精細(xì)化工廢水源頭減排經(jīng)驗(yàn)談

文/劉江寧

精細(xì)化工廢水源頭減排經(jīng)驗(yàn)談

文/劉江寧

精細(xì)化工產(chǎn)品工藝廢水的源頭減排與減量化——彩客化學(xué)是全球知名的染料和顏料中間體生產(chǎn)和銷售商，近年來在染料、顏料、農(nóng)藥中間體領(lǐng)域的清潔生產(chǎn)技術(shù)探索中取得了不錯(cuò)的成果。近期，《流程工業(yè)》記者特采訪了劉江寧博士，分享精細(xì)化工生產(chǎn)工藝廢水的源頭減排與減量化方面的經(jīng)驗(yàn)。

劉江寧博士與本刊記者在彩客化學(xué)集團(tuán)總部合影

精細(xì)化工產(chǎn)品種類繁多，一般都具有產(chǎn)量低、生產(chǎn)工序繁復(fù)、間歇操作的特點(diǎn)，其生產(chǎn)過程往往伴隨大量廢水的產(chǎn)生。這類廢水多具有高COD、高鹽以及高色度的共性，對(duì)于這類廢水的處理，技術(shù)難度很大、處理成本高。另一方面，由于精細(xì)化工產(chǎn)品產(chǎn)量低、品種繁多的特點(diǎn)，相對(duì)大宗化工品而言，其生產(chǎn)工藝、裝備沒有得到充分的研究，技術(shù)水平相對(duì)落后。

在國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)的大的時(shí)代背景下，以及我國化工行業(yè)、化工裝備制造業(yè)水平的整體進(jìn)步，尤其近些年來新材料、新技術(shù)的飛速進(jìn)步，推動(dòng)精細(xì)化工產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)工藝革新、源頭減排已迫在眉睫，也有了更多可能。

實(shí)現(xiàn)工藝革新、源頭減排

就大的方面來說，有以下兩個(gè)方向：

第一， 生產(chǎn)過程連續(xù)化：由過去傳統(tǒng)的間歇操作，變?yōu)檫B續(xù)操作。如連續(xù)反應(yīng)技術(shù)、連續(xù)分離技術(shù)等等；

第二， 新技術(shù)、新材料、新裝置的采用：依托新的材料，新的裝置，將過去不能實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)過程變成現(xiàn)實(shí)，取代傳統(tǒng)的、落后的生產(chǎn)過程。

當(dāng)然，第一點(diǎn)和第二點(diǎn)有時(shí)候區(qū)分并不明顯，往往會(huì)合二為一，往往在實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程、分離過程連續(xù)化的同時(shí)，也必須依托新技術(shù)、新材料、新裝置。

通過上述兩個(gè)方面的努力，將產(chǎn)品生產(chǎn)過程的三廢，首要的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)減量化，最理想的情況下，實(shí)現(xiàn)三廢物質(zhì)的循環(huán)利用，做到資源化及近零排放。

案例解析

顏料中間體產(chǎn)品酯化反應(yīng)過程高鹽廢水的源頭消減

某顏料中間體產(chǎn)品生產(chǎn)過程，涉及到以順酐為原材料，與甲醇進(jìn)行雙酯化反應(yīng)。

傳統(tǒng)的反應(yīng)過程為：順酐和甲醇為原材料，濃硫酸為酯化反應(yīng)催化劑，進(jìn)行間歇的酯化反應(yīng)，反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)后，用堿中和物系中的硫酸，然后靜置分層，上層有機(jī)相去后續(xù)處理工序，下層為硫酸鈉鹽水，排入廢水處理工序。該股廢水的水質(zhì)、水量情況為：COD約10 000 mg/L，硫酸鈉濃度約30%（接近飽和）；廢水產(chǎn)生量為0.3 t/噸酯化產(chǎn)品。經(jīng)過精餾后的產(chǎn)品收率約95%。

對(duì)于酯化反應(yīng)來說，隨著催化材料的進(jìn)步，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)以固體酸為催化劑。因此經(jīng)過革新后的酯化反應(yīng)過程如圖1：順酐和甲醇為原材料，耐高溫的強(qiáng)酸性樹脂為酯化反應(yīng)催化劑，進(jìn)行連續(xù)的酯化反應(yīng)。由于采用了固體酸為催化劑，反應(yīng)后的物料體系不需要中和處理，直接進(jìn)入后續(xù)的精餾工序。新酯化技術(shù)的采用，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)步驟，同時(shí)從源頭上取消了含鹽廢水的產(chǎn)生。酯化反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，減少了物料高溫下的停留時(shí)間，副產(chǎn)物減少，產(chǎn)品收率提高了約兩個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)過精餾后的產(chǎn)品收率約97%。

