硫酸行業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展成本與效益分析

李瑞年

（安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站，合肥 230022）

硫酸行業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展成本與效益分析

李瑞年

（安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站，合肥 230022）

基于硫酸行業(yè)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國家工業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略要求，從硫酸行業(yè)整合、新技術(shù)應(yīng)用和節(jié)能減排三種情景著手，分析硫酸工業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的成本和效益。

硫酸行業(yè)；綠色經(jīng)濟(jì)；綠色轉(zhuǎn)型；發(fā)展成本；效益

1 引言

硫酸素有“工業(yè)之母”之稱，作為重要的化工原料，其發(fā)展已引起世界各國的廣泛關(guān)注[1]。2003年以來，中國的硫酸產(chǎn)量已位居世界第一，2015年底，中國硫酸產(chǎn)量高達(dá)9673萬噸，占世界硫酸總產(chǎn)量的36%。我國硫酸產(chǎn)能的快速發(fā)展為磷復(fù)合肥、有色金屬、化學(xué)化工、鋼鐵、紡織等行業(yè)的發(fā)展提供了有力保障[2]。但同時我國硫酸工業(yè)也面臨一些問題，如產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、低水平重復(fù)建設(shè)、行業(yè)布局不合理、單產(chǎn)規(guī)模小、資源環(huán)境制約大、污染較嚴(yán)重、環(huán)境風(fēng)險較大等，硫酸工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整[3、4]。

工業(yè)經(jīng)濟(jì)綠色轉(zhuǎn)型是資源集約利用、環(huán)境友好作為指導(dǎo)，其核心是綠色創(chuàng)新，堅(jiān)持走新型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全過程綠色化、可持續(xù)發(fā)展，獲得經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益雙贏[5]。硫酸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型情景主要包括硫酸行業(yè)整合情景、新技術(shù)應(yīng)用情景和節(jié)能減排情景等[3]，本文將重點(diǎn)描述上述三種情景，選取合適的成本效益分析方法，進(jìn)行硫酸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型成本效益分析。

2 硫酸行業(yè)轉(zhuǎn)型情景分析

2.1 硫酸行業(yè)整合情景

硫酸行業(yè)的整合主要以硫資源為主線，制酸與上游產(chǎn)硫資源企業(yè)、制酸與以硫酸為原料的下游企業(yè)整合。本研究以金屬冶煉企業(yè)與制酸企業(yè)整合、制酸企業(yè)與磷肥企業(yè)整合作為硫酸行業(yè)典型整合情景為例分析。

（1）金屬冶煉企業(yè)與制酸企業(yè)整合

金屬冶煉與制酸企業(yè)整合是綜合利用資源，降低原材料及能源消耗。研究結(jié)果表明，在國內(nèi)不少省份已有多家企業(yè)建設(shè)完成銅、鎳冶煉裝置，并配套建設(shè)5×105～7×105t/a硫酸裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1t有色金屬在生產(chǎn)過程中可得到副產(chǎn)品硫酸約3t[6]。

（2）硫酸企業(yè)與磷肥企業(yè)整合

2013年，國內(nèi)用于化肥生產(chǎn)的硫酸比例為62.4%，其中，用于磷肥使用硫酸量占比為91.7%，占硫酸總耗量的57.2%，硫酸與磷肥行業(yè)聯(lián)系密切[6]。大型磷酸鹽復(fù)合肥企業(yè)與耗酸企業(yè)整合，可降低生產(chǎn)成本。

2.2 新技術(shù)應(yīng)用

本次新技術(shù)應(yīng)用研究以酸洗封閉凈化工藝為例進(jìn)行分析。

傳統(tǒng)的制酸尾氣治理工藝采用石灰中和水洗法，經(jīng)2次中和→2次絮凝沉降→1次真空過濾→1次冷卻降溫處理后排放[8]。水洗工藝存在廢水二次污染；工藝操作復(fù)雜，難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；易堵泵；投資和占地面積較大，能耗高，運(yùn)營管理費(fèi)用較高。

