱至470℃左右送入廢酸焚燒爐。出焚燒爐的高溫爐氣經(jīng)爐冷器、空氣預(yù)熱器冷卻后進入凈化工段,經(jīng)動力波洗滌器和填料塔除溫除灰、雜質(zhì)后,在進入兩級電除霧器除去酸霧,隨后送入干吸單元的干燥塔進行干燥,在干燥塔前補入空氣以調(diào)節(jié)氣體的氧硫比,干燥后氣體由SO2風(fēng)機送入轉(zhuǎn)化工段的換熱器換熱升溫,溫度升至425℃左右進入轉(zhuǎn)化器,最后經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收生成工業(yè)級成品98%濃硫酸,尾氣送入尾氣吸收塔內(nèi)用堿液吸收剩余的SO2及SO3后由煙囪排入大氣;硫酸再生裝置在回收廢硫酸產(chǎn)生合格新酸的同時,滿足了環(huán)保需求避免了資源的浪費,達到了資源的循環(huán)利用的目的。硫酸再生產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如表1所示。
根據(jù)所產(chǎn)出的硫酸產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進行分析,廢硫酸再生產(chǎn)品完全符合GB/T 534—2014工業(yè)硫酸產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn),完全符合國家政策要求。
廢硫酸再生不僅能夠循環(huán)利用自身裝置廢酸的處置,并且能夠解決周邊其他企業(yè)產(chǎn)生的廢酸處理困難的問題,最大限度的降低了環(huán)境壓力,節(jié)約了物料、能源的消耗,實踐證明,在響應(yīng)當(dāng)前國家政策的同時,硫酸再生工藝對于化工生產(chǎn)中廢硫酸的處理起著不可替代的作用,并在化工行業(yè)中有著巨大的應(yīng)用前景。
表1 硫酸再生產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)
廢硫酸再生運用的是高溫焚燒法,廢硫酸送入霧化噴槍,與壓縮空氣接觸霧化進入焚燒爐,同時在焚燒爐內(nèi)燃料氣與空氣燃燒產(chǎn)生高溫,使硫酸在1050~1150℃的高溫下焚燒轉(zhuǎn)變成SO2,高溫燃料選擇的是天然氣,由于天然氣價格昂貴,且天然氣屬于一次能源,大量的使用會造成能源的過度消耗,一定程度上增加了運行成本,增加了能源的過快消耗。
2.2.1 電石爐尾氣的產(chǎn)生機理
能源公司四臺全密閉環(huán)保節(jié)能電石爐生產(chǎn)電石過程種產(chǎn)出大量的電石爐尾氣,
密閉電石爐每生產(chǎn)1t電石所產(chǎn)生的電石爐尾氣約400m3,主要用于公司石灰窯煅燒石灰使用,由于電石爐尾氣產(chǎn)能遠(yuǎn)大于石灰窯的使用量,導(dǎo)致一部分電石爐尾氣只能進入焚燒裝置進行焚燒,造成了能源的浪費。電石爐尾氣的主要成分為CO,通過試驗計算,電石爐尾氣的熱值完全可以廢硫酸再生所需要的熱量需求,求能夠保證石灰窯及硫酸再生都能夠滿負(fù)荷生產(chǎn)運行,故使用電石爐尾氣用于廢硫酸再生裝置對裂解爐進行加熱,使用電石爐尾氣代替天然氣用于廢硫酸再生技術(shù)的可行性,經(jīng)濟效益顯著,環(huán)境效益巨大,電石爐尾氣的利用價值得到了大幅度提升,實現(xiàn)來經(jīng)濟效益與環(huán)境環(huán)境效益的協(xié)同發(fā)展以及“以廢治廢”的目的。
2.2.2 使用電石爐尾氣的優(yōu)勢
廢硫酸裂解熱量需求大,使用電石爐氣,完全滿足工藝生產(chǎn)需求,原設(shè)計中使用天然氣噸廢酸產(chǎn)生的工業(yè)廢水約為0.9m3,改用電石爐尾氣后噸廢酸產(chǎn)生工業(yè)廢水約為0.7~0.8m3。(由于廢硫酸在高溫裂解的過程中會分解產(chǎn)生SO3,同時由于廢硫酸中含有磷等雜質(zhì),在高溫時會分解產(chǎn)生五氧化二磷,另外在焚燒過程中會有氮氧化物等成分復(fù)雜的酸性氣體產(chǎn)生,廢硫酸高溫裂解最終工藝結(jié)果是回收潔凈的SO2氣體使之轉(zhuǎn)化為SO3氣體。因此必須對SO2氣體進行凈化。凈化過程分為除雜、除酸霧、干燥過程。在除雜的過程中通過酸性水對高溫裂解產(chǎn)生的SO2煙氣進行洗滌,洗滌過程分為兩部分,動力波洗滌器的逆噴洗滌及填料塔的洗滌冷卻,在洗滌SO2氣體的過程中,廢酸焚燒裂解的酸性氣體由于在水溶液中溶解度的不同,先后被水溶液溶解產(chǎn)生酸性廢水)。在使用電石爐尾氣作為主燃料時,燃料氣燃燒后產(chǎn)生的水總量減少,故產(chǎn)生酸性廢水量整體減少,減少了廢水排放量,初步達到節(jié)能降耗減排的目的。
2.2.3 電石爐尾氣使用的劣勢
廢硫酸再生裝置裂解爐單元采用負(fù)壓操作,在使用電石爐尾氣進行裂解爐加熱過程中,為滿足工藝生產(chǎn)的溫度需要,使用電石爐尾氣總量相應(yīng)增大,工藝生產(chǎn)系統(tǒng)整體氣量增大,導(dǎo)致系統(tǒng)提供負(fù)壓設(shè)備負(fù)荷增高,設(shè)備壽命減少。水洗凈化后的電石爐尾氣含有一定的浮塵雜質(zhì),隨電石爐尾氣進入裂解爐,在高溫的作用下,經(jīng)過焚燒單元熱交換后,浮塵雜質(zhì)部分沉積在裂解爐爐膛內(nèi)以及換熱管程中,換熱管程結(jié)灰量增大,設(shè)備易堵塞,致使人員除灰工作強度增大。
用電石爐尾氣代替天然氣進行熱量的供應(yīng),大大減少了天然氣的消耗,降低了裝置運行成本,節(jié)約了一次能源的消耗,并且電石爐尾氣代替天然氣進行燃燒,產(chǎn)生的酸性廢水減少,減少了廢水排放量,初步達到節(jié)能降耗減排的目的。
化工行業(yè)所產(chǎn)生的廢硫酸經(jīng)過再生后可以進行回收再利用,產(chǎn)出的濃硫酸產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足自己內(nèi)部裝置的使用要求,再生所需的熱量完全可以通過電石爐尾氣代替天然氣運行;廢硫酸的再生利用解決了危險廢棄物廢硫酸的處理問題,最大限度的降低了環(huán)境壓力,節(jié)約了物料、能源的消耗;電石爐尾氣代替天然氣用于廢硫酸再生技術(shù)的可行性,經(jīng)濟效益顯著,環(huán)境效益巨大,電石爐尾氣的利用價值得到了大幅度提升,實現(xiàn)來經(jīng)濟效益與環(huán)境環(huán)境效益的協(xié)同發(fā)展以及“以廢治廢”的目的。