【正文】 化學工業(yè)的節(jié)能減排技術作者：日期： 《貴州省中小企業(yè)節(jié)能減排知識手冊》貴州省科技廳貴州大學二○○八年五月第十章 化學工業(yè)的節(jié)能減排1. 化工行業(yè)現(xiàn)狀簡介 化工行業(yè)現(xiàn)狀化學工業(yè)是我國重要的基礎原料產業(yè)，是國民經(jīng)濟的重要支柱產業(yè)，化學工業(yè)在國民經(jīng)濟各部門配套服務、支援農業(yè)和國防建設等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。改革開放20多年來，我國化學工業(yè)已形成鹽化工、煤化工、石油化工、酸堿、林產化工等20多個行業(yè)的完整的工業(yè)體系，化工產品的品種和規(guī)格達4萬多個，電石、燃料、合成氨、化肥、純堿躍居世界第一；農藥居世界第二；乙烯、輪胎、涂料、合成材料等也名列前茅。總之，我國現(xiàn)已進入世界石油和化工生產、消費大國行列。但由于工藝技術及裝備與國際水平相比相對落后，化工行業(yè)不僅是我國耗能大戶，也是環(huán)境污染大戶。我國化學工業(yè)每年消耗的煤炭1億多噸，天然氣100多億立方米，原鹽3800多萬噸，化學礦近6000萬噸，天然橡膠近170萬噸。但化石資源人均占有量很低，人均石油儲量只有世界平均水平的1/8，天然氣僅為1/25，只有煤的人均儲量與世界水準接近。石油、天然氣供求矛盾突出已成為制約我國化學工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”因素之一。據(jù)最新的全國礦產資源儲量套改統(tǒng)計結果，磷礦等8種主要化工礦產資源可利用的基礎儲量不足該類礦產總量的1/3，低于全國各種礦產資源的平均水平。資源狀況不容樂觀已經(jīng)成為影響我國化學工業(yè)未來發(fā)展的重要因素。然而，資源的消耗卻是巨大的。化工行業(yè)年排放工業(yè)廢水30億噸,工業(yè)廢氣14億m3，產生的固體廢棄物8400萬噸,分別占全國工業(yè)“三廢” 總排放量的16%、7%和5%，位居第一、第四和第五位。 貴州省化工行業(yè)現(xiàn)狀貴州省是西南地區(qū)的資源大省，依托其豐富的磷、煤、鋁、鋇等礦產資源形成了以磷復肥、黃磷、鋇鹽為主導產品的化學工業(yè)模式。貴州高濃度磷復肥、黃磷、鋇鹽工業(yè)在生產技術和裝置水平、生產能力等方面在國內已經(jīng)占有不可替代的重要地位，在國際同行中也享有較高的知名度。貴州現(xiàn)已建成全國最大的磷化工基地和鋇鹽生產基地；磷酸二銨產量居全國第一，目前占全國總產量的２５％以上；黃磷產量居全國第二，約占全國產量的２５％；碳酸鋇產量約占全世界消費量的５０％，是世界上最大的生產和出口基地，２００４年出口量超過２５萬噸。貴州高濃度化肥的生產技術已達到國際先進水平，對全國高濃度磷復肥的發(fā)展起到了很大的促進作用。 據(jù)不完全統(tǒng)計，貴州化學工業(yè)2004年全行業(yè)銷售收入約為174億元，較“九五”末2000年全行業(yè)銷售收入60億元，凈增１１４億元，約占2004年全省GDP的10％，約占全省工業(yè)銷售收入的１６％。2004年貴州省磷化工，包括磷復肥、黃磷、磷酸鹽和磷礦石的銷售總收入約80億元，占全省化工行業(yè)銷售收入近一半，已經(jīng)成為貴州省支柱產業(yè)之一。