酸洗封閉凈化工藝包括除塵系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、稀酸循環(huán)系統(tǒng)和酸渣處理系統(tǒng)。制酸裝置爐氣經(jīng)除塵器收塵及兩次降溫后，進(jìn)入一次文丘里和二次文丘里洗滌裝置進(jìn)行洗滌凈化，再經(jīng)除沫器除沫，最終進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)裝置。洗滌廢水通過精密過濾器過濾去除雜質(zhì)，一次文丘里系統(tǒng)廢水直接進(jìn)入稀酸循環(huán)槽，由循環(huán)泵打入板式稀酸換熱器進(jìn)行降溫，再進(jìn)入二次文丘里系統(tǒng)和一次文丘里水箱，再由水泵送至一次文丘里洗滌裝置使用，過濾的二次文丘里系統(tǒng)廢水直接進(jìn)入一次文丘里水箱。過濾器濃漿定期排入鐵粉沉淀池，上清液循環(huán)回用[7]。

酸洗封閉工藝與傳統(tǒng)水洗工藝比較，優(yōu)點(diǎn)在于投資和占地少，易操作，運(yùn)行費(fèi)用低，二次污染可控；處理效率高；鐵渣沉淀過程不需投加絮凝劑；過濾器廢水不易結(jié)垢；循環(huán)稀酸余熱可進(jìn)行回收；降低新鮮水用量，消除硫酸水污染；酸洗封閉凈化工藝可使酸洗液循環(huán)使用，廢液做到零排放，同時回收全部鐵鹽和重金屬雜質(zhì)。

2.3 節(jié)能減排

（1）熱能回收技術(shù)應(yīng)用

硫鐵礦、硫磺制酸工藝過程：原料焚燒、爐氣治理凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化和三氧化硫吸收。丁華等[8]指出除爐氣凈化外，其余3個工序均伴有釋放大量的反應(yīng)熱，理論反應(yīng)熱分別為總反應(yīng)熱的56%、19%和25%。

以硫鐵礦或硫磺為原料，每生產(chǎn)lt硫酸可回收利用高、中、低溫位總熱能分別為4680×103kJ（其中，高溫位熱能為2930×103kJ、中溫位熱能為500×103kJ、低溫位熱能為1250×103kJ）、4250×103kJ（其中、高溫位熱能為2500×103kJ、中溫位熱能為500×103kJ、低溫位熱能為1250×103kJ）[9]。

（2）資源綜合利用技術(shù)

目前，國內(nèi)的低濃度冶煉煙氣仍存在未處理或直接拋棄處理。低濃度（2.5%～3.5%）SO2尾氣制酸以丹麥托普索公司W(wǎng)SA濕式硫酸工藝[10]和國內(nèi)自主研發(fā)的非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化工藝[11]為主；濃度低于2.5%的SO2冶煉煙氣，可先進(jìn)行吸收、吸附富集，富集煙氣加以利用。加拿大某公司再生胺回收工藝[12]以有機(jī)胺為吸收劑，可處理濃度為0.08%～11%的SO2煙氣，脫硫效率高達(dá)99%以上，富液蒸汽可再生循環(huán)使用，純SO2可制液體SO2或硫酸。

（3）減少污染物排放

以硫鐵礦制酸為例：1）砷、氟含量較高的硫鐵礦不得用于硫酸生產(chǎn)。國內(nèi)大型硫鐵礦制酸工程使用的硫鐵礦As不超過0.10%，F(xiàn)不超過0.05%，Pb不超過1.00%。2）硫酸燒渣可與鋼鐵、水泥、涂料等工業(yè)建立產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)資源化，并設(shè)置專用渣場堆存，以避免污染環(huán)境。3）生產(chǎn)過程控制焙燒硫鐵礦工藝條件，減少SO3生成，爐氣采用酸洗封閉洗滌凈化，配套污水處理站，酸性廢水處理達(dá)標(biāo)后返回硫酸裝置。4）采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，選用性能優(yōu)良的催化劑，減少SO2排放量。

