氯碱生产中的节能减排措施

尹睿

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100）

氯碱企业面临产能严重过剩、行业内部竞争、国家宏观调控等巨大压力。节约能源、降低消耗、减少排放，从而降低生产成本，已成为氯碱企业生存和发展、提高经济效益、实现可持续发展的根本保证。

陕西金泰氯碱化工有限公司 （以下简称陕西金泰），现有烧碱生产能力12万t/a，聚氯乙烯树脂生产能力12万t/a，拥有2×25 MW自备热电厂。自2005年建成投产以来，一直坚持走可持续发展道路，把优化资源配置，节约能源和保护环境放在公司的首要工作日程上，在水、电、汽三个方面挖掘节能潜力，创造二次利润，增强了企业的竞争力。

1 节能降耗措施及效果

1.1 变频改造稳压节能

泵是氯碱生产中不可或缺的一部分，由于在使用过程中的流量、液位需根据生产需要不断调整，设计者为保证设备正常运行，大部分超大化配备，出现“大马拉小车”的现象，因此，泵的实际总效率很低。传统方法是靠回流阀来调节流量，有40%以上的电能消耗在调节阀门及管道阻力降上。而变频是公认的节能调速技术，近年来广泛应用于工业生产和家用电器。通过安装与泵的电机额定功率相适配的变频调速系统，变送器检测出被控对象数值并转化为4～20 mA的标准信号，送至智能数字调节器与设定指标进行比较，运算，并按照设定的调节方式输出调节信号，控制变频器的输出频率，从而改变电动机转速达到控制被控对象的目的。变频控制方框图如图1所示。

自2007年以来，陕西金泰先后对精盐水泵（2台）、淡盐水泵（2台）、脱氯淡盐水泵（2台）进行了变频控制改造，改造后节能效果显著。变频改造前后数据对比情况见表1。

由表1可以看出，改造后，电机的各项运行参数均有所下降，且变频器属于软启动，调速平稳，控制稳定，避免电机启动时的大负载过流，冲击电网，泵的出口压力下降，减少了物料对泵的机械冲击，延长了机泵和管道的使用寿命，减少维修工作量和维修费用，降低工人的劳动强度，间接达到了减员增效的目的。按年运行8 000 h计算，合计可节约电能687 040 kW·h，电价按0.50元/kW·h计算，1年节约电费343 520元，而改造1台泵的费用约3万元左右，半年左右就能收回改造费用。

表1 各泵变频改造前后数据对比

1.2 利用高温湿氯气预热盐水

精制盐水进入电解槽前需进行预热，以提高电解效率。如果能利用电解槽产出的高温湿氯气的余热来加热精盐水，既能节约一部分蒸汽，又可以降低湿氯气的温度，而饱和湿氯气温度每降低10℃，其含湿量下降约50%，其热焓值也随水蒸气的减少而大幅下降。所以，湿氯气的降温对后序的氯气处理工序有很大帮助，可减少氯氢工段冷却水和氯气干燥剂（浓硫酸）的用量，降低生产成本。氯气余热预热精盐水工艺流程见图2。

图2 盐水预热工艺流程

在满负荷生产时，电解来的总管氯气至换热器，入口温度为82℃左右，一次精盐水至换热器，入口温度为47℃左右。精盐水与氯气换热后，氯气出口温度为67℃，其含湿量下降约62.5%，精盐水出口温度55℃。盐水流量为160m3/h，ρ=1.2 g/L，cp≈3.87 kJ/（℃·kg），△t=55-47=8（℃），0.15 MPa低压蒸汽的焓值为2 688.158 kJ/kg，75℃冷凝水的焓值为313.458 kJ/kg。节约低压蒸汽的理论计算如下：

（1）盐水从47℃上升到55℃所需要的热量为：

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

（2）低压蒸汽（0.15 MPa）成为冷凝水（75℃）焓值为：

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

（3）节约蒸汽量为：

5 944 320÷2 374 700≈2.5（t/h）。

1年运行时间按8 000 h计算，则1年节约蒸汽2.5×8 000=20 000（t）。

1.3 电石渣浆乙炔气回收

电石乙炔法生产工艺的电石一般占PVC总成本的65%左右，因此降低电石单耗一直是电石法PVC企业节能降耗的重点。电石水解产生的电石渣浆中残存大量乙炔气体，目前，国内大部分企业未回收其中的乙炔气，这样，不仅污染环境，由于乙炔易燃易爆，还存在很大的安全隐患，同时，也增加电石消耗。陕西金泰于2011年引进了一套20万t/a PVC电石渣浆回收乙炔气的装置，电石渣浆回收乙炔气工艺流程见图3。

