国内首创危险工业废盐无害化处理集成技术!

时间:2021年03月09日 作者:陈继军 信息来源:《中国石油和化工产业观察》杂志 点击: 字体:


李大鹏

中国石油和化学工业联合会煤化工专委会专家

杭州碳氢科技研究有限公司专家技术委员会主任

多所大学客座教授

教授级高工,主导建成全球首个煤气油综合利用示范项目和国内首个煤油共炼工业化示范项目,带领团队成功开发了粉煤加压热解和流化床气化一体化技术、粉煤临氢热解制油与半焦气流床气化一体化技术、超大型流化床气化技术、多功效热回收及废浓盐水综合利用集成系统、中压煤油共炼技术、高效反应强化集成技术、危险工业废盐无害化处理集成技术、垃圾焚烧发电飞灰处理技术且全部具备了工业示范条件,其中4项技术写进国家“十二五”和“十三五”能源发展规划;先后荣获第七届侯德榜化工科学技术奖、中国石化联合会科技进步一等奖1项及多项省级科技奖项,申报专利150余件(其中美国专利2件、日本专利1件)。

记者近日获悉,曾带领团队成功开发了一系列煤化工技术的业内著名专家李大鹏又有新收获。

由他带领团队进行的一种新型工业废盐无害化处理技术已经完成了核心设备、核心基础工艺包、核心装置设计开发,在此基础上形成的《鄂尔多斯沌开环保科技工业杂盐综合利用项目可行性研究报告》近日也通过了陕西省石油和化学工业联合会组织的专家组评审。

专家组的评价是:项目选用的工艺技术理念先进,流程设计合理,装置投资强度小,运行苛刻度低,投资回报率高,可实现工业废盐的无害化、减量化、资源化综合利用,具有显著的经济、环境与社会效益,建议加快实施。

众所周知,对工业废盐的经济、安全、高效、无害化处理并实现资源化利用,是化工行业多年的梦想。为此,记者找到了该技术带头人、现任杭州碳氢科技研究有限公司专家技术委员会主任的李大鹏先生。


Q & A


记者:工业废盐的无害化处理难在哪儿?

李大鹏:工业废盐中除含有高浓度可溶性盐之外,通常还含有机氯化物、硝基苯及其衍生物、多环芳烃等有毒难降解有机物及重金属,存在较大的环境与安全风险,被环保部门以危险工业固体废弃物进行严格管理。

目前,国内外普遍采用安全填埋、结晶分盐、高温焚烧、等离子体熔融、水泥回转窑协同处置等途径进行处置、处理,但这些方法都不同程度地存在工艺流程复杂、能耗高、设备投资强度大、装置运行成本高甚至无法长周期安全稳定运行、废盐无害化不彻底等问题,无法大范围推广应用。

我们一个个来看:

结晶分盐技术虽然可将混盐分离为工业硫酸钠和氯化钠,但所产生的硫酸钠和氯化钠的消纳存在极大挑战:

首先,目前我国包含工业硫酸钠和氯化钠在内的工业盐市场已经严重产能过剩,工业硫酸钠总产能利用率仅50%,导致工业废盐处理后的盐产品很难进入工业盐市场。

其次,由于不同企业所产的工业废盐成分千差万别,通过分盐技术所产的工业盐中含有的少量杂质可能会对现有用盐企业生产装置产生严重影响,杂质金属离子会对氯碱企业的离子膜造成严重的不可逆损害。

还有,工业废盐分盐后所产生的工业盐也存在被不法分子利用而流入食品市场的潜在风险,弄得不少企业只能将分盐产品以吨袋包装后长年隔离堆放。

水泥回转窑协同处置技术虽然可将分盐与水泥生料混合后投到窑炉进行反应,将部分金属离子固化在水泥产品中,但超过一定比例也会形成严重的低温熔盐腐蚀,对回转窑的正常、安全运行造成极大隐患。

等离子体熔融技术是利用等离子体瞬间产生的上万度高温,将工业废盐转化为渗出风险较低的无毒性玻璃体建筑材料,虽然也能实现工业废盐的无害化处理和资源化利用,但由于处理温度高极易使大部分的低沸点盐气化进入气相而产生二次飞灰污染,而且能耗高、工作环境苛刻、设备配件易损坏、装置规模小、运行成本高、技术经济性差。