以含SO2煙氣制酸為例：含SO2煙氣制酸過程會產(chǎn)生大量酸性廢水。金川集團(tuán)有限公司制酸系統(tǒng)產(chǎn)生的酸性廢水采取以下治理工藝：對凈化工序的稀酸進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，提高其酸度，減少新鮮水量，循環(huán)最終的酸性廢水加入藥劑，經(jīng)過濾器除去固體懸浮物，清液返回凈化工序。酸性廢水排放濃度約10%時，與干吸工段98%濃硫酸混配，生產(chǎn)成品硫酸（濃度93%）。過濾濾渣進(jìn)入污泥干化池，符合冶煉要求后回收有價金屬[13]。

3 硫酸行業(yè)轉(zhuǎn)型成本與效益分析

3.1 硫酸行業(yè)整合情景成本與效益分析

硫酸企業(yè)上游整合實(shí)現(xiàn)成本效益的主要途徑是成本管理，通過鎖定成本，確保原材料供應(yīng)順暢，實(shí)現(xiàn)更好的成本管理。硫酸企業(yè)下游整合實(shí)現(xiàn)成本效益主要來自規(guī)模經(jīng)濟(jì)，公司合并后規(guī)模擴(kuò)大，購買力增強(qiáng)，戰(zhàn)略采購可降低直接和間接成本。

本研究以金屬冶煉企業(yè)與制酸企業(yè)整合、制酸企業(yè)與磷肥企業(yè)整合作為硫酸行業(yè)典型綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型情景分析成本與效益。

（1）節(jié)約運(yùn)輸成本

金屬冶煉企業(yè)與制酸企業(yè)通過整合可利用冶煉煙氣制備硫酸產(chǎn)品，不產(chǎn)生運(yùn)輸成本。硫酸企業(yè)與磷肥企業(yè)整合后，硫酸直接用作磷肥生產(chǎn)的原料，節(jié)省了硫酸運(yùn)輸成本。

（2）下游產(chǎn)品增值

硫酸作為化工產(chǎn)品生產(chǎn)原料，處于價值鏈低端，本身附加值較低。隨著磷肥行業(yè)的整合，硫酸附加值也隨即增加，還可抑制硫酸裝置盲目建設(shè)，有利控制硫酸產(chǎn)能過剩，促進(jìn)硫酸工業(yè)科學(xué)、有序地發(fā)展。

（3）企業(yè)經(jīng)濟(jì)高效增長

通過企業(yè)重組，實(shí)現(xiàn)資源整合。云南云天化國際化工股份有限公司由云南地區(qū)各個小型磷肥企業(yè)重組，經(jīng)濟(jì)實(shí)力處于全球前列；甘肅甕福化工有限責(zé)任公司由貴州宏福實(shí)業(yè)公司和金化集團(tuán)組建成立，同樣實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)高效增長。

結(jié)合中國硫酸工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《硫酸行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中的目標(biāo)：“十三五”規(guī)劃末期冶煉煙氣制酸達(dá)到10%；推進(jìn)礦制酸企業(yè)與硫酸法鈦白企業(yè)合作，用硫磺、硫鐵礦摻燒鈦白粉進(jìn)行副產(chǎn)硫酸亞鐵制酸。筆者認(rèn)為，不斷支持硫酸行業(yè)有效整治，未來發(fā)展趨勢將不斷降低企業(yè)管理運(yùn)行費(fèi)用，硫酸及其下游產(chǎn)品產(chǎn)值也會不斷增加，硫酸行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長速率會持續(xù)加快。

3.2 硫酸行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用成本與效益分析

以江蘇瑞和化肥有限公司年產(chǎn)12萬t硫鐵礦制酸裝置凈化工序?yàn)槔喴治鏊垂に囅蛩嵯捶忾]工藝綠色轉(zhuǎn)型的成本效益。

（1）成本分析

酸洗凈化工藝的應(yīng)用成本主要為設(shè)備購置成本，包括2套CN型精密過濾器（約64萬元），設(shè)備基礎(chǔ)、稀酸泵、管道、儲氣罐、空壓機(jī)、板式換熱器等（約35萬元）；旋風(fēng)除塵器（約40萬元），總投資約139萬元[7]。