其次是橡膠制品銷售收入近30億元，也占有較大比重。 　　近十年貴州省化工行業(yè)高速發(fā)展，培育了一批大型骨干企業(yè)，初步形成了“開陽－息烽－修文－貴陽”和“龍里－貴定－福泉－甕安－都勻”兩條磷化工產業(yè)帶及清鎮(zhèn)、六盤水為中心的煤化工區(qū)，確立了貴州磷化工在國內的優(yōu)勢地位。到2004年，貴州省銷售收入或產值達到、超過30億元的企業(yè)已有貴州宏福實業(yè)開發(fā)總公司和貴州輪胎股份有限公司等兩戶企業(yè)；銷售收入或產值超過10億元的企業(yè)有貴州赤天化(集團)有限公司、貴州開磷(集團)有限公司、貴州西洋肥業(yè)、貴州遵義堿廠、貴州華能焦化制氣有限公司、貴州紅星等七家。 貴州省化工主要以重化工為主，“三廢”排放多，環(huán)保壓力大，遠未達到循環(huán)經(jīng)濟模式的要求。以磷化工為例，預計到2010年貴州高濃度磷肥生產能力將達到200萬噸，達產后每年排出磷石膏將達到1200萬噸；黃磷生產能力將達到40萬噸，每年排出磷渣將達350萬噸，兩者共計1550萬噸。現(xiàn)在這些“工業(yè)垃圾”只少量用于生產水泥、水泥緩凝劑、磷石膏墻體材料等，其余的均置于碴場堆存，若不加大利用力度，將對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。 2. 化工行業(yè)節(jié)能技術化學工業(yè)是能源消耗和三廢排放的重點產業(yè)，也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排潛力很大的行業(yè)?；瘜W工業(yè)的主要高耗能產業(yè)是化肥、黃磷、電石、燒堿等。2. 1 電石工業(yè)2007年修訂的電石行業(yè)準入條件規(guī)定，新建電石企業(yè)電石爐初始總容量必須達到10萬千伏安及以上，其單臺電石爐容量≥。新建電石生產裝置必須采用密閉式電石爐，電石爐氣必須綜合利用。鼓勵新建電石生產裝置與大型乙炔深加工企業(yè)配套建設?，F(xiàn)有生產能力1萬噸（單臺爐容量5000千伏安）以下電石爐和敞開式電石爐必須依法淘汰。2010年底以前，依法淘汰現(xiàn)有單臺爐容量5000千伏安以上至12500千伏安以下的內燃式電石爐。為電石行業(yè)開展清潔生產提供向導的《清潔生產標準電石行業(yè)（HJ/T4302008）》已發(fā)布，并將于今年8月1日起實施。該標準將清潔生產指標分為六類，即生產工藝與裝備要求、資源能源利用指標、產品指標、污染物產生指標(末端處理前)、廢物回收利用指標和環(huán)境管理要求。其中每一類又分成三個級別，一級代表國際清潔生產先進水平，二級代表國內清潔生產先進水平，三級代表國內清潔生產基本水平。(1) 節(jié)能目標《清潔生產標準電石行業(yè)（HJ/T4302008）》規(guī)定，每生產1噸電石，電爐電耗至少低于3400千瓦時／噸，，水的單耗至少低于2噸；每千克電石的平均發(fā)氣量至少大于280立升；而廢物的利用率均要求達到100％。(2) 節(jié)能技術密閉式電石爐是指CO氣體必須綜合利用，正常生產時不允許爐氣直排或點火炬。① 新建密閉式電石爐， 以上，并且配套爐氣余熱回收利用裝置。高溫爐氣不允許直接排放。