湿式乙炔发生器溢流出来的电石渣浆，经溢流总管靠位差自流进入浆料缓冲罐，渣浆在浆料缓冲罐内加热至指标温度后，被浆料泵送入脱析塔进行乙炔气脱析，脱析出来的乙炔气在真空水环压缩机的抽吸作用下经冷却器冷却降温，再由气水分离器分离掉大量水分后，经测氧仪检测合格送入气体缓冲罐，再计量送入乙炔气柜待用。脱析掉乙炔气的渣浆经脱析塔排渣管自流进入安全槽，然后从安全槽溢流进入原有渣浆高位槽，再经原有渣浆泵送往渣场进行进一步处理。

电石渣浆乙炔气回收装置自2012年4月投运以来，运行平稳，不仅充分回收了电石渣浆中夹带的乙炔气，减少了乙炔气对大气的污染，改善了周围的环境，而且还取得了良好的经济效益和环境效益。经监测，乙炔回收装置回收气体的流量平均为55 m3/h，按回收乙炔气的体积分数为95%计算，则回收乙炔气的流量为：55×95%=52.25（m3/h）；电石发气量按平均285 m3/t计算，折合成电石为：52.25÷ 285=0.183（t/h）；装置运行的时间按8 000 h/a计算，则回收电石量为：0.183×8 000=1 467（t/a）；电石价格按3 400元/a计算，则产生的经济效益为：1 467×3 400=498.67（万元/a）。

1.4 蒸汽冷凝水回收利用

蒸汽是很多工业企业能量流的最大交换平台，因此，通过实施节能改造，保障蒸汽及凝结水系统稳定高效运行，对提升企业市场竞争力具有十分重要的意义。陕西金泰自备电站输出蒸汽有二个等级的压力，0.3 MPa蒸汽系统主要以冬季采暖为主，夏季现在没有使用，0.8 MPa蒸汽主要是供化工生产。原蒸汽冷凝水全部就地排放，厂区管廊下到处可见“小白龙”现象，不但浪费能源，而且影响厂区的清洁生产。为节约能源，减少浪费，陕西金泰2006年底投资460万元，完成蒸汽冷凝水回收工程。该项目投运后，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气可作为污水处理站的污水加热的热源，回收的蒸汽冷凝水经净化处理，直接进锅炉使用，提高锅炉给水温度，大幅降低锅炉自耗蒸汽量，蒸汽消耗下降15%左右，做到了节能减排。

1.5 氯化氢合成炉副产蒸汽利用

在氯化氢合成过程中，有大量的反应热放出，生产1 t氯化氢可产生2.522×106kJ的反应热。此热量若不加以利用，则需要消耗大量的冷却水来冷却合成炉体，既造成巨大的热量浪费，又增加了循环水系统的运行负荷。陕西金泰使用可副产蒸汽的废热锅炉，每生产1 t氯化氢可副产0.5 t蒸汽，除可满足一次盐水预热和热电化水车间的蒸汽用量外，在冬季还可解决公司部分生产设备的保温和办公采暖，充分利用了合成炉余热，实现能源的二次利用。氯化氢合成炉产蒸汽量以5 t/h计，每年运行时间按8 000 h计，则1年可节约蒸汽5×8 000=40 000（t）。

2 减排措施

2.1 污水处理回用

陕西金泰位于西北地区，水资源较匮乏，提高水的重复利用率和使用效率直接影响企业的生存和发展。为节约用水，保护环境，实现可持续发展，该公司投资建设了2套污水处理系统，根据污水水质的不同分为有机污水处理系统和工业污水处理系统。有机污水处理系统的处理能力为40 m3/h，主要处理聚合离心母液的排水约15 m3/h，生活污水约15 m3/h，设备的冲洗水约10 m3/h等含有大量有机物的污水，处理后的水可回用做绿化浇水或达标排放。工业污水系统处理能力为350 m3/h，主要处理热电分厂循环水系统的排污水、热电分厂化水岗位产纯水后的排污水及化工装置循环水排污水，处理后的清水回用至热电分厂及化工装置的循环水系统的补充水；处理后的浓水用于乙炔发生器的设备冲洗水或达标排放。污水处理系统投用后，节水效果显著，节约原水开采量的20%，有效缓解了在河流枯水期用水的紧张局面。

