做好联碱水(母液)平衡 实现生产废水零排放

徐永维

(云南云维股份有限公司,云南 曲靖 655338)

做好联碱水(母液)平衡 实现生产废水零排放

徐永维

(云南云维股份有限公司,云南 曲靖 655338)

分析了联碱生产中的水平衡及生产废水排放情况。介绍了云维联碱在生产发展中,通过技术改造、强化生产管理,最终实现装置生产废水零排放。

联碱;水平衡;废水零排放

我国于1952年建设了联合制碱试验车间,1961年建成了大型联合制碱车间,1964年通过了国家鉴定。联合制碱法的出现,打破了氨碱法的传统技术,解决了氨碱法难以克服的需石灰煅烧、碱渣处理、大量生产废液排放等环保问题。为制碱工业的发展开辟了新的途径,成为世界上工业制碱的重要方法。

1 联碱生产中的废水排放

联合制碱是我国自主开发的制碱工艺,它具有流程短、能耗低、原材料利用率高等特点,联碱生产因母液系统封闭循环,其化学反应:

从理论上而言,应无废液排放。我国现有的联碱企业有的是由小联碱发展而来,大部分企业没有做到清污分流;生产规模、技术装备水平、管理水平也参差不齐;同时因联碱碳化塔、冷盐析结晶器作业周期短,设备、管道腐蚀严重,生产工艺波动等易造成母液膨胀,致使联碱行业早期因母液膨胀造成废水超标排放,且各企业废水排放量差异较大,废水中含氨量相差悬殊。目前,联碱生产过程实际氨损失约20～25 kg/t碱(以纯碱计 ,氨耗 340～360 kg/t碱,部分企业高达360～380 kg/t碱),要高出氨碱行业4～6倍。联碱行业氨耗高除与生产管理、废水超标排放有关外,还与生产规模有关。中国纯碱工业协会2004年对全国18个大、中联碱企业进行了废水排放调查统计,从调查数据看,平均废水排放量为20～40 m3/t碱。

2 联碱生产中的水平衡分析

云维40 kt/a联碱装置于1989年7月建成投产,采用浓气制碱工艺。通过技术改造和精细化管理,于2000年基本实现了生产废水零排放。经过多年的生产发展和技改扩建,原装置的生产能力于2005年达到200 kt/a。

2.1 生产系统废水产生的来源

1)重碱煅烧炉气冷凝塔产生的废水

重碱含水不同,炉气冷凝塔冷凝后温度的高低对产生的冷凝液量有很大影响。经工艺查定核算,一般情况下,每生产1 t纯碱,产生的含氨废水约为0.56 m3。

2)重碱煅烧炉气洗涤塔产生的废液

重碱煅烧炉气洗涤塔产生的废液经工艺查定核算,一般为0.22 m3/t碱。

3)碳化工序煮塔废水

碳化工序煮塔废水量,制碱塔平均作业周期为35～40天,每月煮塔水量在850～1100 m3之间,根据历年生产统计为0.044～0.061 m3/t碱。

4)转鼓真空过滤机系统

主要是真空过滤机洗车产生的废水,其量约为0.0168 m3/t碱。

5)各设备、管道清洗杂水

联碱设备、管道清洗杂水主要有AⅡ泥板框压滤机清洗水、Ⅱ过程冷(盐)析结晶器清洗水、滤铵机清洗水、各换热设备清洗水及管道结疤堵塞零星清洗水,冷(盐)析结晶器6～12个月冲洗1次,合计产生的废水量约为0.036 m3/t碱。

6)分析化验用水

联碱生产分析化验数据较多,经测算废水产生量为0.0066 m3/t碱。

综合以上各项,联碱生产系统产生的废水量为0.89 m3/t碱(见表 1)。

表1 云维联碱生产废水来源表 (m3/t碱)

