氯堿行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式在綠色發(fā)展中的應(yīng)用案例

池建忠，李 進(jìn)，熊新陽(yáng)

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子83200）

PVC 是氯堿行業(yè)的主要下游產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)80%以上PVC 通過(guò)電石法工藝生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)電石生產(chǎn)量約2 600 萬(wàn)t/a，其中81%用于PVC 生產(chǎn)，每年會(huì)產(chǎn)生鈣基廢渣2 527 萬(wàn)t，若得不到妥善利用，長(zhǎng)期堆放， 不僅占用了寶貴的土地資源， 而且對(duì)土地、空氣、水源造成很大污染，不利于環(huán)境友好。 目前，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)用鈣基廢渣生產(chǎn)水泥，但是投資和操作強(qiáng)度大，產(chǎn)品市場(chǎng)十分飽和，附加值低，經(jīng)濟(jì)效益并不樂(lè)觀[1]。 另外，在用電石生產(chǎn)及后續(xù)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的含碳爐氣，帶來(lái)較大的環(huán)境負(fù)荷[2]。

從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度考慮，鈣基廢渣和含碳爐氣都是非常有價(jià)值的二次能源[3]，兼之具有成本低、來(lái)源廣等特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)廢料的資源化、保護(hù)環(huán)境。鈣基廢渣、含碳爐氣的高附加值研究不僅可以解決兩者的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)還能帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 鈣基廢渣生產(chǎn)碳酸鈣項(xiàng)目介紹

1.1 碳酸鈣的生產(chǎn)工藝流程

新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“天業(yè)集團(tuán)”）鈣基廢渣生產(chǎn)碳酸鈣裝置以天業(yè)集團(tuán)氯堿化工及其配套產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的鈣基廢渣和排放的二氧化碳工業(yè)尾氣為生產(chǎn)原料， 經(jīng)石灰消化、熟石灰乳液除雜、碳化、壓濾、干燥、破碎分級(jí)、包裝等，得到最終滿足客戶需要的各類(lèi)產(chǎn)品。 其工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

首先對(duì)含氧化鈣的鈣基廢渣進(jìn)行消化，并將得到的懸乳狀氫氧化鈣（粗石灰乳）在高剪力作用下粉碎，經(jīng)多級(jí)懸液分離除去顆粒及雜質(zhì)，得到一定濃度的氫氧化鈣懸乳液（精石灰乳）。 將該氫氧化鈣乳液打入碳化塔中， 通入二氧化碳進(jìn)行碳化反應(yīng)，碳化至終點(diǎn)，得到目標(biāo)晶型的碳酸鈣乳液，對(duì)該碳酸鈣乳液進(jìn)行脫水、干燥、破碎選粉，最終得到符合客戶要求的碳酸鈣產(chǎn)品。

1.2 碳酸鈣的合成反應(yīng)機(jī)理

1.2.1 消化反應(yīng)

消化是將鈣基廢渣與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到氫氧化鈣，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

儲(chǔ)存在倉(cāng)中的鈣基廢渣經(jīng)皮帶秤按一定的質(zhì)量加入消化反應(yīng)器中， 在消化器中與按一定灰水比加入一定溫度的熱水進(jìn)行消化反應(yīng)， 得到粗的Ca（OH）2乳液，經(jīng)振動(dòng)篩和懸液除渣器過(guò)濾等處理后得到精制合格的Ca（OH）2乳液，經(jīng)陳化后由泵送至下一工序碳化工段進(jìn)行碳化反應(yīng)。

1.2.2 碳化反應(yīng)

碳化的目的是將精制合格的Ca（OH）2溶液與二氧化碳?xì)怏w發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到所需要的碳酸鈣乳液。 其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

碳化反應(yīng)是碳酸鈣生產(chǎn)的核心反應(yīng)，通過(guò)控制該方程式中各反應(yīng)物的溫度、濃度、流量、壓力等因素，得到不同晶型、不同粒徑的碳酸鈣乳液。