圖1 固體酸催化連續(xù)酯化反應(yīng)器示意圖

顏料中間體產(chǎn)品氯化反應(yīng)過程多氯副產(chǎn)物的資源化

某顏料中間體產(chǎn)品生產(chǎn)過程，涉及到以對(duì)硝基甲苯、氯氣為原料的氯化反應(yīng)。

該氯化反應(yīng)完畢后，氯化產(chǎn)物轉(zhuǎn)入后續(xù)的精餾分離工序，1 t氯化產(chǎn)品產(chǎn)生約0.08 t的精餾釜?dú)埼镔|(zhì)。常規(guī)的處置方式是將釜?dú)堊鳛槲U委外處置。

而經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)，釜?dú)堉泻屑s20%的目標(biāo)產(chǎn)品殘留，另外約有70%的二氯產(chǎn)物，10%左右的其他雜質(zhì)。依據(jù)上述分析，開發(fā)出新的處置方法：產(chǎn)品精餾工序之后，再加一道精餾提取工序，將釜?dú)埼镔|(zhì)中含有的目標(biāo)產(chǎn)品殘留及二氯產(chǎn)物提取出來；提取出來彩客化學(xué)研發(fā)中心大樓一改傳統(tǒng)研發(fā)中心嚴(yán)肅、冰冷的印象，用斑斕色彩打造充滿設(shè)計(jì)感的藝術(shù)氣息的產(chǎn)物進(jìn)行加氫脫氯反應(yīng)。控制脫氯反應(yīng)深度，反應(yīng)結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品組成與氯化反應(yīng)終點(diǎn)接近，該脫氯產(chǎn)物返回到產(chǎn)品精餾工序。

過程數(shù)據(jù)顯示：再次精餾過程收率約50%，加氫脫氯過程收率約98%。

采用上述新工藝，釜?dú)埉a(chǎn)生量降低為原來的50%（由0.08 t/噸氯化產(chǎn)品，降低為0.04 t/噸氯化產(chǎn)品），這0.04 t再次精餾物質(zhì)又轉(zhuǎn)化為高附加值的原材料及產(chǎn)品（扣除運(yùn)行費(fèi)用后，直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值折合約200元/噸氯化產(chǎn)品）。

通過上述過程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了釜?dú)埼镔|(zhì)的減量化與資源化。

從生產(chǎn)源頭上實(shí)現(xiàn)污染減排

在全球染料和顏料中間體生產(chǎn)領(lǐng)域，彩客化學(xué)是首屈一指的生產(chǎn)商和銷售商，其染料中間體 DSD酸占世界市場(chǎng)份額約 57.4%，顏料中間體DMSS約27.4% ，DIPS及DMAS產(chǎn)量居全球第二。

印染原料生產(chǎn)是傳統(tǒng)的環(huán)境污染典型行業(yè)，而彩客化學(xué)在染料、顏料、農(nóng)藥中間體領(lǐng)域的清潔生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)和探索過程中成果頗豐，不僅本廠生產(chǎn)環(huán)境治理工作成為行業(yè)標(biāo)桿，還幫助眾多化工生產(chǎn)企業(yè)改善工藝流程，減少污染物的生成，最大程度地降低環(huán)境治理成本。

彩客化學(xué)研發(fā)中心工藝部總監(jiān)劉江寧博士開發(fā)了多項(xiàng)染料、顏料、農(nóng)藥中間體領(lǐng)域的清潔生產(chǎn)技術(shù)，以及相應(yīng)高COD、高色度、高鹽廢水的處理技術(shù)。劉總帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)將環(huán)境治理與生產(chǎn)工藝優(yōu)化有機(jī)結(jié)合，把三廢處理視為產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程之組成部分，盡力強(qiáng)化前端的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程，提高收率，降低污染物生成量，減少后端三廢處理的總量及處理難度，取得事半功倍的效果。（編輯/胡靜）

劉江寧，華東理工大學(xué)化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)工程專業(yè)，工學(xué)博士。曾任職于中國天辰工程公司海外項(xiàng)目部，2008年加入彩客化學(xué)集團(tuán)，現(xiàn)任集團(tuán)研發(fā)中心工藝部總監(jiān)。