刚性填埋处理技术,其本身并未对工业废盐进行转化处理,只是对其暂时隔离和封存。且刚性填埋场对选址有着极其严格的要求,需要进行严格的底部防渗施工处理,并建设终生监控运行系统、配套周围地下水监测设施,处理成本超过6000元/吨。而且一旦遇到地震、洪水、山体滑坡等地质灾害或其他不可抗力,还将引发灾难性后果,同样不是理想的工业废盐处理途径。

所以,一个小小的废盐处理,难倒了多少化工行业的有识之士。


记者:与现有废盐处理技术相比,新型技术有哪些优势?

李大鹏:我们的技术准确说叫危险工业废盐无害化处理集成技术,英文Hazardous Industrial Salt Waste Innocuous Disposal Integration,简称为HDI,是由杭州碳氢科技研究有限公司主导并联合国内著名大学、科研院所及国内外相关领域权威专家开发、拥有完全自主知识产权、国内首创的一种新型工业废盐处理技术。

其核心是采用高倍率颗粒循环及快速热量分散技术,在高温及高活性转化助剂的协同作用下,使废盐中的可溶性盐与反应体系中的活性硅、铝物质在毫秒级时间尺度内快速高效反应,生成具有稳定晶格网络结构、对环境无害并可用作油气开采压裂支撑剂和建筑材料的惰性玻璃相和矿物晶体物质,从而实现工业废盐的低成本无害化处理和资源化利用。

与现有工业废盐处理技术相比,HDI具有五大特点:

一是工艺理念先进。HDI的杂盐转化炉等核心设备结构设计独特,显热回收系统突破了现有辐射式废锅、半辐射式废锅结构复杂、易挂渣、堵塞、结疤而无法长周期运行且热效率较低的技术瓶颈,关键设备提升管结构紧凑简单,无内部件、移动件和膨胀节,可实现安全、长周期运行。

二是技术集成度高。研究团队在充分吸收采纳现有处理技术的优势、摒弃其不足和缺陷基础上,耦合了炼油工业的提升管、快速裂解(分解)、循环流化床高倍率循环以及热量快速分散技术,将惰性颗粒循环倍率提升至约90倍,将提升管的温度控制在600~700摄氏度,将转化炉的密相床温度控制在适宜的固溶体液相点温度区间,实际运行中,可根据工业废盐的组成差异确定其操作温度。HDI转化炉有3个温控区,通过人工智能控制系统对作为热载体和具有反应活性的循环物料量进行调控,从而达到对温控区的精准控制。

三是原料适应性广。HDI所用的添加剂是根据装置系统的操作参数、待处理的工业废盐组成以及无定型玻璃体固溶体产物的相平衡数据,按照特定比例复配的富含硅、铝、氧、铁、锰、钙等元素的助剂,可根据被处理废盐组成以及处理后的主要用途灵活调节掺配,突破了常规高温焚烧无害化处理时对工业废盐金属元素和非金属元素的刚性限制。

四是可保证装置能够实现长周期稳定运行。该技术废盐转化炉核心设备的独特结构设计及操作条件,规避了液态熔渣堵塞的风险和对管道的腐蚀,可确保整个装置连续、安全稳定运行。

五是技术经济性好、项目竞争力强。HDI核心转化炉的投资强度仅分别为水泥窑协同处置、高温熔融装置投资强度的1/2、1/5~1/3,加之基于高倍率颗粒循环理念的高效热量分散技术,以及高效转化助剂,可同步实现工业废盐转化过程中的显热高效利用、危险废弃物高效转化,从而大幅降低了装置能耗和运营成本,具有显著的经济性和节能环保性。以5.6万吨/年标准规模的HDI装置为例,工程投资概算1.1亿~1.3亿元,项目的税后内部财务收益率(IRR)可达35%~40%。


记者:业内最关心的节能环保性何如?