1.2.3 脫水、干燥、選粉、包裝

碳化反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)品基本指標(biāo)已經(jīng)確定，將碳酸鈣乳液通過(guò)泵打入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水得到碳酸鈣濾餅，將濾餅破碎后通過(guò)皮帶機(jī)依次輸進(jìn)入槳葉干燥機(jī)、滾筒干燥機(jī)進(jìn)行兩級(jí)干燥，得到水分合格的碳酸鈣，此時(shí)的碳酸鈣有球狀顆粒，也有粉末，為確保粒徑統(tǒng)一均勻， 保證下游客戶生產(chǎn)平穩(wěn)，還需對(duì)干燥后的碳酸鈣進(jìn)行破碎、分級(jí)篩選，符合粒徑要求的碳酸鈣將會(huì)進(jìn)入包裝系統(tǒng)，進(jìn)行包裝碼托盤(pán)入庫(kù)待售。

1.3 優(yōu)勢(shì)分析

天業(yè)集團(tuán)鈣基廢渣生產(chǎn)碳酸鈣裝置利用工業(yè)產(chǎn)生的鈣基廢渣和二氧化碳工業(yè)尾氣為原料進(jìn)行碳酸鈣的制備具有多方面的優(yōu)越性。

工藝方面：同傳統(tǒng)碳酸鈣生產(chǎn)工藝相比，直接使用氧化鈣廢渣為原料，而不是石灰石為原料，減少了石灰石煅燒工段和窯氣的凈化工段，降低了投資和勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化了工藝。

成本方面：以工業(yè)產(chǎn)生的氧化鈣廢渣和高純二氧化碳工業(yè)尾氣為原料， 減少了石灰石的開(kāi)采、運(yùn)輸、煅燒，降低了生產(chǎn)成本，且優(yōu)勢(shì)十分明顯。

節(jié)能減耗方面：減少了石灰窯等大型耗能設(shè)備，以廢渣廢氣為原料，減少了能源消耗和節(jié)約了寶貴的資源。

環(huán)保方面：該項(xiàng)目為廢棄物綜合利用項(xiàng)目，以工業(yè)產(chǎn)生的廢渣和廢氣為原料，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際就是變廢為寶的過(guò)程，減少了廢渣和廢氣的排放，解決了環(huán)境污染問(wèn)題， 對(duì)環(huán)境保護(hù)有著積極的推進(jìn)作用。達(dá)到以廢治廢的目的，每年可減排大量二氧化碳?xì)怏w和固體廢棄物。

2 存在問(wèn)題分析

2.1 消化除渣除雜難問(wèn)題

因鈣基廢渣中的成分復(fù)雜，含有炭、硅酸鹽、砂石礫、鐵、鎂等多種雜質(zhì)、雜質(zhì)粒徑分布廣，很難一次性去除，對(duì)產(chǎn)品的白度、pH 值、主含量、篩余物等指標(biāo)影響很大，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。 因此在石灰末消化前后的除雜是決定產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。

2.2 碳化反應(yīng)過(guò)程中晶型控制難問(wèn)題

傳統(tǒng)碳酸鈣行業(yè)的二氧化碳主要來(lái)源于石灰窯煅燒的窯尾氣，需凈化處理，得到的二氧化碳濃度在30%左右；而天業(yè)集團(tuán)碳酸鈣項(xiàng)目的二氧化碳為高純二氧化碳，濃度可以達(dá)到99%，過(guò)高的濃度造成碳化反應(yīng)過(guò)于劇烈，難以控制，不利于碳酸鈣晶核的成型和晶型的控制，因此碳化過(guò)程要控制碳化反應(yīng)的二氧化碳濃度。

