國內首創危險工業廢鹽無害化處理集成技術!

                          時間:2021年03月09日 作者:陳繼軍 信息來源:《中國石油和化工產業觀察》雜志 點擊: 字體:


                          李大鵬

                          中國石油和化學工業聯合會煤化工專委會專家

                          杭州碳氫科技研究有限公司專家技術委員會主任

                          多所大學客座教授

                          教授級高工,主導建成全球首個煤氣油綜合利用示范項目和國內首個煤油共煉工業化示范項目,帶領團隊成功開發了粉煤加壓熱解和流化床氣化一體化技術、粉煤臨氫熱解制油與半焦氣流床氣化一體化技術、超大型流化床氣化技術、多功效熱回收及廢濃鹽水綜合利用集成系統、中壓煤油共煉技術、高效反應強化集成技術、危險工業廢鹽無害化處理集成技術、垃圾焚燒發電飛灰處理技術且全部具備了工業示范條件,其中4項技術寫進國家“十二五”和“十三五”能源發展規劃;先后榮獲第七屆侯德榜化工科學技術獎、中國石化聯合會科技進步一等獎1項及多項省級科技獎項,申報專利150余件(其中美國專利2件、日本專利1件)。

                          記者近日獲悉,曾帶領團隊成功開發了一系列煤化工技術的業內著名專家李大鵬又有新收獲。

                          由他帶領團隊進行的一種新型工業廢鹽無害化處理技術已經完成了核心設備、核心基礎工藝包、核心裝置設計開發,在此基礎上形成的《鄂爾多斯沌開環??萍脊I雜鹽綜合利用項目可行性研究報告》近日也通過了陜西省石油和化學工業聯合會組織的專家組評審。

                          專家組的評價是:項目選用的工藝技術理念先進,流程設計合理,裝置投資強度小,運行苛刻度低,投資回報率高,可實現工業廢鹽的無害化、減量化、資源化綜合利用,具有顯著的經濟、環境與社會效益,建議加快實施。

                          眾所周知,對工業廢鹽的經濟、安全、高效、無害化處理并實現資源化利用,是化工行業多年的夢想。為此,記者找到了該技術帶頭人、現任杭州碳氫科技研究有限公司專家技術委員會主任的李大鵬先生。


                          Q & A


                          記者:工業廢鹽的無害化處理難在哪兒?

                          李大鵬:工業廢鹽中除含有高濃度可溶性鹽之外,通常還含有機氯化物、硝基苯及其衍生物、多環芳烴等有毒難降解有機物及重金屬,存在較大的環境與安全風險,被環保部門以危險工業固體廢棄物進行嚴格管理。

                          目前,國內外普遍采用安全填埋、結晶分鹽、高溫焚燒、等離子體熔融、水泥回轉窯協同處置等途徑進行處置、處理,但這些方法都不同程度地存在工藝流程復雜、能耗高、設備投資強度大、裝置運行成本高甚至無法長周期安全穩定運行、廢鹽無害化不徹底等問題,無法大范圍推廣應用。

                          我們一個個來看:

                          結晶分鹽技術雖然可將混鹽分離為工業硫酸鈉和氯化鈉,但所產生的硫酸鈉和氯化鈉的消納存在極大挑戰:

                          首先,目前我國包含工業硫酸鈉和氯化鈉在內的工業鹽市場已經嚴重產能過剩,工業硫酸鈉總產能利用率僅50%,導致工業廢鹽處理后的鹽產品很難進入工業鹽市場。

                          其次,由于不同企業所產的工業廢鹽成分千差萬別,通過分鹽技術所產的工業鹽中含有的少量雜質可能會對現有用鹽企業生產裝置產生嚴重影響,雜質金屬離子會對氯堿企業的離子膜造成嚴重的不可逆損害。

                          還有,工業廢鹽分鹽后所產生的工業鹽也存在被不法分子利用而流入食品市場的潛在風險,弄得不少企業只能將分鹽產品以噸袋包裝后長年隔離堆放。

                          水泥回轉窯協同處置技術雖然可將分鹽與水泥生料混合后投到窯爐進行反應,將部分金屬離子固化在水泥產品中,但超過一定比例也會形成嚴重的低溫熔鹽腐蝕,對回轉窯的正常、安全運行造成極大隱患。