（2）效益分析

1）人工費(fèi)、電費(fèi)：酸洗封閉凈化法每班1人，年運(yùn)行成本不足7萬元；水洗法每班6人，年運(yùn)行費(fèi)用73萬元。酸洗封閉工藝降低運(yùn)行費(fèi)用100萬元/a以上。2）水費(fèi)、排污費(fèi)：精密過濾器節(jié)水約78萬m3/a，降低水費(fèi)、取水資源費(fèi)和排污費(fèi)分別為39萬元/a、10萬元/a、排污費(fèi)30萬元/a，產(chǎn)生79萬元/a的經(jīng)濟(jì)效益。3）硫酸產(chǎn)值：廢酸循環(huán)回用，增產(chǎn)98%成品硫酸750t/a，收益112.5萬元/a。4）維修費(fèi)：節(jié)約12萬元/a。5）廢渣處理費(fèi)：節(jié)省石灰購置費(fèi)、中和廢渣處理費(fèi)約42萬元/a。6）絮凝劑、阻垢劑購置費(fèi)：節(jié)省費(fèi)用約23萬元/a。7）余熱回收費(fèi)用：回收利用熱能可產(chǎn)生蒸汽約2.4t/a，收益約360萬元/a。

具體投入成本及產(chǎn)生效益情況見表1。

表1 爐氣凈化綠色轉(zhuǎn)型投入、產(chǎn)出表 （單位：萬元）

由表1可以看出，水洗工藝向酸洗封閉工藝綠色轉(zhuǎn)型成功可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益730.5萬元/a，設(shè)備折舊費(fèi)用按13.9萬元/a計(jì)，企業(yè)可增加利潤716.6萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

結(jié)合《硫酸行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)：繼續(xù)加強(qiáng)研究開發(fā)“一轉(zhuǎn)一吸+有機(jī)胺法”回收利用工藝；研發(fā)硫磺制酸富氧焙燒、高硫高鐵礦制酸工藝，采用預(yù)轉(zhuǎn)化提高SO2轉(zhuǎn)化率；采用碳纖維等高新材料研制風(fēng)機(jī)、機(jī)泵、設(shè)備等；國家科技資金引導(dǎo)社會資金投入到硫酸行業(yè)科技創(chuàng)新中，加強(qiáng)生產(chǎn)、科研、教育合作，攻克技術(shù)難關(guān)，推廣應(yīng)用新技術(shù)。

在國家大力推廣硫酸行業(yè)新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的趨勢下，硫酸行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)型成本勢必將會不斷降低，新技術(shù)突破和應(yīng)用必將帶來可觀的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

3.3 硫酸行業(yè)節(jié)能減排成本與效益分析

（1）熱能回收技術(shù)應(yīng)用成本與效益分析

以中化重慶涪陵化工2套300萬t/a的硫磺制酸裝置共用一套HRS裝置為例進(jìn)行成本與效益簡要分析[14]。

美國孟山都公司的計(jì)算結(jié)果：2套300萬t/a硫磺制酸裝置HRS可產(chǎn)出低壓（1.0MPa，180℃）飽和蒸汽42t/h左右。按分級利用原則，在能滿足磷復(fù)肥裝置供熱的前提下，平衡廠內(nèi)硫磺制酸裝置全部蒸汽，產(chǎn)出中壓過熱（3.82MPa，450℃）蒸汽進(jìn)行發(fā)電，建設(shè)2臺15MW凝汽發(fā)電機(jī)組，回收全部發(fā)電機(jī)組蒸汽冷凝液，作為除氧器補(bǔ)充水，不僅可降低除氧器蒸汽消耗量，還可提高廢熱回收系統(tǒng)效率。

中介機(jī)構(gòu)CDM測算結(jié)果：該項(xiàng)目年均發(fā)電量1.2×108kW·h，年可節(jié)省7932萬元；按華中地區(qū)電網(wǎng)排放因子進(jìn)行考慮，年減排CO2約1.0×105t，可收益人民幣717萬元，年總收益8649萬元。

通過上述分析可知，目前的熱能回收技術(shù)應(yīng)用已帶來較為明顯的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。