3 工藝優(yōu)化及實(shí)施效果

3.1 消化除渣除雜的優(yōu)化

天業(yè)集團(tuán)碳酸鈣項(xiàng)目采用振動(dòng)篩加懸液除渣器的組合方式進(jìn)行除雜，共設(shè)置5 組串聯(lián)，分別設(shè)置在消化機(jī)、粗漿池、精漿池、一級(jí)陳化池及二級(jí)陳化池、三級(jí)陳化池中間。 每組設(shè)備由1 臺(tái)懸液除渣器和1 臺(tái)振動(dòng)篩組成，氫氧化鈣乳液先經(jīng)過(guò)懸液除渣器， 利用固體和液體離心力不同進(jìn)行固液分離，然后通過(guò)振動(dòng)篩的篩網(wǎng)，將乳液中的細(xì)微雜質(zhì)進(jìn)行逐步篩除；懸液除渣器出口尺寸和振動(dòng)篩篩網(wǎng)孔徑逐漸變小，將不同粒徑的雜質(zhì)由粗到細(xì)進(jìn)行分級(jí)篩除，通過(guò)這5 道除雜系統(tǒng)，將渣子和雜質(zhì)按照由大到小的順序，徹底排出生產(chǎn)系統(tǒng)。 排出的廢渣和雜質(zhì)， 統(tǒng)一收集后送至水泥產(chǎn)業(yè)繼續(xù)用于水泥生產(chǎn)，沒(méi)有新的固廢產(chǎn)生。 消化除渣除雜后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比值見(jiàn)表1。

表1 消化除渣除雜后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比值

由表1 得知，通過(guò)對(duì)工藝及設(shè)備的優(yōu)化，在增加了大量除渣除雜設(shè)備進(jìn)行工藝改造后，通過(guò)各檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比可以看出，影響產(chǎn)品pH 值、白度、有效成分主含量、篩余物的雜質(zhì)被有效去除，優(yōu)化效果明顯。

3.2 碳化反應(yīng)過(guò)程中晶型控制的優(yōu)化

碳化反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系，反應(yīng)過(guò)程中的任何一個(gè)因素都有可能會(huì)對(duì)碳化反應(yīng)造成巨大影響，如二氧化碳?xì)怏w的流量、濃度、溫度、壓力及氫氧化鈣漿液濃度、初始溫度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等等，只有做到對(duì)以上各因素的嚴(yán)格控制，方可對(duì)碳酸鈣的粒徑和晶型有效控制，這是影響碳酸鈣產(chǎn)品在下游應(yīng)用企業(yè)后加工應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)良的關(guān)鍵所在。 首先通過(guò)在線式氣體流量計(jì)控制二氧化碳的流量，通過(guò)控制空氣和二氧化碳的配比來(lái)調(diào)整碳化塔入塔氣體的濃度；其次對(duì)二氧化碳在碳化塔塔底的進(jìn)氣口進(jìn)行改造，在原有氣體分布管的基礎(chǔ)上增加氣體分布傘帽，將氣體進(jìn)行多次切割分散，使碳化反應(yīng)更加均勻、溫和、可控；最后在碳化反應(yīng)中段增加特殊的晶型控制劑， 來(lái)引導(dǎo)碳酸鈣晶核的成型。 晶型控制優(yōu)化前后對(duì)比圖見(jiàn)圖2。

圖2 晶型控制優(yōu)化前后對(duì)比圖

由圖2 得知，優(yōu)化前碳酸鈣顆粒有球狀、立方體和紡錘體等多種顆粒形態(tài)， 雜亂且粒徑不均勻，嚴(yán)重影響產(chǎn)品流動(dòng)性能；通過(guò)工藝調(diào)整優(yōu)化，得到顆粒形態(tài)統(tǒng)一的紡錘體，且粒徑均勻，經(jīng)下游應(yīng)用客戶反饋流動(dòng)性極好，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)綠色發(fā)展的關(guān)鍵，技術(shù)創(chuàng)新是循環(huán)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心。 天業(yè)集團(tuán)在循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的指導(dǎo)下， 通過(guò)自主研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了石灰石原礦替代、溫室氣體減排、廢渣和二氧化碳循環(huán)利用，開(kāi)發(fā)出的關(guān)鍵技術(shù)資源循環(huán)利用環(huán)境效益突出。 項(xiàng)目技術(shù)的成功應(yīng)用將有力地促進(jìn)中國(guó)氯堿行業(yè)產(chǎn)品升級(jí)，有效延伸氯堿行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈；對(duì)石河子市及周邊地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量有著積極的改善作用，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的推動(dòng)作用，為中國(guó)氯堿行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展提供了良好的示范。