減量化原則在稀土Y型分子篩改性過程節水減排中的應用

袁曙輝 彭軍

摘 要：文章通過分析分子篩改性過程水資源消耗情況，運用減量化技術優化生產工藝，實現源頭削減，提高資源利用效率，減少外排含氨氮污水量；改善過程品質，降低過程損失，進一步提高產品收率，實現裝置清潔化生產。

關鍵詞：分子篩改性過程；節水減排；改造；減量化

中圖分類號：TE624 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）21-0039-02

1 概 述

稀土Y型分子篩是催化裂化催化劑重要的活性組分。稀土Y型分子篩改性過程包括NaY分子篩稀土離子交換、過濾、焙燒等改性工序。稀土Y型分子篩改性生產過程中耗水量大，產生的外排污水量也大[1]。改性過程水資源消耗主要包括洗滌用水、調配用水、干粉和濾餅打漿用水及洗滌塔噴淋補充用水等，其中洗滌用水占60%以上。分子篩改性過程中外排污水在25 m3/t左右，外排污水中氨氮平均含量在5 000 ppm左右，處理成本高；此外，外排污水仍帶有一定量的有效組分沒有回收利用，影響產品收率，因此對于稀土Y型分子篩改性生產來說，迫切需要提高水資源的綜合利用率，以減少外排污水量，減輕后續環保壓力。

減量化是指通過適當的方法和手段盡可能減少廢棄物的產生和污染排放的過程，要求用較少的原料和能源投入來達到既定的生產目的或消費目的，從源頭上節約資源和減少污染，是防止和減少污染最重要的途徑[2]。運用減量化原則，技術上通過全面分析分子篩改性過程水資源消耗情況，進而優化生產工藝，不斷提高資源利用效率，減少外排含氨氮污水量；管理上，車間通過優化崗位操作，提高過程效率，有效降低過程損失，進一步提高產品收率，從而實現節水減排。

2 應用方法

2.1 注重源頭削減，減少新鮮水的消耗量

2.1.1 提高濾液綜合利用率、減少過濾洗滌用水、提高產品 收率

①減少洗滌水用量。

稀土Y型分子篩改性生產中的過濾工序一般采用帶式過濾機進行過濾洗滌，過濾洗滌用水主要用于去除交換過程交換下來的、夾帶于分子篩微粒之間的鈉等雜質離子。在逆流洗滌的條件下，過濾過程中的水篩比（洗滌水量/分子篩量）控制在3～5即可以取得良好的洗滌效果。

在采用帶式過濾機進行過濾洗滌時，除需要用水洗滌濾餅外，為了保證濾布過濾效果，還需用水清洗濾布。過濾工序原有的節水措施為用新鮮水洗布，再將洗布水回用到過濾機用作濾餅洗滌水，再通過三級逆流洗滌，從而實現水的多次回用，達到節水的目的。但由于分子篩對濾布的附著力強，為了保證洗布效果，消耗的洗布水量較大，洗布水有時不能完全回用，部分進了濾液沉降系統，利用效率降低。

為了進一步提高水資源利用效率，通過對稀土Y型分子篩改性過程用水水質要求進行分析，發現過濾機濾液澄清液完全符合洗布要求，且濾液澄清液可循環使用，沒有水量供應不足方面的問題。據此對過濾工藝流程進行了改造，如圖1所示，采用濾液澄清液代替新鮮水洗布，用新鮮水直接洗餅，改造后單臺過濾機洗滌水用量從3.5 m3/h下降到2.5 m3/h。

②提高產品收率。

濾液經沉降后濃相濃度約為8～15 g/l，回用到交換過程中流量一般在2.0～3.0 m3/h之間，約可回用物料16～45 kg/h，但是，由于濃相物料主要由過濾過程穿濾的微粒組成，回用到交換過程以后再次過濾時這部份回收物料仍會穿濾，實際回用量有限；

此外，回收的物料再次經過交換過程中由于酸性條件的破壞，實際有效組分也會下降。將部分回收物料直接引入到過濾機的第2級，利用濾餅和濾布的雙重截留作用，回收率將會明顯上升，并且可以避免交換條件中的酸對回收物料的破壞作用。將回收引入到過濾機第2級以后，回收物料總流量可達到3.5～5 m3/h，以濾餅和濾布對回收的截留率為60%計算，每小時可多回收物料約45～75 kg/h，收率可提高1～3個百分點。

濾液經沉降后清液用于過濾機洗布后，由于循環使用量加大，濾液實際沉降時間減少，沉降效果有所變差。經采樣分析發現，洗布水帶入沉降罐的物料濃度遠大于過濾機產生的濾液中的穿濾物料濃度。

為了改善沉降效果，將洗布水經洗布水池初步沉降后的濃相連續回用過過濾機的進料端，從而減少直接進入濾液沉降罐的洗布水量，降低沉降罐的沉降負荷。

2.1.2 減少調配和打漿用水

調配與打漿用水主要是便于分子篩物料的輸送，在分子篩改性過程中，調配和打漿用水在下一道工序中一般以工序廢水的形式排放，提高物料輸送濃度，可以節約用水，并減少外排污水量。通過反復摸索和調整，分子篩車間內部分子篩漿液輸送和使用濃度由原來的350～400 g/l提高到400～450 g/l。

