做好聯堿水(母液)平衡 實現生產廢水零排放

徐永維

(云南云維股份有限公司,云南 曲靖 655338)

做好聯堿水(母液)平衡 實現生產廢水零排放

徐永維

(云南云維股份有限公司,云南 曲靖 655338)

分析了聯堿生產中的水平衡及生產廢水排放情況。介紹了云維聯堿在生產發展中,通過技術改造、強化生產管理,最終實現裝置生產廢水零排放。

聯堿;水平衡;廢水零排放

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

1 聯堿生產中的廢水排放

聯合制堿是我國自主開發的制堿工藝,它具有流程短、能耗低、原材料利用率高等特點,聯堿生產因母液系統封閉循環,其化學反應:

從理論上而言,應無廢液排放。我國現有的聯堿企業有的是由小聯堿發展而來,大部分企業沒有做到清污分流;生產規模、技術裝備水平、管理水平也參差不齊;同時因聯堿碳化塔、冷鹽析結晶器作業周期短,設備、管道腐蝕嚴重,生產工藝波動等易造成母液膨脹,致使聯堿行業早期因母液膨脹造成廢水超標排放,且各企業廢水排放量差異較大,廢水中含氨量相差懸殊。目前,聯堿生產過程實際氨損失約20～25 kg/t堿(以純堿計 ,氨耗 340～360 kg/t堿,部分企業高達360～380 kg/t堿),要高出氨堿行業4～6倍。聯堿行業氨耗高除與生產管理、廢水超標排放有關外,還與生產規模有關。中國純堿工業協會2004年對全國18個大、中聯堿企業進行了廢水排放調查統計,從調查數據看,平均廢水排放量為20～40 m3/t堿。

2 聯堿生產中的水平衡分析

云維40 kt/a聯堿裝置于1989年7月建成投產,采用濃氣制堿工藝。通過技術改造和精細化管理,于2000年基本實現了生產廢水零排放。經過多年的生產發展和技改擴建,原裝置的生產能力于2005年達到200 kt/a。

2.1 生產系統廢水產生的來源

1)重堿煅燒爐氣冷凝塔產生的廢水

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

2)重堿煅燒爐氣洗滌塔產生的廢液

重堿煅燒爐氣洗滌塔產生的廢液經工藝查定核算,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,制堿塔平均作業周期為35～40天,每月煮塔水量在850～1100 m3之間,根據歷年生產統計為0.044～0.061 m3/t堿。

4)轉鼓真空過濾機系統

主要是真空過濾機洗車產生的廢水,其量約為0.0168 m3/t堿。

5)各設備、管道清洗雜水

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

6)分析化驗用水

聯堿生產分析化驗數據較多,經測算廢水產生量為0.0066 m3/t堿。

綜合以上各項,聯堿生產系統產生的廢水量為0.89 m3/t堿(見表 1)。

表1 云維聯堿生產廢水來源表 (m3/t堿)

2.2 進入生產母液循環系統的水量

1)原鹽帶入系統的水量

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

2)液氨帶入系統的水量

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

表2 GB536-88液氨

液氨帶入系統的水量為0.001 t/t堿。

3)CO2帶入系統的水量

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

4)濾堿機濾餅洗滌帶入系統的水量

根據歷年生產統計及工藝查定數據,濾堿機濾餅洗滌帶入系統的水量在0.68～0.95 t/t堿之間。

2.3 出生產母液循環系統的水量

1)重堿帶出的水量

重堿帶出生產母液循環系統的水量為兩部分,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;另一部分為重堿結合水(NaHCO3、NH4HCO3帶出的水量),根據:

2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2↑

NH4HCO3(加熱)=NH3↑+H2O+CO2↑

這部分水量為0.330 t/t堿。重堿帶出生產母液循環系統的水量為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母液循環系統的水量為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,根據工藝查定,制堿塔尾氣帶出生產母液循環系統的水量約為0.0036 t/t堿。