                          等離子體熔融技術是利用等離子體瞬間產生的上萬度高溫,將工業廢鹽轉化為滲出風險較低的無毒性玻璃體建筑材料,雖然也能實現工業廢鹽的無害化處理和資源化利用,但由于處理溫度高極易使大部分的低沸點鹽氣化進入氣相而產生二次飛灰污染,而且能耗高、工作環境苛刻、設備配件易損壞、裝置規模小、運行成本高、技術經濟性差。

                          剛性填埋處理技術,其本身并未對工業廢鹽進行轉化處理,只是對其暫時隔離和封存。且剛性填埋場對選址有著極其嚴格的要求,需要進行嚴格的底部防滲施工處理,并建設終生監控運行系統、配套周圍地下水監測設施,處理成本超過6000元/噸。而且一旦遇到地震、洪水、山體滑坡等地質災害或其他不可抗力,還將引發災難性后果,同樣不是理想的工業廢鹽處理途徑。

                          所以,一個小小的廢鹽處理,難倒了多少化工行業的有識之士。


                          記者:與現有廢鹽處理技術相比,新型技術有哪些優勢?

                          李大鵬:我們的技術準確說叫危險工業廢鹽無害化處理集成技術,英文Hazardous Industrial Salt Waste Innocuous Disposal Integration,簡稱為HDI,是由杭州碳氫科技研究有限公司主導并聯合國內著名大學、科研院所及國內外相關領域權威專家開發、擁有完全自主知識產權、國內首創的一種新型工業廢鹽處理技術。

                          其核心是采用高倍率顆粒循環及快速熱量分散技術,在高溫及高活性轉化助劑的協同作用下,使廢鹽中的可溶性鹽與反應體系中的活性硅、鋁物質在毫秒級時間尺度內快速高效反應,生成具有穩定晶格網絡結構、對環境無害并可用作油氣開采壓裂支撐劑和建筑材料的惰性玻璃相和礦物晶體物質,從而實現工業廢鹽的低成本無害化處理和資源化利用。

                          與現有工業廢鹽處理技術相比,HDI具有五大特點:

                          一是工藝理念先進。HDI的雜鹽轉化爐等核心設備結構設計獨特,顯熱回收系統突破了現有輻射式廢鍋、半輻射式廢鍋結構復雜、易掛渣、堵塞、結疤而無法長周期運行且熱效率較低的技術瓶頸,關鍵設備提升管結構緊湊簡單,無內部件、移動件和膨脹節,可實現安全、長周期運行。

                          二是技術集成度高。研究團隊在充分吸收采納現有處理技術的優勢、摒棄其不足和缺陷基礎上,耦合了煉油工業的提升管、快速裂解(分解)、循環流化床高倍率循環以及熱量快速分散技術,將惰性顆粒循環倍率提升至約90倍,將提升管的溫度控制在600~700攝氏度,將轉化爐的密相床溫度控制在適宜的固溶體液相點溫度區間,實際運行中,可根據工業廢鹽的組成差異確定其操作溫度。HDI轉化爐有3個溫控區,通過人工智能控制系統對作為熱載體和具有反應活性的循環物料量進行調控,從而達到對溫控區的精準控制。

                          三是原料適應性廣。HDI所用的添加劑是根據裝置系統的操作參數、待處理的工業廢鹽組成以及無定型玻璃體固溶體產物的相平衡數據,按照特定比例復配的富含硅、鋁、氧、鐵、錳、鈣等元素的助劑,可根據被處理廢鹽組成以及處理后的主要用途靈活調節摻配,突破了常規高溫焚燒無害化處理時對工業廢鹽金屬元素和非金屬元素的剛性限制。

                          四是可保證裝置能夠實現長周期穩定運行。該技術廢鹽轉化爐核心設備的獨特結構設計及操作條件,規避了液態熔渣堵塞的風險和對管道的腐蝕,可確保整個裝置連續、安全穩定運行。

                          五是技術經濟性好、項目競爭力強。HDI核心轉化爐的投資強度僅分別為水泥窯協同處置、高溫熔融裝置投資強度的1/2、1/5~1/3,加之基于高倍率顆粒循環理念的高效熱量分散技術,以及高效轉化助劑,可同步實現工業廢鹽轉化過程中的顯熱高效利用、危險廢棄物高效轉化,從而大幅降低了裝置能耗和運營成本,具有顯著的經濟性和節能環保性。以5.6萬噸/年標準規模的HDI裝置為例,工程投資概算1.1億~1.3億元,項目的稅后內部財務收益率(IRR)可達35%~40%。


                          記者:業內最關心的節能環保性何如?

