中國氯堿行業(yè)碳排放現狀及碳減排實施路徑

劉鑫 吳鵬

摘要：為堅決貫徹國家關于實現碳達峰、碳中和的政策要求，氯堿行業(yè)已經開展了相關產業(yè)政策、碳排放現狀、行業(yè)發(fā)展趨勢和熱點等重大問題的研究，以碳達峰、碳中和目標為契機，通過加快調整產業(yè)結構、推動科技創(chuàng)新、不斷提升能效和增加清潔能源使用等切實有效的措施，加快行業(yè)綠色低碳轉型和高質量發(fā)展，力爭盡早實現碳達峰，為國家總體實現碳達峰目標和碳中和愿景做出積極貢獻。

關鍵詞：中國氯堿行業(yè);碳排放現狀;碳減排;實施路徑;

引言

“十四五”中國氯堿行業(yè)的主題是實現低碳綠色發(fā)展和高質量發(fā)展，行業(yè)堅決貫徹國家關于碳達峰、碳中和的相關政策要求，努力實現行業(yè)結構的轉型升級，實現產品能效的不斷提升，持續(xù)降低碳排放、污染物排放和能耗水平，持續(xù)提升企業(yè)的核心競爭力，為把中國由氯堿大國建成氯堿強國而不懈努力。

一、中國氯堿行業(yè)碳排放現狀

中國氯堿行業(yè)以間接碳排放為主

在不考慮原鹽、電石和乙烯等原料的情況下，中國以燒堿和聚氯乙烯為主要產品的傳統(tǒng)氯堿行業(yè)碳排放主要集中在電和蒸汽等能源方面消耗，電的使用貫穿氯堿行業(yè)整個生產工藝。其中，電解工序電消耗造成的間接碳排放占主導地位，聚氯乙烯聚合和氯乙烯合成單元耗電也較為明顯。除電外，蒸汽也是主要能耗之一，蒸汽主要消耗在化鹽水加熱、鹽水升溫、蒸發(fā)濃縮、鹽酸常規(guī)解吸、聚氯乙烯工序熱水升溫、漿料中氯乙烯汽提以及PVC干燥等環(huán)節(jié)。

不同工藝路線聚氯乙烯產品加大節(jié)能減碳力度

國內聚氯乙烯根據生產過程中原料來源和生產工藝路線的不同，主要分為電石法聚氯乙烯和乙烯法聚氯乙烯兩種。西部地區(qū)以煤炭為初級原料的電石法聚氯乙烯生產工藝，依托煤炭資源豐富的優(yōu)勢，在新疆、內蒙古、陜西、寧夏等地區(qū)逐漸形成了一批大型化、一體化“煤電鹽化”的產業(yè)集群，在中國氯堿行業(yè)整體布局中的地位十分重要。

氯堿行業(yè)不斷提高氫氣的利用效能

工業(yè)鹽電解生產燒堿和氯氣的同時聯產氫氣。氫氣既是清潔高效能源，又是有機精細化工合成的良好還原劑。2020年國內氯堿行業(yè)副產氫氣91萬t，氯堿企業(yè)除大部分合成氯化氫進行聚氯乙烯生產外，耗氫產品主要以雙氧水、環(huán)已胺、合成氨等為主，企業(yè)副產氫氣自用率達到83%。部分氫氣通過管道、鋼瓶或用魚雷車等方式進行銷售，外售量占比14%。剩余少量氫氣排空，排空量約占3%。

二、中國氯堿行業(yè)碳減排實施路徑

二級反滲透濃水回收利用

化學純水過程中反滲透再入水裝置產生的二次濃縮水回收率約為60%，加入100m3 / h的二次反滲透循環(huán)濃縮水裝置，脫鹽率≥97%。生成的純水可用于乙烯基氯化物分支熱水槽的合成、整流蒸汽冷水供應、鹽酸車間熱水供應、供冷蒸發(fā)冷水供應和聚合干燥沖洗水。產生的第三濃度水用于綠化和洗浴用水，從而節(jié)省510 000 m3/a的一次用水量。

膜法脫硝技術

鋇法和鈣法是硫酸鹽去除最常用的方法，該方法為輕質日光（用量）→沉淀池→晴朗溶液→鹽黃土體系。上述兩種方法的缺點是顯而易見的，它們不僅給環(huán)境造成了很大的負擔，而且還造成了很高的運營成本，特別是鋇法，上述問題更加明顯。采用CIM膜脫硝技術將硫酸鈉與太陽分離是一種物理方法，既不涉及廢物液體的排放，也不需要添加硝酸鹽試劑，因此是無毒無害的。CIM專用膜具有多種優(yōu)點，如膜面面積大、膜面水流好、結構密度大、占地面積小、操作靈活性大、生產穩(wěn)定等。預處理時不使用活性炭過濾器防止膜飽和后被游離氯損壞，膜也防止SiO2和活性炭污染，不再考慮活性炭再生過程引起的問題。整個過程系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)控制，該系統(tǒng)具有邏輯控制、工藝參數顯示和檢測等完整功能，能夠協調前后過程，充分保證膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（三）固堿蒸發(fā)二次蒸汽冷凝水回收利用