4)濾堿機排氣帶出的水量

根據工藝核算,濾堿機排氣帶出生產母液循環系統的水量是0.0115 t/t堿。

5)AⅡ泥帶出的水量

根據工藝查定,我廠AⅡ泥帶出生產母液循環系統的水量約0.008 t/t堿。表3為母液循環系統進、出水平衡表。

表3 云維聯堿生產母液循環系統進、出水量平衡表

分析表3,結合我廠聯堿濃氣制堿工藝:①帶入母液系統的水量中,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水量的多少。②帶出母液系統的水量中,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,帶出母液系統的總水量基本不變。故云維聯堿生產母液循環系統進、出水量平衡的關鍵就在于控制洗水當量,若洗水當量＜0.812則系統母液收縮;若洗水當量＞0.812則系統母液膨脹。

3 聯堿生產中的廢水零排放

從上面的論述中我們知道,云維聯堿系統母液平衡點的洗水當量是0.812,只要洗水當量＜0.812我公司聯堿裝置的系統母液就會收縮,為維持系統正常生產,就要向母液系統補加軟水,聯堿生產系統產生的廢水對系統母液來講,本質上屬清潔廢水,經過澄清處理后可直接加入母液系統;而生產系統產生的廢水量為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,這樣云維聯堿生產廢水零排放時的洗水當量平衡點就為(0.812—0.11)=0.702。

云維聯堿裝置地處珠江源頭,各級環保部門對聯堿的廢水排放管控極為嚴格,為確保聯堿裝置的生產發展,公司早在1995年就提出聯堿生產廢水零排放的目標,為實現這一目標,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,減少進入系統的水量及AⅡ泥量,從而可減少AⅡ泥增加產生的廢水量。

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帶入系統的水量。

3.2 使用新技術,進行工藝技術改造,降低濾堿機洗水當量

眾所周知,聯堿裝置母液平衡的關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,在增加生產能力的同時,延長濾堿機作業周期;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);對現有濾堿機錯氣頭進行技術改造,略微增大吸堿區,取消濾堿機的溢流口,正常液面控制略低于溢流口,實現堿車慢轉,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、碳化出堿液結晶質量、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,減少管道結疤堵塞,增加管道耐腐蝕性;這些改造均是為了減少設備、管道堵塞,增加系統作業周期,從而減少因設備、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,提升生產綜合管理水平

聯堿裝置工藝流程長,生產控制崗位分散,自動化程度不高,對生產操作控制管理水平要求較高。圍繞降低洗水當量,以增加制堿塔作業周期、延長冷(鹽)析結晶器作業周期為QC課題,進行QC攻關,完善細化操作規程。同時實施精細化管理,目標明確,責任到位,培養了員工精細化作業的習慣。我廠制堿塔及冷(鹽)析結晶器作業周期在1996年就達到了同行業較好水平,制堿塔作業周期,最長達50天,平均達35天;冷(鹽)析結晶器作業周期由投產初期的3個月延長到了1998年以后的6～12個月。1996年后實現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、生活廢水清污分流,技改新增生產廢水回收設施

從1995年開始,為實現生產廢水零排放的目標,對聯堿生產裝置進行生產、生活廢水清污分流改造,增加了清污分流池、清污分流泵及相應管線設施,增加了廢水回收貯桶、廢水回收泵及相應管線設施;生產廢水→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,生活廢水及循環水反洗水→進入公司污水處理廠→中水回用。到2000年聯堿裝置基本實現了生產廢水零排放。

4 結 語

在純堿生產工藝中,清潔生產工藝是聯合制堿工藝獨有的優點,裝置生產規模小及工藝生產的易波動性而造成生產系統母液膨脹,又是聯合制堿工藝的缺點。聯堿裝置實現生產廢水零排放的關鍵是控制洗水當量,同時要減少廢水來源。如上所述,云維聯堿系統母液平衡點的洗水當量是0.812,洗水當量＜0.812系統母液收縮,洗水當量＞0.812系統母液膨脹;而生產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,可保證生產波動洗水當量高時,生產廢水仍能保證零排放。

TQ 114.162

:C

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

2010-05-18

徐永維(1968—),化工工藝工程師。云維股份聯堿分廠工藝員。