做好聯(lián)堿水(母液)平衡 實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放

徐永維

(云南云維股份有限公司,云南 曲靖 655338)

做好聯(lián)堿水(母液)平衡 實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放

徐永維

(云南云維股份有限公司,云南 曲靖 655338)

分析了聯(lián)堿生產(chǎn)中的水平衡及生產(chǎn)廢水排放情況。介紹了云維聯(lián)堿在生產(chǎn)發(fā)展中,通過技術(shù)改造、強化生產(chǎn)管理,最終實現(xiàn)裝置生產(chǎn)廢水零排放。

聯(lián)堿;水平衡;廢水零排放

我國于1952年建設(shè)了聯(lián)合制堿試驗車間,1961年建成了大型聯(lián)合制堿車間,1964年通過了國家鑒定。聯(lián)合制堿法的出現(xiàn),打破了氨堿法的傳統(tǒng)技術(shù),解決了氨堿法難以克服的需石灰煅燒、堿渣處理、大量生產(chǎn)廢液排放等環(huán)保問題。為制堿工業(yè)的發(fā)展開辟了新的途徑,成為世界上工業(yè)制堿的重要方法。

1 聯(lián)堿生產(chǎn)中的廢水排放

聯(lián)合制堿是我國自主開發(fā)的制堿工藝,它具有流程短、能耗低、原材料利用率高等特點,聯(lián)堿生產(chǎn)因母液系統(tǒng)封閉循環(huán),其化學反應(yīng):

從理論上而言,應(yīng)無廢液排放。我國現(xiàn)有的聯(lián)堿企業(yè)有的是由小聯(lián)堿發(fā)展而來,大部分企業(yè)沒有做到清污分流;生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、管理水平也參差不齊;同時因聯(lián)堿碳化塔、冷鹽析結(jié)晶器作業(yè)周期短,設(shè)備、管道腐蝕嚴重,生產(chǎn)工藝波動等易造成母液膨脹,致使聯(lián)堿行業(yè)早期因母液膨脹造成廢水超標排放,且各企業(yè)廢水排放量差異較大,廢水中含氨量相差懸殊。目前,聯(lián)堿生產(chǎn)過程實際氨損失約20～25 kg/t堿(以純堿計 ,氨耗 340～360 kg/t堿,部分企業(yè)高達360～380 kg/t堿),要高出氨堿行業(yè)4～6倍。聯(lián)堿行業(yè)氨耗高除與生產(chǎn)管理、廢水超標排放有關(guān)外,還與生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)。中國純堿工業(yè)協(xié)會2004年對全國18個大、中聯(lián)堿企業(yè)進行了廢水排放調(diào)查統(tǒng)計,從調(diào)查數(shù)據(jù)看,平均廢水排放量為20～40 m3/t堿。

2 聯(lián)堿生產(chǎn)中的水平衡分析

云維40 kt/a聯(lián)堿裝置于1989年7月建成投產(chǎn),采用濃氣制堿工藝。通過技術(shù)改造和精細化管理,于2000年基本實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。經(jīng)過多年的生產(chǎn)發(fā)展和技改擴建,原裝置的生產(chǎn)能力于2005年達到200 kt/a。

2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)廢水產(chǎn)生的來源

1)重堿煅燒爐氣冷凝塔產(chǎn)生的廢水

重堿含水不同,爐氣冷凝塔冷凝后溫度的高低對產(chǎn)生的冷凝液量有很大影響。經(jīng)工藝查定核算,一般情況下,每生產(chǎn)1 t純堿,產(chǎn)生的含氨廢水約為0.56 m3。

2)重堿煅燒爐氣洗滌塔產(chǎn)生的廢液

重堿煅燒爐氣洗滌塔產(chǎn)生的廢液經(jīng)工藝查定核算,一般為0.22 m3/t堿。

3)碳化工序煮塔廢水

碳化工序煮塔廢水量,制堿塔平均作業(yè)周期為35～40天,每月煮塔水量在850～1100 m3之間,根據(jù)歷年生產(chǎn)統(tǒng)計為0.044～0.061 m3/t堿。

4)轉(zhuǎn)鼓真空過濾機系統(tǒng)

主要是真空過濾機洗車產(chǎn)生的廢水,其量約為0.0168 m3/t堿。

5)各設(shè)備、管道清洗雜水

聯(lián)堿設(shè)備、管道清洗雜水主要有AⅡ泥板框壓濾機清洗水、Ⅱ過程冷(鹽)析結(jié)晶器清洗水、濾銨機清洗水、各換熱設(shè)備清洗水及管道結(jié)疤堵塞零星清洗水,冷(鹽)析結(jié)晶器6～12個月沖洗1次,合計產(chǎn)生的廢水量約為0.036 m3/t堿。

6)分析化驗用水

聯(lián)堿生產(chǎn)分析化驗數(shù)據(jù)較多,經(jīng)測算廢水產(chǎn)生量為0.0066 m3/t堿。

綜合以上各項,聯(lián)堿生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水量為0.89 m3/t堿(見表 1)。

