浅析氨碱法环保工作面临的形势与对策

杨燎原

(广东南方碱业股份有限公司 安全环保部,广东 广州 510760)

浅析氨碱法环保工作面临的形势与对策

杨燎原

(广东南方碱业股份有限公司 安全环保部,广东 广州 510760)

介绍氨碱法纯碱工艺的概况及产污情况;分析了该工艺的环保现状及节能降耗、与国际先进环保水平的差距、行业内市场竞争等3方面面临的挑战;提出氨碱法环保工作的对策与建议,浅析了蒸馏废液、白泥、返砂碎石的处理方法。

氨碱法制碱;环保工作;清洁生产;循环经济;可持续发展

1 氨碱法工艺概况及产污情况

1.1 氨碱法概况[1]

氨碱法制碱工艺是以氯化钠和石灰石为原料,在氨的参与下,通过一系列反应而制得成品纯碱。其反应流程如图1。

氨碱法工艺主要化学反应如下:

1.2 氨碱法工艺产污情况

由前述的流程图及查阅相关资料可知,国内氨碱法特征污染物排放情况如下:

1)蒸馏废液,主要含有大量的 CaCl2、NaCl及少量的氨氮,与海水的物化性质相近,产生量约为13m3/t纯碱;

2)白泥(碱渣),主要含有CaCO3、CaO、MgO和水,产生量约为350kg/t纯碱;

3)返砂碎石,主要成分为 CaCO3、Ca(OH)2、CaO等,产生量约为165kg/t纯碱。

2 氨碱法的环保现状及面临的挑战

2.1 国家在清洁生产及节能降耗方面的关注度空前提高

2005年10月召开的党的十六届五中全会首次提出,要把节约资源作为基本国策,发展循环经济,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会。在2007年10月召开的中国共产党第十七次全国代表大会上,胡锦涛总书记在报告中明确提出,建设生态文明,基本形成节约能源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。今年3月召开的第十一届全国人民代表大会第三次会议,温家宝总理在作政府工作报告时再次强调,要加快转变经济发展方式,调整优化经济结构,努力建设以低碳排放为特征的产业体系和消费模式。由此可见,自2005年以来我国的经济发展思路已经实现了质的飞跃,彻底摒弃了传统的粗放型发展模式,转为绿色集约型战略。

图1 氨碱法工艺流程

随着《清洁生产促进法》、《节约能源法》和《循环经济促进法》等环保法律法规的相继出台、施行,特别是去年的哥本哈根气候峰会之后,国家在节能降耗、清洁生产等方面的关注度空前提高了,因此属于“两高一资”型范畴的氨碱行业必须改变传统的发展模式,大力践行“低碳、循环经济”的绿色发展理念,方能真正实现无障碍发展。

2.2 与国际先进水平相比,环保工作尚有不小的进步空间

2009年,全国纯碱生产能力2100万t,产量1872万t,其中氨碱法纯碱产量超过了1000万t,均居世界第一位。通过分析上述一连串耀眼的数字之后,我国纯碱工业生产现状的特点如下:

1)产能和产量均位居世界第一;

2)行业内共有生产企业超过50家,数量也位居全球首位,但规模普遍远低于世界平均水平,目前全球纯碱企业生产能力平均规模为41万t/a,相比而言,我国纯碱生产企业规模普遍偏小,以生产能力氨碱30万t/a为标准,我国未达到此规模的纯碱企业有15家左右,占总生产能力的30%;

3)各制碱企业技术装备水平参差不齐,因此本行业的整体规模效应不甚理想。

查阅《纯碱行业清洁生产评价指标体系(试行)》及相关资料可知,我国氨碱法生产在清洁生产、节能减排方面与国际先进水平相比还存在不小的差距,详见表1。

表1 国内外氨碱法清洁生产评价指标

差距越大,亦意味着本行业进步的可能性越大,我们有理由相信氨碱业只要在环保工作方面投入足够的人力、物力,可挖掘的潜能还是相当可观的。

2.3 行业内市场竞争异常激烈,环保工作或许成为赢得胜利的关键因素

自2000年以来,我国纯碱工业保持着高速增长,年均增长率维持在11%以上。特别是2007年以后,纯碱市场延续着之前的上升趋势,价格一路攀升,出现持续火爆的行情,不断刺激着各路资金进入纯碱行业。不仅原有企业进行扩能改造,新企业亦雨后春笋般地涌现,而且规模一个比一个大。

