化工节能减排手册

1《贵州省中小企业节能减排知识手册》贵州省科技厅贵州大学二○○八年五月2第十章化学工业的节能减排1.化工行业现状简介1.1化工行业现状化学工业是我国重要的基础原料产业，是国民经济的重要支柱产业，化学工业在国民经济各部门配套服务、支援农业和国防建设等方面发挥着越来越重要的作用。改革开放20多年来，我国化学工业已形成盐化工、煤化工、石油化工、酸碱、林产化工等20多个行业的完整的工业体系，化工产品的品种和规格达4万多个，电石、燃料、合成氨、化肥、纯碱跃居世界第一；农药居世界第二；乙烯、轮胎、涂料、合成材料等也名列前茅。总之，我国现已进入世界石油和化工生产、消费大国行列。但由于工艺技术及装备与国际水平相比相对落后，化工行业不仅是我国耗能大户，也是环境污染大户。我国化学工业每年消耗的煤炭1亿多吨，天然气100多亿立方米，原盐3800多万吨，化学矿近6000万吨，天然橡胶近170万吨。但化石资源人均占有量很低，人均石油储量只有世界平均水平的1/8，天然气仅为1/25，只有煤的人均储量与世界水准接近。石油、天然气供求矛盾突出已成为制约我国化学工业发展的“瓶颈”因素之一。据最新的全国矿产资源储量套改统计结果，磷矿等8种主要化工矿产资源可利用的基础储量不足该类矿产总量的1/3，低于全国各种矿产资源的平均水平。资源状况不容乐观已经成为影响我国化学工业未来发展的重要因素。然而，资源的消耗却是巨大的。化工行业年排放工业废水30亿吨,工业废气14亿m3，产生的固体废弃物8400万吨,分别占全国工业“三废”总排放量的16%、7%和5%，位居第一、第四和第五位。1.2贵州省化工行业现状贵州省是西南地区的资源大省，依托其丰富的磷、煤、铝、钡等矿产资源形成了以磷复肥、黄磷、钡盐为主导产品的化学工业模式。3贵州高浓度磷复肥、黄磷、钡盐工业在生产技术和装置水平、生产能力等方面在国内已经占有不可替代的重要地位，在国际同行中也享有较高的知名度。贵州现已建成全国最大的磷化工基地和钡盐生产基地；磷酸二铵产量居全国第一，目前占全国总产量的２５％以上；黄磷产量居全国第二，约占全国产量的２５％；碳酸钡产量约占全世界消费量的５０％，是世界上最大的生产和出口基地，２００４年出口量超过２５万吨。贵州高浓度化肥的生产技术已达到国际先进水平，对全国高浓度磷复肥的发展起到了很大的促进作用。据不完全统计，贵州化学工业2004年全行业销售收入约为174亿元，较“九五”末2000年全行业销售收入60亿元，净增１１４亿元，约占2004年全省GDP的10％，约占全省工业销售收入的１６％。2004年贵州省化工行业出口创汇达2.5亿美元。2004年贵州省磷化工，包括磷复肥、黄磷、磷酸盐和磷矿石的销售总收入约80亿元，占全省化工行业销售收入近一半，已经成为贵州省支柱产业之一。其次是橡胶制品销售收入近30亿元，也占有较大比重。近十年贵州省化工行业高速发展，培育了一批大型骨干企业，初步形成了“开阳－息烽－修文－贵阳”和“龙里－贵定－福泉－瓮安－都匀”两条磷化工产业带及清镇、六盘水为中心的煤化工区，确立了贵州磷化工在国内的优势地位。到2004年，贵州省销售收入或产值达到、超过30亿元的企业已有贵州宏福实业开发总公司和贵州轮胎股份有限公司等两户企业；销售收入或产值超过10亿元的企业有贵州赤天化(集团)有限公司、贵州开磷(集团)有限公司、贵州西洋肥业、贵州遵义碱厂、贵州华能焦化制气有限公司、贵州红星等七家。贵州省化工主要以重化工为主，“三废”排放多，环保压力大，远未达到循环经济模式的要求。以磷化工为例，预计到2010年贵州高浓度磷肥生产能力将达到200万吨，达产后每年排出磷石膏将达到1200万吨；黄磷生产能力将达到40万吨，每年排出磷渣将达350万吨，两者共计1550万吨。现在这些“工业垃圾”只少量用于生产水泥、水泥缓凝剂、磷石膏墙体材料等，其余的均置于碴场堆存，若不加大4利用力度，将对生态环境造成严重危害。2.化工行业节能技术化学工业是能源消耗和三废排放的重点产业，也是发展循环经济、节能减排潜力很大的行业。化学工业的主要高耗能产业是化肥、黄磷、电石、烧碱等。