，除電力有余、外送困難地區(qū)，新建電石爐容量要盡可能在15000千伏安以上。改、擴建項目應采用節(jié)能型新工藝和高效設備。禁止再建敞開式電石爐。電石爐采用自焙煤磚做爐襯。② 推廣爐氣干法凈化，回收利用電石爐氣，大中型電石爐采用配料密閉和自動上料系統(tǒng)，采用空心電極生產技術。③ ，2010年底以前必須改造為合格的內燃式電石爐，鼓勵改造為密閉式電石爐。改造的電石爐要求采用先進成熟技術，保證電石爐的安全、穩(wěn)定和長周期運轉。合格的內燃式電石爐具體要求如下：　　a）內燃式電石爐爐蓋四周僅留有操作孔和觀察孔，開孔面積占爐蓋表面積的10%以下。　　b）采用原料破碎、篩分、烘干設備，確保原料粒度、水分達到工藝要求?！　) 采用自動配料、加料系統(tǒng)。　　d) 電極升降、壓放、把持系統(tǒng)必須采用先進的液壓自動調節(jié)系統(tǒng)，使電極操作平穩(wěn)，安全穩(wěn)定可靠?！　) 采用微機等先進的控制系統(tǒng)。2. 2 燒堿及下游產業(yè)鏈(1) 節(jié)能目標燒堿工業(yè)2010年，噸燒堿能耗(隔膜法、離子膜法加權平均)，由2000年的1435kg標準煤降為1400kg 標準煤。2020年，降為1300kg 標準煤。(2) 節(jié)能技術① 發(fā)展離子膜法生產技術：離子膜電解制堿具有節(jié)能、產品質量高、無汞和石棉污染的優(yōu)點。我國將不再建設年產1萬噸以下規(guī)模的燒堿裝置，新建和擴建工程應采用離子膜法工藝。2010年，%提高到49%左右，2020年，提高到75%。淘汰汞法燒堿工藝。如果我國的隔膜法制堿改造100萬噸為離子交換膜法制堿，綜合節(jié)能可節(jié)約標煤412萬噸。② 采用擴張陽極、改性隔膜技術改造的金屬陽極(DSA)隔膜電解槽。這是近年來氯堿工業(yè)中電解過程改進的新技術。理論上，采用擴張陽極與改性隔膜每噸堿可節(jié)約直流電147kWh ，經(jīng)濟效益十分可觀。③ 采用大型可控硅整流機組；有載調壓—變壓—整流機組和計算機控制技術；提高鹽水質量，實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行；④ 液體燒堿蒸發(fā)技術(三效逆流改造三效順流)。采用三效逆流比三效順流可更充分合理地利用加熱蒸汽的熱量，生產每噸堿可節(jié)省蒸汽一噸。⑤ 高速自然強制循環(huán)蒸發(fā)器。采用高速自然強制循環(huán)蒸發(fā)器，可節(jié)省400萬～500萬噸蒸汽，全國按節(jié)省強制循環(huán)泵每噸堿節(jié)電30kWh， kwh。⑥ 滑片式高壓氯氣壓縮機。采用滑式高壓氯氣壓縮機耗電85kWh，與傳統(tǒng)的液化工藝相比，全行業(yè)年可節(jié)電23750萬 kwh，同時還可減少大量的“三廢”排放。堿廠現(xiàn)有納氏泵應逐步更新為壓縮機。(3) 下游產業(yè)鏈節(jié)能技術(附加PVC生產的節(jié)能技術)聚氯乙烯行業(yè)節(jié)能減排的主要課題應圍繞降低電石消耗開展。在聚氯乙烯生產工藝中，單體精餾過程有一部分尾氣直接對空排放，尾氣中單體體積分數(shù)平均為15%，乙炔體積分數(shù)為2%，這部分氣體的放空不僅增加了電石原料的消耗，而且又嚴重污染了大氣。