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

（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，國內(nèi)80%以上PVC 通過電石法工藝生產(chǎn)，目前國內(nèi)電石生產(chǎn)量約2 600 萬t/a，其中81%用于PVC 生產(chǎn)，每年會產(chǎn)生鈣基廢渣2 527 萬t，若得不到妥善利用，長期堆放， 不僅占用了寶貴的土地資源， 而且對土地、空氣、水源造成很大污染，不利于環(huán)境友好。 目前，國內(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)品市場十分飽和，附加值低，經(jīng)濟(jì)效益并不樂觀[1]。 另外，在用電石生產(chǎn)及后續(xù)轉(zhuǎn)化過程中，會產(chǎn)生大量的含碳爐氣，帶來較大的環(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值的二次能源[3]，兼之具有成本低、來源廣等特點，有利于實現(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)境污染問題，同時還能帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 鈣基廢渣生產(chǎn)碳酸鈣項目介紹

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（以下簡稱“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、包裝等，得到最終滿足客戶需要的各類產(chǎn)品。 其工藝流程示意圖見圖1。

首先對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，得到目標(biāo)晶型的碳酸鈣乳液，對該碳酸鈣乳液進(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：

儲存在倉中的鈣基廢渣經(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)振動篩和懸液除渣器過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)行兩級干燥，得到水分合格的碳酸鈣，此時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)，還需對干燥后的碳酸鈣進(jìn)行破碎、分級篩選，符合粒徑要求的碳酸鈣將會進(jìn)入包裝系統(tǒng)，進(jìn)行包裝碼托盤入庫待售。

1.3 優(yōu)勢分析

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， 減少了石灰石的開采、運輸、煅燒，降低了生產(chǎn)成本，且優(yōu)勢十分明顯。

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：該項目為廢棄物綜合利用項目，以工業(yè)產(chǎn)生的廢渣和廢氣為原料，生產(chǎn)過程實際就是變廢為寶的過程，減少了廢渣和廢氣的排放，解決了環(huán)境污染問題， 對環(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 存在問題分析

2.1 消化除渣除雜難問題

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)過程中晶型控制難問題

傳統(tǒng)碳酸鈣行業(yè)的二氧化碳主要來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)碳酸鈣項目的二氧化碳為高純二氧化碳，濃度可以達(dá)到99%，過高的濃度造成碳化反應(yīng)過于劇烈，難以控制，不利于碳酸鈣晶核的成型和晶型的控制，因此碳化過程要控制碳化反應(yīng)的二氧化碳濃度。

3 工藝優(yōu)化及實施效果

3.1 消化除渣除雜的優(yōu)化

天業(yè)集團(tuán)碳酸鈣項目采用振動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、一級陳化池及二級陳化池、三級陳化池中間。 每組設(shè)備由1 臺懸液除渣器和1 臺振動篩組成，氫氧化鈣乳液先經(jīng)過懸液除渣器， 利用固體和液體離心力不同進(jìn)行固液分離，然后通過振動篩的篩網(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)行分級篩除，通過這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)，沒有新的固廢產(chǎn)生。 消化除渣除雜后產(chǎn)品質(zhì)量對比值見表1。

表1 消化除渣除雜后產(chǎn)品質(zhì)量對比值

由表1 得知，通過對工藝及設(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，通過各檢測指標(biāo)對比可以看出，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)過程中晶型控制的優(yōu)化

碳化反應(yīng)是一個復(fù)雜的反應(yīng)體系，反應(yīng)過程中的任何一個因素都有可能會對碳化反應(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)時間等等，只有做到對以上各因素的嚴(yán)格控制，方可對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。 首先通過在線式氣體流量計控制二氧化碳的流量，通過控制空氣和二氧化碳的配比來調(diào)整碳化塔入塔氣體的濃度；其次對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， 來引導(dǎo)碳酸鈣晶核的成型。 晶型控制優(yōu)化前后對比圖見圖2。

圖2 晶型控制優(yōu)化前后對比圖

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)品流動性能；通過工藝調(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)用客戶反饋流動性極好，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是企業(yè)實現(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， 通過自主研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新，實現(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。 項目技術(shù)的成功應(yīng)用將有力地促進(jìn)中國氯堿行業(yè)產(chǎn)品升級，有效延伸氯堿行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈；對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，對相關(guān)領(lǐng)域的節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的推動作用，為中國氯堿行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展提供了良好的示范。