2008年底,全球金融危机爆发,不但纯碱下游行业需求增速明显放缓,而且以往靠出口调节国内纯碱市场供求平衡的方法亦屡屡受挫——首先,美国最大的纯碱出口经销商安塞克公司为维持国际份额,采取降价措施增加对亚洲地区的出口量,由于美国纯碱主要是以天然碱为主,无论从质量或是生产成本竞争上,我国纯碱企业都处于下风,出口难度陡然增大。其次,我国纯碱遭遇到了印度市场的“特保”调查。2009年11月5日,印度海关决定对原产于中国的纯碱征收20%的保障税,以从价税方式征收,征税期自2009年4月20日至2010年4月19日。这一特保措施使得中国纯碱基本被印度市场拒之门外,而印度一直是是国际市场上纯碱进口的主要消费国。

在接连遭遇多重打击之后,我国纯碱市场不可避免地出现了产能过剩现象,因此行业内的竞争异常激烈,为此发改委、工信部等部委连续发布了《关于加强纯碱工业建设管理促进行业健康发展的通知》、《纯碱行业清洁生产评价指标体系(试行)》、《纯碱行业准入条件》等指导性文件,毫不夸张地说环保指标已成为了政府调控氨碱法行业发展的最大利器。站在企业自身的角度考虑,利润的构成可概括为“开源节流”两个方面,其一开拓市场、提高产品的附加值、从而赢得客户的信赖,其次则是千方百计优化各项消耗指标、竭尽所能地降低产品的制造成本,节能降耗工作明显属于后者。以前述的综合能耗指标为例,若能与国际先进水平比肩,在现有基础上每吨产品降低50kg标煤的消耗量,1kg标煤在市场上的采购价约为1元,一家30万t/a产能的纯碱厂由于节省下来的燃煤而产生的纯利润即高达1500万元/a。由此可见,环保工作或许将成为左右市场竞争的“胜负手”。

3 氨碱法环保工作的对策与建议

我国分别于2000年7月颁布了《中华人民共和国清洁生产法》和2002年6月公布了《中华人民共和国清洁生产促进法》,明确鼓励、支持我国的各类企业开展清洁生产,通过源头控制、减少污染物的产生量;充分回收和合理利用工业废渣、废液(水)、废气等,减少污染物的排放量。坚持与结构调整相结合、与企业技术进步相结合,实现经济效益、环境效益和社会效益的统一。所谓清洁生产是指运用一系列的方法和措施,既可满足人们的需要,又可合理使用自然资源和能源并使环境得到保护,其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理,将废物减量化、资源化和无害化,或消灭于生产过程之中。对生产过程而言,清洁生产包括节约原材料和能源,淘汰有毒原材料并在全部排放物和废物离开生产过程以前减少它们的数量和毒性。对产品而言,清洁生产策略旨在减少产品在整个生产周期过程(包括从原料提炼到产品的最终处置)中对人类和环境的影响。清洁生产不包括末端治理技术,如空气污染控制、废水处理、固体废弃物焚烧或填埋,清洁生产通过应用专门技术,改进工艺技术和改变管理态度来实现。

为了适应国家在节能减排、循环经济方面日趋严格的要求,氨碱行业必须改变传统的污染末端治理观念,用综合预防的环境策略来指导开展环保工作,最终实现清洁生产的终极目标,下面结合行业的特点,按照“以废治废、双向治理、变废为宝”的治理方针,谈谈特征污染物的治理策略。

3.1 蒸馏废液的处理

其主要成份为氯化钙、氯化镁及少量的氨氮,物化性质与海水相近。首先可采取废水收集再利用措施、一水多用、重复利用,尽量减少废水的外排量,其次可选用如下的综合利用方案,变废为宝。