                          李大鵬:由于采用了高倍率惰性顆粒循環和高效熱量分散技術,以及獨具特色的協同效應添加劑,HDI可將固體廢物中的可溶性鹽、重金屬等危險物質固化轉化為玻璃相含量超過90%、對環境無害的惰性玻璃狀礦化物——硅鋁長石、方鈉石、藍方石等。同時,將有毒有機物分解為二氧化碳和水。所得玻璃體的水溶性鹽總含量小于1%,遠低于國標10%的要求;水溶液電導率為0.127毫西門子/厘米,僅為飲用水的1/10,基本無可溶性鹽溶出。處理過程散發的余熱,回收后副產高品質蒸汽,用來發電或直供工業園區相關企業用汽、采暖;裝置煙氣經脫硫、脫硝、除塵處理后實現超低排放。

                          工程化試驗表明,HDI可將工業廢鹽全部轉化,是迄今為止國內唯一能夠將含有大量氯化鈉、硫酸鈉等可溶性鹽轉化為玻璃相產物的技術。

                          國內首創危險工業廢鹽無害化處理集成技術!

                          這是寧東能源化工基地堆積的工業廢鹽。目前該基地已經有60萬噸工業廢鹽需要處理。HDI技術第二個示范項目將建在寧東基地(受訪者提供圖)

                          記者:HDI下一步打算做什么?

                          李大鵬:從2000年以來,HDI技術團隊用10年時間進行了理論研究并解決了高鈉煤運行技術難題,2010~2017年進行了工程化試驗,至今已完成了HDI核心設備、核心基礎工藝包、核心裝置設計開發,下一步將分別選址寧夏寧東能源化工基地和蒙古鄂爾多斯現代煤化工基地進行工業化應用推廣。

                          進展快的是內蒙古鄂爾多斯煤化工基地的工業雜鹽處理項目,概算總投資為1.19億元,設計年處理工業雜鹽5.6萬噸,已完成項目可研評審,工藝包開發及工程設計等工作現已全面啟動,預計將于今年下半年開工建設,2022年5月中交,6月投入試運行。


                          記者:您如何看待HDI的應用前景?

                          李大鵬:我國煤化工、石油化工、農藥、制藥、精細化工、印染等行業工業廢鹽產生量約1500萬噸/年,垃圾焚燒產生的飛灰總量近1000萬噸/年,煤礦疏干水結晶鹽產生量約1500萬噸/年。

                          這些工業廢鹽中的可溶性鹽含量大多超過90%,并含有重金屬和氯苯類、硝基苯類、酚類難降解的有毒有機污染物,均被環保部門按危險固體廢棄物進行嚴格管控。

                          根據2020年6月1日起實施的《危險廢物填埋污染控制標準(GB18598-2019)》,這些工業廢鹽必須進行剛性填埋。即便不計算存量部分,每年僅新增的工業廢鹽處理費用就將近1000億元,其中煤化工行業新增的工業廢鹽處理市值就將超過75億元/年。

                          一旦HDI技術得以推廣,這個市場將會變得相當可觀。事實上,可研評審結果公開后,短短20多天,已經有十幾家大型能源化工企業主動與我們對接,洽談HDI應用與合作。目前,寧夏環保集團已經獲得了我們的技術許可,將建設數套HDI工業化裝置,處理寧東能源化工基地不斷增加的工業廢鹽。

                          在這里,我要特別說一下對煤化工廢鹽處理的影響,廢鹽處理一直是煤化工一道過不去的坎。

                          跟蹤統計發現,煤化工企業每轉化1噸煤,就會產生約10~13千克工業廢鹽。這些廢鹽有些來自原料煤,有些來自催化劑,有些來自原水/循環水和助劑,有些來自酸/堿/鹽等藥劑,但最終都會以廢水或濃水形式排出。

                          由于這些廢水或濃水中不僅鹽含量高,且含有其他有機物和重金屬,化學需氧量高、毒害性大、腐蝕性強、處理難度大,已經成為制約煤化工零排放和可持續發展的最大障礙之一。

                          尤其地處水資源短缺、生態脆弱、環境容量小、缺乏江河湖泊等自然納污場地的西部大型現代煤化工項目,廢鹽能否無害化處理并資源化利用已經成為決定項目能否上馬或者建成項目能否正常生產并盈利的關鍵因素之一。

                          如果HDI技術能從根本上解決煤化工的這個心病,我相信煤化工產業一定能實現高質量可持續發展。


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