采用變壓吸附裝置利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點組分，不易吸附低沸點組分和高壓下吸附量增加，減壓下吸附量減少的特性，將被吸附氣在一定壓力下通過吸附劑床層，C2H3ClC2H2等沸點組分被選擇性地吸附，HN2等低沸點組分不易吸附而通過吸附劑床層，從而實現(xiàn)C2H3ClC2H2與其他分離。然后在減壓下解吸C2H3ClC2H2使吸附劑再生，再進行下一個吸附周期。精餾尾氣通過尾氣回收裝置，進行吸附解吸后，將解吸氣C2H3ClC2H2送入轉化器裝置重新轉化，達到回收目的。工藝流程圖如下：工藝控制指標如下：被吸附氣：，溫度5℃凈化氣：凈化度ρ(C2H3Cl)≤36mg/m3。ρ(C2H2)≤120mg/m3；輸出壓力： 輸出溫度：≤40℃解吸氣：輸出壓力≥，溫度≤40℃聚氯乙烯精餾尾氣變壓吸附裝置運行后，電石消耗明顯降低，凈化排放達到國家標準，真正實現(xiàn)了降低消耗，消除污染，增加效益的目的，實現(xiàn)了社會效益、經(jīng)濟效益雙贏，也為電石法聚氯乙烯生產拓展了發(fā)展之路。(4) 技術發(fā)展趨勢目前世界燒堿生產工藝主要有離子膜法、隔膜法及水銀法, 另有少量苛化法。離子膜法能耗低,產品純度高, 污染小, 操作成本低, 是新建燒堿裝置的首選。世界氯堿技術發(fā)展總體方向是規(guī)模大型化, 節(jié)能降耗技術將成發(fā)展重點。新建和擴建氯堿產能90%以上將采用離子膜法工藝, 該技術發(fā)展方向主要是高性能離子膜和電解槽技術的改進和應用。PVC 技術發(fā)展的主要方向是探索采用價格便宜的乙烷作原料, 用直接氧氯化法生產出低成本的氯乙烯單體。 改造平衡氧氯化工藝, 進一步降低生產成本。 進一步解決聚合體系的穩(wěn)定性及防粘釜問題； 改進懸浮聚氯乙烯樹脂的粒徑分布以及開發(fā)使用性能更好的專用樹脂, 如開發(fā)透明度更好的抗沖擊氯化氯乙烯丙烯酸酯接枝共聚樹脂, 研制更易于加工的聚氯乙烯薄膜專用樹脂,改進丙烯酸酯改性的聚氯乙烯型材專用樹脂的生產方法等。 在聚氯乙烯樹脂加工應用方面, 通過共聚和共混改性生產具有特殊性能和用途的聚氯乙烯產品,增加產品附加值。近年來, 中國聚氯乙烯( PVC) 行業(yè)產能增長迅速, 在發(fā)展中電石法聚氯乙烯仍占據(jù)主要地位。由壽光新龍電化集團、北京瑞思達化工設備有限公司全國首創(chuàng)的干法制乙炔新技術成套工業(yè)化裝置, 耗水量僅是原來的1/10, 因在環(huán)保和節(jié)能方面的突出優(yōu)勢, 目前已被中國氯堿協(xié)會推薦在全國進行推廣。 橡膠行業(yè)橡膠行業(yè)是國民經(jīng)濟中消耗能源較大的行業(yè)之一，一個年產100萬套輪胎企業(yè)每小時消耗蒸汽約40噸，消耗電量約7000度。目前輪胎企業(yè)用機械式輪胎硫化機硫化1100R20子午胎時，根據(jù)輪胎硫化機采取節(jié)能措施情況，每硫化一條輪胎可消耗蒸汽約110180kg。研究開發(fā)節(jié)能型橡膠加工設備及利用節(jié)能技術改造設備，提高設備使用性能，是目前降低橡膠行業(yè)能耗的主要措施之一。 節(jié)能技術(1) 煉胎設備節(jié)能措施：① 提高密煉機轉子轉速和壓坨壓力；② 利用智能密煉機控制系統(tǒng)節(jié)能；③ 變速混煉工藝技能；④ 采用新型轉子提高混煉效率。(2) 高效節(jié)能新設備：① 銷釘機筒冷喂料擠