2.2 PVC离心母液回收利用

在聚合生产过程包括投料配方用水在内，聚合釜冲洗、管道冲洗、助剂配制及设备的机封等需用大量的脱盐水，每生产1 t PVC，大约产生4～5 t废水，这些水随PVC浆料进入干燥工序在离心机处分离出来，据测算，陕西金泰每天产生母液水1 022.83 t，详见表2。

表2 每天需要的脱盐水总量 t

表2得出的数据可视为PVC浆料中的总水量，如忽略气流干燥和旋流干燥带出的水量，可等同于离心母液总量[1]。若将产生的母液水直接排掉，不但会对水资源造成严重的浪费，同时也增加污水处理的负担。为此，陕西金泰引进了一套PVC离心母液双膜过滤处理装置，该装置主要通过预处理、超滤、反渗透装置使处理后的PVC离心母液水达到聚合用水的水质要求。现装置每小时可回收利用母液水为24 t左右，可分别用于聚合投料水和冲洗水，既减少了污水处理量和废水排放量，还取得了一定的经济效益。目前，离心母液回收处理装置每回收1 t水的成本为3.17元，而生产1 t脱盐水的成本为3.60元，按每小时回收母液水24 t，装置运行的时间按每年8 000 h计算，则产生的经济效益为：（3.60-3.17）× 24×8 000=82 560（元/a）。减少废水排放量：24×8 000= 192 000（t/a）。

2.3 烧碱系统废水内部循环利用

在烧碱生产过程中，各工序的机泵冷却水、盐水工序的盐泥板框压滤机压出的滤液、电解工序的脱氯淡盐水、树脂塔再生水及固碱工序的二次汽冷凝液排放等都会产生大量的工业废水。为了回收利用和减少排放，陕西金泰在烧碱分厂的界区内建立了3个工业废水收集池，将收集处理后的废水回用到采卤工序的白水池，再通过多级离心泵加压后，注入盐井下用于溶化盐矿，制取卤水，做到了烧碱系统内部的废水循环使用。经过测算，每天可回用废水360 t，即相应减少了等量的废水排放，大大减轻了污水处理系统的负担，既保护环境又节约水资源。

2.4 固碱装置烟道气制碳酸钠

碳酸钠作为一次盐水的精制剂，每年的消耗量仅次于煤炭，电石等大宗原材料。陕西金泰每吨32%碱耗碳酸钠平均为0.022 t，年消耗量约二千六百吨。2010年，通过技改碳酸钠装置开车，将固碱工段燃烧炉产生的烟道气通入碳酸钠装置的吸收塔中与事先配好的NaOH质量分数达到10%左右的循环液逆流接触，烟道气中二氧化碳和循环液中氢氧化钠反应生成碳酸钠溶液。当循环液中碳酸钠质量分数为11%～12%时，即为合格成品。此时倒换循环槽，合格的碳酸钠溶液打入成品储槽，供盐水工段精制盐水使用。碳酸钠装置投产以来，可日产碳酸钠15t，完全满足盐水精制所需。实现碳酸钠自产，可节约碳酸钠采购费用，按每吨碳酸钠1300元计，即380万元，盐水精制成本大幅度降低。同时，该装置的投用有效地减少了二氧化碳排放量，取得了良好的环保效益。

2.5 自备电站烟气脱硫

燃煤火电厂的二氧化硫排放量占全国总排量的40%，因此，控制火电厂的二氧化硫排放尤为重要。为保护环境，陕西金泰投资1 200万元，为2×25 MW自备热电厂配套了烟气脱硫装置。该装置选用本公司的废弃电石渣浆直接作为长期脱硫剂，省去了吸收液的制备工艺，节约脱硫剂制备的投资及运行费用，电石渣脱硫后的产物主要是硫酸钙，可直接用泵送至渣库，无需对石膏渣浆进行深度处理，并且不影响原有电石渣废料的去向和用途，脱硫石膏不超过5%的添加量还可以做水泥缓凝剂，废料最大限度地得到利用。该装置对锅炉烟气进行百分之百的脱硫处理，脱硫效率可达95%以上，完全满足环保要求（排放标准为400 mg/m3），每年减少二氧化硫排放量约为二千二百吨，节约企业所在地二氧化硫的环境容量，取得了良好的环保效益和社会效益。

［1］王忠发，张军锋，曹国栋，等.PVC离心母液的处理及回收利用.聚氯乙烯，2012，40（4）：39－41，44.