2.1.3 實現轉產過程中的類似濾液代用

分子篩改性裝置每年生產4～6種不同品種的含稀土Y型分子篩，每年轉產約50次。由于生產線限制，有時同一條生產線需交替生產不同產品。為了保證產品質量，在轉產時需將濾液沉降罐內的原有濾液進行排空，同時補充新鮮化學水作為交換調配濃度用水、過濾機洗布水及尾氣洗滌塔噴淋補充用水，實際操作過程中，每次這種轉產多消耗化學水約50 m3，增加了化學水用量及排污量。

通過對不同產品濾液組成進行分析，將同種類型的濾液在轉產時互相替代。在轉產過程中用相類似的濾液補充到已排空的濾液沉降罐中，不再需要補充新鮮化學水，年可節約2 500 m3新鮮化學水，同時減少了相當數量的含氨氮污水量，對提高產品收率也產生了有利影響。

2.2 提高過程品質，不把不良品交給后工序

分子篩改性過程用水主要用于洗鈉，而洗滌效果的好壞與交換效果、焙燒效果密切相關，優化交換、焙燒條件，改善交換、焙燒效果，可以減輕洗滌的壓力，從而為減少新鮮水消耗創造良好的條件。

2.2.1 交換效果的改善

交換效果的好壞與交換劑投料比、交換PH值、交換溫度、交換時間、交換濃度等因素相關[3]。在交換過程中必須控制一個合適的交換劑投料比，在減少交換劑消耗的前提下保證充分交換。降低交換PH值有利于改善Y型分子篩離子交換的效果，但隨著PH值降低，分子篩結構破壞加速，過濾效果變差。

提高交換溫度有利于加速交換速度，改善過濾效果，但在采用蒸汽直接加熱的條件下提高交換溫度，除增加能耗外，蒸汽轉化水量增加，外排濾液量增加。理想的交換條件為適中的交換劑投料比，交換PH值控制在3.6～3.9之間，交換溫度控制在60～75 ℃，交換時間≥45 min，交換濃度≤150 g/l。

2.2.2 焙燒效果的改善

Y型分子篩改性焙燒過程中發生離子遷移、脫鋁、硅轉移等一系列物理化學反應，其中離子遷移程度決定的后續交換、過濾洗滌的難易程度。改善焙燒效果，最重要的是根據不同反應發生條件來合理控制焙燒溫度梯度分布。

對于對晶胞收縮要求不高的產品來說，焙燒前期（轉爐進料端）控制溫度適當降低有利于在脫鋁反應發生前充分完成離子遷移與交換，再以較緩和的方式提高溫度，實現分子篩結構重組與穩定化，從而保證產品結晶度。對于晶胞收縮有要求的產品，需要加大預焙燒溫度梯度的管理，以便稀土離子遷移、脫鋁和硅轉移反應速度相匹配，在晶胞收縮的同時促進離子遷移，并保證產品結晶度。

改善焙燒效果，還應注意焙燒爐結垢對實際焙燒效果的影響。Y型分子篩稀土改性焙燒過程中存在結垢現象，需要不定期進行降溫除垢。優化焙燒爐降溫除垢程序，可以大幅減少垢渣進入下一工序，物料跑損量明顯下降，對平穩操作和提高產品收率產生了積極影響。

2.3 減少含氨氮污水量

稀土Y型分子篩改性過程產生低氨氮污水和高氨氮污水。低氨氮污水主要來源于稀土離子交換與過濾過程，高氨氮污水主要來源于銨鹽交換與過濾過程。

低氨氮污水的氨氮來源于稀土原料溶液，通過調整原料質量指標，嚴格控制稀土原料溶液中的氨氮含量，可以將稀土離子交換與過濾過程產生低氨氮污水轉變為微氨氮污水，再通過嚴格進行高、微氨氮濾液的分流，減少外排含氨氮污水量。

3 實施效果

通過流程改造實現濾液分質多股回用，從而減少過濾洗滌用水，提高產品收率；通過優化離子交換與焙燒條件，不斷改善過程品質，從而降低后續工序的生產負荷，減少后續工序的能耗、物耗；通過修改原材料質量指標，從而減少含氨氮污水量。采取上述措施后，稀土Y型分子篩改性過程的化學水單耗、外排污水量明顯下降，產品不斷收率提高，見表1。

4 結 語

運用減量化原則，通過優化工藝流程和嚴格工藝過程管理，實現源頭削減，提升過程品質，可以有效地提高水資源利用效率，節約用水，減少過程損失和外排污水量，從而降低生產成本，促進清潔生產，產生良好的經濟效益。

參考文獻：

[1] 潘興紅，袁曙輝.催化裂化催化劑制備過程水資源的綜合利用[J].廣州 化工，2015，43（9）：190～191.

[2] 張忠.淺議循環經濟中的“減量化”原則[J].能源與環境，2007，3：23～24.

[3] 曾曉放等.CeY分子篩的制備及其吸附脫硫性能研[J].稀土，2009，30 （4）：49～52.