1)废液用于制二水氯化钙,通过增加相关的筛选、提炼装置,回收废液中的CaCl2,一方面降低了废液的含固量,另一方面为其重复利用、减少排放提供了平台。

2)废液用于盐卤脱硝,由于盐卤中含有的主要杂质为 Na2SO4,根据方程式 Na2SO4+CaCl2→2NaCl+CaSO4可知,完全可以用废液来进行盐卤的预处理及提纯,不但可以大幅度地降低其杂质含量,同时可以得到工业盐及石膏,最为关键的是进一步提高了原料食盐的利用率,理论上可达到95%以上,从而有望解决氨碱法工艺的一大瓶颈问题。

3)废液用于制作水泥砂浆的稠化水泥,由于废液中含有大量的活性Ca2+,浓缩后理论上可用于生产特种砂浆水泥。

3.2 白泥的处理

经查阅白泥分析报告后得知,其主要成分为氧化钙(其中有相当数量是以碳酸钙的形式存在)、氧化镁和水,根据国家环保总局《关于纯碱生产企业废渣液堆放场适用标准问题的复函》(环函[2006]369号)的文件精神,白泥属于一般的工业固体废物,完全可进行填埋、堆存处置及综合利用。

1)白泥用于生产土壤调理剂,由于其含有大量活性极好的Ca2+、Mg2+、K+,因此完全可用于生产钙镁钾复混肥,事实上此法乃目前唯一实现了产业化的白泥综合利用途径[2]。

2)白泥用于锅炉烟气脱硫,由于其含有比表面积相当理想的大量碱性物质,就化学反应原理而言完全可用于烟气脱硫,因此国家发改委在《纯碱行业清洁生产技术总体目标指导意见》里明确提出——到2012年,力争50%氨碱企业采用“氨碱厂白泥用于锅炉烟气湿法脱硫生产石膏技术”,并实现与行业外企业合作[3]。

3)白泥用于制特种水泥、石膏球、人工鱼礁等,由于其特有的物化性质,国内外专家就上述3方面的综合利用亦进行了有益的探索。

3.3 返砂碎石的处理

因煅烧石灰石及生产石灰乳过程中产生的返砂和碎石,其主要成份为CaCO3、Ca(OH)2、CaO等,其与石灰石的物化性质相近,可进行综合利用的途径如下:

1)替代部分石灰石用于新型干法回转窑水泥生产,只要妥善解决了其含有的过烧CaO、MgO、Cl-等对水泥熟料煅烧和性能方面的影响,得出最佳的配料条件后即可进入工业化生产,若能取得突破则此法乃目前最便捷的利用途径。

2)用于混凝土和干粉砂浆掺合料,实现此种综合利用需要增加设备投入及加工成本,以对返砂碎石进行粉磨预处理,使其满足后续的使用需求。

3)用作脱硫剂,目前燃煤发电厂所使用的石灰石、石灰脱硫剂中CaO含量大于45%,比表面积达500m2/kg,因此返砂碎石经粉磨预处理后可望实现此利用途径。

若上述3大类的特征污染物能按照相应的综合利用方案进行分项治理、全面突破,则掣肘氨碱行业的环保软肋将可望解决,行业将力争实现无障碍发展,朝绿色无机化工的终极目标前进。

4 结 语

纯碱乃许多产品的基本原料之一,广泛使用于国民经济的诸多领域,为我国经济的腾飞发挥了不可替代的作用;在短期内找不到纯碱替代品的客观前提下,行业的健康有序发展亦显得顺理成章、意义非凡。随着竞争日益激烈的全球化时代的到来,行业内必然会重新进行洗牌,产能偏小的企业不可避免地会被整合兼并,最后剩下5～10家综合实力较强的制碱企业,尤其是采用氨碱法工艺的企业只有以清洁生产、节能降耗、循环经济的理念来指导开展环保工作,或许才能成为在市场中最终活下来的强者,真正实现绿色发展。

[1] 中国纯碱工业协会.纯碱工学[M].北京:化学工业出版社,1990

[2] 柯玉诗,黄志红.碱渣及钙镁多元复混肥农用研究[J].纯碱工业,2001(4):3～7

[3] 王文宗,王君璋,朱群益.海水白泥乳烟气脱硫试验研究[J].节能技术,2004(1)

TQ114.1;X5

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1005-8370(2011)05-08-04

2011-06-17

杨燎原(1982-),环境工程硕士,环境管理工程师;现任广东南方碱业股份有限公司环保顾问。