表1 云維聯(lián)堿生產(chǎn)廢水來源表 (m3/t堿)

2.2 進入生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量

1)原鹽帶入系統(tǒng)的水量

我廠采用精鹽制堿,原鹽中NaCl含量一般為98%,水分一般為2%,則原鹽帶入系統(tǒng)的水量為0.024 m3/t堿。

2)液氨帶入系統(tǒng)的水量

我廠的原料液氨:國家標準:GB536-88液氨;分子式:NH3;分子量:17.03(質(zhì)量標準)。

表2 GB536-88液氨

液氨帶入系統(tǒng)的水量為0.001 t/t堿。

3)CO2帶入系統(tǒng)的水量

我廠的原料CO2氣為合成氨系統(tǒng)的脫碳氣,濃度為≥98%,溫度35～45℃,則原料CO2氣帶入系統(tǒng)的水量為0.0089 t/t堿。

4)濾堿機濾餅洗滌帶入系統(tǒng)的水量

根據(jù)歷年生產(chǎn)統(tǒng)計及工藝查定數(shù)據(jù),濾堿機濾餅洗滌帶入系統(tǒng)的水量在0.68～0.95 t/t堿之間。

2.3 出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量

1)重堿帶出的水量

重堿帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量為兩部分,一部分為重堿含水量(即游離水),我廠重堿含水量在18%之間,則水量為0.36 t/t堿;另一部分為重堿結(jié)合水(NaHCO3、NH4HCO3帶出的水量),根據(jù):

2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2↑

NH4HCO3(加熱)=NH3↑+H2O+CO2↑

這部分水量為0.330 t/t堿。重堿帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量為0.69 t/t堿。

2)濕氯化銨帶出的水量

我廠濕氯化銨含水量是6%,則濕氯化銨帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量為0.06 t/t堿。

3)制堿塔尾氣帶出的水量

制堿塔尾氣溫度為35℃,由于我廠采用濃氣(CO2含量≥98%)制堿,根據(jù)工藝查定,制堿塔尾氣帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量約為0.0036 t/t堿。

4)濾堿機排氣帶出的水量

根據(jù)工藝核算,濾堿機排氣帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量是0.0115 t/t堿。

5)AⅡ泥帶出的水量

根據(jù)工藝查定,我廠AⅡ泥帶出生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)的水量約0.008 t/t堿。表3為母液循環(huán)系統(tǒng)進、出水平衡表。

表3 云維聯(lián)堿生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)進、出水量平衡表

分析表3,結(jié)合我廠聯(lián)堿濃氣制堿工藝:①帶入母液系統(tǒng)的水量中,原鹽、液氨、脫碳氣帶入的水量波動不大,且所占比例小;離心機沖洗水變化亦不大;濾堿機濾餅洗滌水(通稱洗水當量)決定了帶入母液系統(tǒng)水量的多少。②帶出母液系統(tǒng)的水量中,濕銨、制堿塔尾氣、濾堿機排氣、AII泥帶出的水量比例小,波動變化不大;重堿帶出的水量中,結(jié)合水基本不變,游離水在±0.020之間波動,所占比例很小;就是說,帶出母液系統(tǒng)的總水量基本不變。故云維聯(lián)堿生產(chǎn)母液循環(huán)系統(tǒng)進、出水量平衡的關(guān)鍵就在于控制洗水當量,若洗水當量＜0.812則系統(tǒng)母液收縮;若洗水當量＞0.812則系統(tǒng)母液膨脹。

3 聯(lián)堿生產(chǎn)中的廢水零排放

從上面的論述中我們知道,云維聯(lián)堿系統(tǒng)母液平衡點的洗水當量是0.812,只要洗水當量＜0.812我公司聯(lián)堿裝置的系統(tǒng)母液就會收縮,為維持系統(tǒng)正常生產(chǎn),就要向母液系統(tǒng)補加軟水,聯(lián)堿生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水對系統(tǒng)母液來講,本質(zhì)上屬清潔廢水,經(jīng)過澄清處理后可直接加入母液系統(tǒng);而生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水量為0.89 m3/t堿,其中爐氣冷凝液和爐氣洗滌液可回收作濾堿機洗水,其兩項合計量為0.78 m3/t堿,這樣云維聯(lián)堿生產(chǎn)廢水零排放時的洗水當量平衡點就為(0.812—0.11)=0.702。

云維聯(lián)堿裝置地處珠江源頭,各級環(huán)保部門對聯(lián)堿的廢水排放管控極為嚴格,為確保聯(lián)堿裝置的生產(chǎn)發(fā)展,公司早在1995年就提出聯(lián)堿生產(chǎn)廢水零排放的目標,為實現(xiàn)這一目標,采取以下措施:

3.1 從原料入手

原料鹽從原來部分使用湖鹽改為全部使用精鹽,減少進入系統(tǒng)的水量及AⅡ泥量,從而可減少AⅡ泥增加產(chǎn)生的廢水量。

在壓縮貯氣罐出口至制堿塔入口增加CO2分離器,減少原料CO2帶入系統(tǒng)的水量。

3.2 使用新技術(shù),進行工藝技術(shù)改造,降低濾堿機洗水當量

眾所周知,聯(lián)堿裝置母液平衡的關(guān)鍵在于控制好濾堿機洗水當量,但降低洗水當量一直是行業(yè)多年來的一個難點。為降低洗水當量,我廠從多方面著手:

把原6.5 m2濾堿機更新為20 m2新型不銹鋼濾堿機,在增加生產(chǎn)能力的同時,延長濾堿機作業(yè)周期;濾堿機真空閥由蝶閥更新為氣動閘閥,以提高濾堿機倒換洗車效率;濾堿機濾餅洗滌方式由平流布水槽洗滌改為噴頭噴淋洗滌(圖1～圖3);對現(xiàn)有濾堿機錯氣頭進行技術(shù)改造,略微增大吸堿區(qū),取消濾堿機的溢流口,正常液面控制略低于溢流口,實現(xiàn)堿車慢轉(zhuǎn),重堿濾餅洗滌置換時間延長,對降低洗水當量起到促進作用;使用洗水添加劑,可進一步降低洗水當量;對洗水當量、碳化出堿液結(jié)晶質(zhì)量、碳化出堿液固液比堅持進行單項考核控制。洗水當量由投產(chǎn)初期的0.85～0.95降低到1996年后的0.75～0.85,1998年后洗水當量降低到了0.66～0.80。

碳化外冷器逐步更新為鈦列管換熱器,爐氣管箱式冷凝塔改為波紋管冷凝塔,母液系統(tǒng)部分換熱器更換為波紋管換熱器,把部分母液管由原鑄鐵管更新為增強MC尼龍管,減少管道結(jié)疤堵塞,增加管道耐腐蝕性;這些改造均是為了減少設(shè)備、管道堵塞,增加系統(tǒng)作業(yè)周期,從而減少因設(shè)備、管道堵塞清洗而增加的廢水量。

圖3 噴嘴改造后重堿過濾洗滌工藝流程圖

3.3 實施精細化管理,提升生產(chǎn)綜合管理水平

聯(lián)堿裝置工藝流程長,生產(chǎn)控制崗位分散,自動化程度不高,對生產(chǎn)操作控制管理水平要求較高。圍繞降低洗水當量,以增加制堿塔作業(yè)周期、延長冷(鹽)析結(jié)晶器作業(yè)周期為QC課題,進行QC攻關(guān),完善細化操作規(guī)程。同時實施精細化管理,目標明確,責任到位,培養(yǎng)了員工精細化作業(yè)的習慣。我廠制堿塔及冷(鹽)析結(jié)晶器作業(yè)周期在1996年就達到了同行業(yè)較好水平,制堿塔作業(yè)周期,最長達50天,平均達35天;冷(鹽)析結(jié)晶器作業(yè)周期由投產(chǎn)初期的3個月延長到了1998年以后的6～12個月。1996年后實現(xiàn)了煅燒爐氣冷凝液和洗滌液完全回收為濾堿機洗水。

3.4 實施生產(chǎn)、生活廢水清污分流,技改新增生產(chǎn)廢水回收設(shè)施

從1995年開始,為實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放的目標,對聯(lián)堿生產(chǎn)裝置進行生產(chǎn)、生活廢水清污分流改造,增加了清污分流池、清污分流泵及相應(yīng)管線設(shè)施,增加了廢水回收貯桶、廢水回收泵及相應(yīng)管線設(shè)施;生產(chǎn)廢水→進入清污分流池澄清過濾處理→送入制堿塔煮塔→排入廢水回收桶→廢水回收桶泵→送入母液I桶,完成廢水回收,生活廢水及循環(huán)水反洗水→進入公司污水處理廠→中水回用。到2000年聯(lián)堿裝置基本實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。

4 結(jié) 語

在純堿生產(chǎn)工藝中,清潔生產(chǎn)工藝是聯(lián)合制堿工藝獨有的優(yōu)點,裝置生產(chǎn)規(guī)模小及工藝生產(chǎn)的易波動性而造成生產(chǎn)系統(tǒng)母液膨脹,又是聯(lián)合制堿工藝的缺點。聯(lián)堿裝置實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放的關(guān)鍵是控制洗水當量,同時要減少廢水來源。如上所述,云維聯(lián)堿系統(tǒng)母液平衡點的洗水當量是0.812,洗水當量＜0.812系統(tǒng)母液收縮,洗水當量＞0.812系統(tǒng)母液膨脹;而生產(chǎn)廢水零排放時的洗水當量平衡點為0.702。但洗水當量因生產(chǎn)狀況變化而時高時低,低可到0.66,高時達0.83,這時廢水貯桶(廢水貯桶貯量為600 m3)就起到了平衡的作用,可保證生產(chǎn)波動洗水當量高時,生產(chǎn)廢水仍能保證零排放。

TQ 114.162

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

2010-05-18

徐永維(1968—),化工工藝工程師。云維股份聯(lián)堿分廠工藝員。