（2）資源綜合利用技術(shù)應(yīng)用成本與效益分析

研究以山東省陽谷祥光銅業(yè)有限公司為例[15]：該公司引進(jìn)奧圖泰公司Lurec?工藝技術(shù)，以閃速熔煉銅精礦和閃速吹煉冰銅高濃度二氧化硫煙氣制備硫酸。

Lurec?工藝較常規(guī)轉(zhuǎn)化工藝占地面積減小20%，運(yùn)行費(fèi)用降低30%，回收能力提高36%，SO2排放量有所減少，排放濃度降低1倍以上。

常規(guī)轉(zhuǎn)化工藝與Lurec?工藝硫酸裝置投資對比見表2。

表2顯示，Lurec?工藝較常規(guī)工藝具有明顯優(yōu)勢，二氧化硫濃度更低，且相對投資降低25%。

（3）減少污染物排放成本與效益分析

1）硫鐵燒渣減排成本與效益分析：云硫40萬t/a硫鐵礦制酸裝置硫酸燒渣產(chǎn)生量28萬t/a。云硫硫酸燒渣堆存處置費(fèi)用約15元/t，硫酸燒渣綜合利用實(shí)施后，堆存處置費(fèi)用節(jié)省3/4以上，即315萬元[16]。2）尾氣減排成本與效益分析：廣東云浮硫鐵礦企業(yè)集團(tuán)40萬t/a硫鐵礦制酸裝置采用 “3+2”轉(zhuǎn)化工藝，確保了尾氣達(dá)標(biāo)并減排。該裝置SO2總排放量不足31t/a，比SO2總量指標(biāo)142.6t/a減排了110t/a[17]。

表2 常規(guī)轉(zhuǎn)化工藝和Lurec?工藝硫酸裝置投資對比

可見，減少污染物排放大幅度節(jié)約了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本費(fèi)用，并帶來顯著的環(huán)境效益。

結(jié)合《硫酸行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》熱能回收、資源利用、減排和清潔生產(chǎn)目標(biāo)： “十三五”末期硫酸行業(yè)“三廢”均須全部達(dá)到相關(guān)環(huán)保要求排放，廢水做到“零排放”，堅(jiān)決淘汰未達(dá)標(biāo)裝置；SO2排放量較“十二五”期末減少30%；廢渣綜合利用效率達(dá)到98%；大力推廣低溫?zé)峄厥眨蚧侵扑嵬茝V率超80%，硫鐵礦制酸推廣率超30%；提高余熱利用率至90%以上；持續(xù)完善燒渣熱回收技術(shù)。

“十三五”期間，隨著硫酸行業(yè)節(jié)能減排轉(zhuǎn)型力度不斷增加，硫酸行業(yè)環(huán)境效益將會不斷提高，同時取得一定的社會正效益和經(jīng)濟(jì)正效益。

4 結(jié)語

目前，我國在硫酸行業(yè)整合、新技術(shù)應(yīng)用、節(jié)能減排等硫酸行業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展方面已取得一定成績，轉(zhuǎn)型成本費(fèi)用降低，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益良好。

“十三五”期間，繼續(xù)推進(jìn)硫酸行業(yè)整合，持續(xù)支持新技術(shù)科學(xué)研發(fā)與投用，不斷促進(jìn)資源回收利用，嚴(yán)格控制污染物減量排放，硫酸行業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益將會更顯著。

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Cost and Benefit Analysis of Transformation Development of Green Economy in Sulfuric Acid Industry

LI Rui-nian
(Anhui Environmental Monitoring Center Station, Hefei 230022, China)

Based on the development status of sulfuric acid industry in China, in combination with the requirements of national industrial green economy development strategy, the article analyzes the development costs and benefits of green economic transformation of sulfuric acid industry from three aspects of the conformity of sulfuric acid industry, new technology applications and energy saving and emission reduction respectively. The result shows that the operation costs of the industry reduce, the environmental, economic and social benefits increase obviously.

sulfuric acid industry; green economy; green transformation; development cost; benefit

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A 文章編號：1006-5377（2017）07-0027-04