2.1电石工业2007年修订的电石行业准入条件规定，新建电石企业电石炉初始总容量必须达到10万千伏安及以上，其单台电石炉容量≥2.5万千伏安。新建电石生产装置必须采用密闭式电石炉，电石炉气必须综合利用。鼓励新建电石生产装置与大型乙炔深加工企业配套建设。现有生产能力1万吨（单台炉容量5000千伏安）以下电石炉和敞开式电石炉必须依法淘汰。2010年底以前，依法淘汰现有单台炉容量5000千伏安以上至12500千伏安以下的内燃式电石炉。为电石行业开展清洁生产提供向导的《清洁生产标准--电石行业（HJ/T430-2008）》已发布，并将于今年8月1日起实施。该标准将清洁生产指标分为六类，即生产工艺与装备要求、资源能源利用指标、产品指标、污染物产生指标(末端处理前)、废物回收利用指标和环境管理要求。其中每一类又分成三个级别，一级代表国际清洁生产先进水平，二级代表国内清洁生产先进水平，三级代表国内清洁生产基本水平。(1)节能目标《清洁生产标准--电石行业（HJ/T430-2008）》规定，每生产1吨电石，标煤消耗至少低于1.2吨，电炉电耗至少低于3400千瓦时／吨，焦炭单耗至少低于0.63吨，石灰单耗至少低于1.05吨，水的单耗至少低于2吨；每千克电石的平均发气量至少大于280立升；而废物的利用率均要求达到100％。(2)节能技术密闭式电石炉是指CO气体必须综合利用，正常生产时不允许炉气直排或点火炬。5①新建密闭式电石炉，容量必须在1.65万kVA以上，并且配套炉气余热回收利用装置。高温炉气不允许直接排放。改扩建新增电石炉生产规模不得小于年产4.5万吨，除电力有余、外送困难地区，新建电石炉容量要尽可能在15000千伏安以上。改、扩建项目应采用节能型新工艺和高效设备。禁止再建敞开式电石炉。电石炉采用自焙煤砖做炉衬。②推广炉气干法净化，回收利用电石炉气，大中型电石炉采用配料密闭和自动上料系统，采用空心电极生产技术。③现有单台炉容量1.25千伏安及以上的内燃式电石炉，2010年底以前必须改造为合格的内燃式电石炉，鼓励改造为密闭式电石炉。改造的电石炉要求采用先进成熟技术，保证电石炉的安全、稳定和长周期运转。合格的内燃式电石炉具体要求如下：a）内燃式电石炉炉盖四周仅留有操作孔和观察孔，开孔面积占炉盖表面积的10%以下。b）采用原料破碎、筛分、烘干设备，确保原料粒度、水分达到工艺要求。c)采用自动配料、加料系统。d)电极升降、压放、把持系统必须采用先进的液压自动调节系统，使电极操作平稳，安全稳定可靠。e)采用微机等先进的控制系统。2.2烧碱及下游产业链(1)节能目标烧碱工业2010年，吨烧碱能耗(隔膜法、离子膜法加权平均)，由2000年的1435kg标准煤降为1400kg标准煤。2020年，降为1300kg标准煤。(2)节能技术①发展离子膜法生产技术：离子膜电解制碱具有节能、产品质量高、无汞和石棉污染的优点。6我国将不再建设年产1万吨以下规模的烧碱装置，新建和扩建工程应采用离子膜法工艺。2010年，由2000年的24.8%提高到49%左右，2020年，提高到75%。淘汰汞法烧碱工艺。如果我国的隔膜法制碱改造100万吨为离子交换膜法制碱，综合节能可节约标煤412万吨。②采用扩张阳极、改性隔膜技术改造的金属阳极(DSA)隔膜电解槽。这是近年来氯碱工业中电解过程改进的新技术。理论上，采用扩张阳极与改性隔膜每吨碱可节约直流电147kWh，经济效益十分可观。③采用大型可控硅整流机组；有载调压—变压—整流机组和计算机控制技术；提高盐水质量，实现长周期稳定运行；④液体烧碱蒸发技术(三效逆流改造三效顺流)。采用三效逆流比三效顺流可更充分合理地利用加热蒸汽的热量，生产每吨碱可节省蒸汽一吨。⑤高速自然强制循环蒸发器。采用高速自然强制循环蒸发器，可节省400万～500万吨蒸汽，全国按节省强制循环泵每吨碱节电30kWh，全行业年节电1.5亿kwh。⑥滑片式高压氯气压缩机。采用滑式高压氯气压缩机耗电85kWh，与传统的液化工艺相比，全行业年可节电23750万kwh，同时还可减少大量的“三废”排放。碱厂现有纳氏泵应逐步更新为压缩机。