2.2 进入生产母液循环系统的水量

1)原盐带入系统的水量

我厂采用精盐制碱,原盐中NaCl含量一般为98%,水分一般为2%,则原盐带入系统的水量为0.024 m3/t碱。

2)液氨带入系统的水量

我厂的原料液氨:国家标准:GB536-88液氨;分子式:NH3;分子量:17.03(质量标准)。

表2 GB536-88液氨

液氨带入系统的水量为0.001 t/t碱。

3)CO2带入系统的水量

我厂的原料CO2气为合成氨系统的脱碳气,浓度为≥98%,温度35～45℃,则原料CO2气带入系统的水量为0.0089 t/t碱。

4)滤碱机滤饼洗涤带入系统的水量

根据历年生产统计及工艺查定数据,滤碱机滤饼洗涤带入系统的水量在0.68～0.95 t/t碱之间。

2.3 出生产母液循环系统的水量

1)重碱带出的水量

重碱带出生产母液循环系统的水量为两部分,一部分为重碱含水量(即游离水),我厂重碱含水量在18%之间,则水量为0.36 t/t碱;另一部分为重碱结合水(NaHCO3、NH4HCO3带出的水量),根据:

2NaHCO3(加热)=Na2CO3+H2O+CO2↑

NH4HCO3(加热)=NH3↑+H2O+CO2↑

这部分水量为0.330 t/t碱。重碱带出生产母液循环系统的水量为0.69 t/t碱。

2)湿氯化铵带出的水量

我厂湿氯化铵含水量是6%,则湿氯化铵带出生产母液循环系统的水量为0.06 t/t碱。

3)制碱塔尾气带出的水量

制碱塔尾气温度为35℃,由于我厂采用浓气(CO2含量≥98%)制碱,根据工艺查定,制碱塔尾气带出生产母液循环系统的水量约为0.0036 t/t碱。

4)滤碱机排气带出的水量

根据工艺核算,滤碱机排气带出生产母液循环系统的水量是0.0115 t/t碱。

5)AⅡ泥带出的水量

根据工艺查定,我厂AⅡ泥带出生产母液循环系统的水量约0.008 t/t碱。表3为母液循环系统进、出水平衡表。

表3 云维联碱生产母液循环系统进、出水量平衡表

分析表3,结合我厂联碱浓气制碱工艺:①带入母液系统的水量中,原盐、液氨、脱碳气带入的水量波动不大,且所占比例小;离心机冲洗水变化亦不大;滤碱机滤饼洗涤水(通称洗水当量)决定了带入母液系统水量的多少。②带出母液系统的水量中,湿铵、制碱塔尾气、滤碱机排气、AII泥带出的水量比例小,波动变化不大;重碱带出的水量中,结合水基本不变,游离水在±0.020之间波动,所占比例很小;就是说,带出母液系统的总水量基本不变。故云维联碱生产母液循环系统进、出水量平衡的关键就在于控制洗水当量,若洗水当量＜0.812则系统母液收缩;若洗水当量＞0.812则系统母液膨胀。

3 联碱生产中的废水零排放

从上面的论述中我们知道,云维联碱系统母液平衡点的洗水当量是0.812,只要洗水当量＜0.812我公司联碱装置的系统母液就会收缩,为维持系统正常生产,就要向母液系统补加软水,联碱生产系统产生的废水对系统母液来讲,本质上属清洁废水,经过澄清处理后可直接加入母液系统;而生产系统产生的废水量为0.89 m3/t碱,其中炉气冷凝液和炉气洗涤液可回收作滤碱机洗水,其两项合计量为0.78 m3/t碱,这样云维联碱生产废水零排放时的洗水当量平衡点就为(0.812—0.11)=0.702。

云维联碱装置地处珠江源头,各级环保部门对联碱的废水排放管控极为严格,为确保联碱装置的生产发展,公司早在1995年就提出联碱生产废水零排放的目标,为实现这一目标,采取以下措施:

3.1 从原料入手

原料盐从原来部分使用湖盐改为全部使用精盐,减少进入系统的水量及AⅡ泥量,从而可减少AⅡ泥增加产生的废水量。

在压缩贮气罐出口至制碱塔入口增加CO2分离器,减少原料CO2带入系统的水量。

3.2 使用新技术,进行工艺技术改造,降低滤碱机洗水当量

众所周知,联碱装置母液平衡的关键在于控制好滤碱机洗水当量,但降低洗水当量一直是行业多年来的一个难点。为降低洗水当量,我厂从多方面着手:

把原6.5 m2滤碱机更新为20 m2新型不锈钢滤碱机,在增加生产能力的同时,延长滤碱机作业周期;滤碱机真空阀由蝶阀更新为气动闸阀,以提高滤碱机倒换洗车效率;滤碱机滤饼洗涤方式由平流布水槽洗涤改为喷头喷淋洗涤(图1～图3);对现有滤碱机错气头进行技术改造,略微增大吸碱区,取消滤碱机的溢流口,正常液面控制略低于溢流口,实现碱车慢转,重碱滤饼洗涤置换时间延长,对降低洗水当量起到促进作用;使用洗水添加剂,可进一步降低洗水当量;对洗水当量、碳化出碱液结晶质量、碳化出碱液固液比坚持进行单项考核控制。洗水当量由投产初期的0.85～0.95降低到1996年后的0.75～0.85,1998年后洗水当量降低到了0.66～0.80。

碳化外冷器逐步更新为钛列管换热器,炉气管箱式冷凝塔改为波纹管冷凝塔,母液系统部分换热器更换为波纹管换热器,把部分母液管由原铸铁管更新为增强MC尼龙管,减少管道结疤堵塞,增加管道耐腐蚀性;这些改造均是为了减少设备、管道堵塞,增加系统作业周期,从而减少因设备、管道堵塞清洗而增加的废水量。

图3 喷嘴改造后重碱过滤洗涤工艺流程图

3.3 实施精细化管理,提升生产综合管理水平

联碱装置工艺流程长,生产控制岗位分散,自动化程度不高,对生产操作控制管理水平要求较高。围绕降低洗水当量,以增加制碱塔作业周期、延长冷(盐)析结晶器作业周期为QC课题,进行QC攻关,完善细化操作规程。同时实施精细化管理,目标明确,责任到位,培养了员工精细化作业的习惯。我厂制碱塔及冷(盐)析结晶器作业周期在1996年就达到了同行业较好水平,制碱塔作业周期,最长达50天,平均达35天;冷(盐)析结晶器作业周期由投产初期的3个月延长到了1998年以后的6～12个月。1996年后实现了煅烧炉气冷凝液和洗涤液完全回收为滤碱机洗水。

3.4 实施生产、生活废水清污分流,技改新增生产废水回收设施

从1995年开始,为实现生产废水零排放的目标,对联碱生产装置进行生产、生活废水清污分流改造,增加了清污分流池、清污分流泵及相应管线设施,增加了废水回收贮桶、废水回收泵及相应管线设施;生产废水→进入清污分流池澄清过滤处理→送入制碱塔煮塔→排入废水回收桶→废水回收桶泵→送入母液I桶,完成废水回收,生活废水及循环水反洗水→进入公司污水处理厂→中水回用。到2000年联碱装置基本实现了生产废水零排放。

4 结 语

在纯碱生产工艺中,清洁生产工艺是联合制碱工艺独有的优点,装置生产规模小及工艺生产的易波动性而造成生产系统母液膨胀,又是联合制碱工艺的缺点。联碱装置实现生产废水零排放的关键是控制洗水当量,同时要减少废水来源。如上所述,云维联碱系统母液平衡点的洗水当量是0.812,洗水当量＜0.812系统母液收缩,洗水当量＞0.812系统母液膨胀;而生产废水零排放时的洗水当量平衡点为0.702。但洗水当量因生产状况变化而时高时低,低可到0.66,高时达0.83,这时废水贮桶(废水贮桶贮量为600 m3)就起到了平衡的作用,可保证生产波动洗水当量高时,生产废水仍能保证零排放。

TQ 114.162

:C

:1005-8370(2011)02-03-04

2010-05-18

徐永维(1968—),化工工艺工程师。云维股份联碱分厂工艺员。