李大鹏:由于采用了高倍率惰性颗粒循环和高效热量分散技术,以及独具特色的协同效应添加剂,HDI可将固体废物中的可溶性盐、重金属等危险物质固化转化为玻璃相含量超过90%、对环境无害的惰性玻璃状矿化物——硅铝长石、方钠石、蓝方石等。同时,将有毒有机物分解为二氧化碳和水。所得玻璃体的水溶性盐总含量小于1%,远低于国标10%的要求;水溶液电导率为0.127毫西门子/厘米,仅为饮用水的1/10,基本无可溶性盐溶出。处理过程散发的余热,回收后副产高品质蒸汽,用来发电或直供工业园区相关企业用汽、采暖;装置烟气经脱硫、脱硝、除尘处理后实现超低排放。

工程化试验表明,HDI可将工业废盐全部转化,是迄今为止国内唯一能够将含有大量氯化钠、硫酸钠等可溶性盐转化为玻璃相产物的技术。

国内首创危险工业废盐无害化处理集成技术!

这是宁东能源化工基地堆积的工业废盐。目前该基地已经有60万吨工业废盐需要处理。HDI技术第二个示范项目将建在宁东基地(受访者提供图)

记者:HDI下一步打算做什么?

李大鹏:从2000年以来,HDI技术团队用10年时间进行了理论研究并解决了高钠煤运行技术难题,2010~2017年进行了工程化试验,至今已完成了HDI核心设备、核心基础工艺包、核心装置设计开发,下一步将分别选址宁夏宁东能源化工基地和蒙古鄂尔多斯现代煤化工基地进行工业化应用推广。

进展快的是内蒙古鄂尔多斯煤化工基地的工业杂盐处理项目,概算总投资为1.19亿元,设计年处理工业杂盐5.6万吨,已完成项目可研评审,工艺包开发及工程设计等工作现已全面启动,预计将于今年下半年开工建设,2022年5月中交,6月投入试运行。


记者:您如何看待HDI的应用前景?

李大鹏:我国煤化工、石油化工、农药、制药、精细化工、印染等行业工业废盐产生量约1500万吨/年,垃圾焚烧产生的飞灰总量近1000万吨/年,煤矿疏干水结晶盐产生量约1500万吨/年。

这些工业废盐中的可溶性盐含量大多超过90%,并含有重金属和氯苯类、硝基苯类、酚类难降解的有毒有机污染物,均被环保部门按危险固体废弃物进行严格管控。

根据2020年6月1日起实施的《危险废物填埋污染控制标准(GB18598-2019)》,这些工业废盐必须进行刚性填埋。即便不计算存量部分,每年仅新增的工业废盐处理费用就将近1000亿元,其中煤化工行业新增的工业废盐处理市值就将超过75亿元/年。

一旦HDI技术得以推广,这个市场将会变得相当可观。事实上,可研评审结果公开后,短短20多天,已经有十几家大型能源化工企业主动与我们对接,洽谈HDI应用与合作。目前,宁夏环保集团已经获得了我们的技术许可,将建设数套HDI工业化装置,处理宁东能源化工基地不断增加的工业废盐。

在这里,我要特别说一下对煤化工废盐处理的影响,废盐处理一直是煤化工一道过不去的坎。

跟踪统计发现,煤化工企业每转化1吨煤,就会产生约10~13千克工业废盐。这些废盐有些来自原料煤,有些来自催化剂,有些来自原水/循环水和助剂,有些来自酸/碱/盐等药剂,但最终都会以废水或浓水形式排出。

由于这些废水或浓水中不仅盐含量高,且含有其他有机物和重金属,化学需氧量高、毒害性大、腐蚀性强、处理难度大,已经成为制约煤化工零排放和可持续发展的最大障碍之一。

尤其地处水资源短缺、生态脆弱、环境容量小、缺乏江河湖泊等自然纳污场地的西部大型现代煤化工项目,废盐能否无害化处理并资源化利用已经成为决定项目能否上马或者建成项目能否正常生产并盈利的关键因素之一。

如果HDI技术能从根本上解决煤化工的这个心病,我相信煤化工产业一定能实现高质量可持续发展。


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