(3)下游产业链节能技术(附加PVC生产的节能技术)聚氯乙烯行业节能减排的主要课题应围绕降低电石消耗开展。在聚氯乙烯生产工艺中，单体精馏过程有一部分尾气直接对空排放，尾气中单体体积分数平均为15%，乙炔体积分数为2%，这部分气体的放空不仅增加了电石原料的消耗，而且又严重污染了大气。采用变压吸附装置利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分，不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加，减压下吸附量减少的特性，将被吸附气在一定压力下通过吸附剂床层，C2H3ClC2H2等沸点组分被选择性地7吸附，H2、N2等低沸点组分不易吸附而通过吸附剂床层，从而实现C2H3ClC2H2与其他分离。然后在减压下解吸C2H3ClC2H2使吸附剂再生，再进行下一个吸附周期。精馏尾气通过尾气回收装置，进行吸附解吸后，将解吸气C2H3ClC2H2送入转化器装置重新转化，达到回收目的。工艺流程图如下：被吸附气换热器PSA净化装置净化气解吸气工艺控制指标如下：被吸附气：压力0.55MPa，温度-5℃净化气：净化度ρ(C2H3Cl)≤36mg/m3;ρ(C2H2)≤120mg/m3；输出压力：0.45MPa输出温度：≤40℃解吸气：输出压力≥0.05MPa，温度≤40℃聚氯乙烯精馏尾气变压吸附装置运行后，电石消耗明显降低，净化排放达到国家标准，真正实现了降低消耗，消除污染，增加效益的目的，实现了社会效益、经济效益双赢，也为电石法聚氯乙烯生产拓展了发展之路。(4)技术发展趋势目前世界烧碱生产工艺主要有离子膜法、隔膜法及水银法,另有少量苛化法。离子膜法能耗低,产品纯度高,污染小,操作成本低,是新建烧碱装置的首选。世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化,节能降耗技术将成发展重点。新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺,该技术发展方向主要是高性能离子膜和电解槽技术的改进和应用。PVC技术发展的主要方向是探索采用价格便宜的乙烷作原料,8用直接氧氯化法生产出低成本的氯乙烯单体;改造平衡氧氯化工艺,进一步降低生产成本;进一步解决聚合体系的稳定性及防粘釜问题；改进悬浮聚氯乙烯树脂的粒径分布以及开发使用性能更好的专用树脂,如开发透明度更好的抗冲击氯化氯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚树脂,研制更易于加工的聚氯乙烯薄膜专用树脂,改进丙烯酸酯改性的聚氯乙烯型材专用树脂的生产方法等;在聚氯乙烯树脂加工应用方面,通过共聚和共混改性生产具有特殊性能和用途的聚氯乙烯产品,增加产品附加值。近年来,中国聚氯乙烯(PVC)行业产能增长迅速,在发展中电石法聚氯乙烯仍占据主要地位。由寿光新龙电化集团、北京瑞思达化工设备有限公司全国首创的干法制乙炔新技术成套工业化装置,耗水量仅是原来的1/10,因在环保和节能方面的突出优势,目前已被中国氯碱协会推荐在全国进行推广。2.3橡胶行业橡胶行业是国民经济中消耗能源较大的行业之一，一个年产100万套轮胎企业每小时消耗蒸汽约40吨，消耗电量约7000度。目前轮胎企业用机械式轮胎硫化机硫化1100R20子午胎时，根据轮胎硫化机采取节能措施情况，每硫化一条轮胎可消耗蒸汽约110-180kg。研究开发节能型橡胶加工设备及利用节能技术改造设备，提高设备使用性能，是目前降低橡胶行业能耗的主要措施之一。2.3.1节能技术(1)炼胎设备节能措施：①提高密炼机转子转速和压坨压力；②利用智能密炼机控制系统节能；③变速混炼工艺技能；④采用新型转子提高混炼效率。(2)高效节能新设备：①销钉机筒冷喂料挤出机作热炼供胎；②高效工程胎胎面挤出缠绕成型机；9③高效六角形钢丝圈挤出缠卷生产线；④子午胎高效多鼓成型机；⑤新型高效内胎接头机；⑥纸塑再生利用平板机；⑦推广吸收式热泵技术；⑧研究开发直接干燥技术；(3)轮胎硫化系统节能轮胎硫化是轮胎生产过程中消