固體堿蒸發(fā)時產生80m3/h二次蒸汽冷凝。最初的設計是重新利用含堿的二次蒸汽冷凝器用于主要的陽光澆注料柱，但澆注料池中使用的陽光已經足夠了。剩馀的40m3/h二次蒸汽凝結水被引入污水處理廠。經檢測分析，二次蒸汽冷凝液在總硬度和總堿度方面優(yōu)于一次水，但pH值超過標準。進入污水處理廠不僅增加了處理負擔，而且增加了處理負擔。通過分析，二次蒸汽冷凝器的pH值一般為9.0 ～ 11.0，溫度約為80℃。pH值與鹽酸調節(jié)后，氯離子含量為ca。50mg/L，可在與太陽熱交換后用作循環(huán)補充水。

（四）廢氣污染防治及減排

（1）在氯氣的生產、使用、儲存和填充方面，安裝了氯氣在線監(jiān)測和報警報警器，有利于氯氣泄漏的早期檢測和早期處理。（2）建造了事故氯氣廢氣處理廠，出售了兩級堿吸收和產生的次氯酸鈉;（3）建立了事故氯負壓收集系統(tǒng)，事故氯負壓排氣管可以完全復蓋氯的生產、使用、儲存和裝填范圍。（4）對存放和使用液氯的主要場所實行了完全封閉的生產管理，從而有效地防止了發(fā)生事故時氯氣泄漏。（5）充填區(qū)設有完全封閉的負壓事故處理室，可快速有效地處理泄漏鋼瓶，防止氯氣泄漏。（6）在氣缸加注平臺上安裝負壓吸入軟管，可快速處理充液過程中液體氯氣管道和氣缸問題引起的氯氣泄漏。（7）所有液氯輸送管道均配有壓力管道和替代管道，以便能夠快速高效地處理液氯事故管道。

（五）固廢的處理和減排

電解法制備氯化鈉為原料的氫、氯和納龍液時，從太陽精煉部提煉出來的污泥被過濾成固體鹽泥，主要用于制造石板瓦和垃圾填埋場作為一般固體廢物。當前，鹽泥的工業(yè)利用尚未普及，因此有必要大力探索鹽泥等工業(yè)固體廢物的綜合利用，提高其利用水平。鹽泥的主要成分是NaCl、Mg（OH）2、CaCO3等。可以用來制造建材。可與副產物鹽酸一起實施，使鎂鹽以離子形式存在，然后與緩蝕劑混合干燥，制成雪融劑，也可用作鉆井液添加劑和煤燃燒添加劑等。回收鹽具有一定的潛在發(fā)展效益，因此我們可以研究其開發(fā)利用，將廢物轉化為珍寶，實現安全處置和資源再利用。

（六）離子膜電解槽膜極距改造

該公司有4套電解裝置，分別為：10萬t / a北化工機械ZMBC-2.7、6萬t / a朝日玻璃公司F2-5.6、10萬t / a朝日玻璃公司B1和8萬t / a朝日玻璃公司ZMBC-2.7電解裝置。改造前，高側細胞電壓低，電流效率低，細胞性能下降，消耗日復一日地增加。在此背景下，本公司通過在原陰極組表面添加彈性活網對電解槽進行改造，使陰極組固定在陽極組上，并將陽極陰極距離從1.8mm降至離子交換膜厚度的2.2mm，從而降低了基本電池的電解電壓，降低了功耗。主要轉換內容如下：將該片改為膜片間隙，更換所有陽極和陰極器件及離子膜。2010年底對10萬t/a離子膜進行了改造。改造后，每噸納龍液的耗電量下降153千瓦·小時，年節(jié)電1500多萬千瓦，年節(jié)電900多萬元。2011年底對8萬t/a離子交換膜進行了改造。電極間隙變化前，當操作電流為12.0 ka時，平均電池電壓為3.25v;轉換后，如果運行電流為12.0 ka，平均電池電壓為3.01v，電壓降低0.24v。每臺電解槽132臺，年運行時間8000小時，電價0.60元/ （kW h），每臺電解槽約175萬元，5臺電解槽節(jié)省875萬元。此外，電解槽膜間隙改造后，電解槽的運行成本進一步降低，單個電解槽的性能提高（目前電子電解槽的運行電流為13 kA），給企業(yè)帶來了更大的經濟效益。

三、目前氯堿行業(yè)“雙碳”工作任務

制定統(tǒng)一規(guī)范的氯堿行業(yè)碳排放核算體系，完善行業(yè)碳排放核算方法和標準，包括劃分統(tǒng)計核算邊界，識別排放源，厘清涉及的主要設備清單等;研究氯堿行業(yè)碳資產存量和碳減排潛力;組織協調企業(yè)進行碳資產管理和碳資產盤查，對接全國碳交易市場。（2）重點引導企業(yè)開展能效對標工作，查找能效差距，挖掘節(jié)能潛力，提高生產運行能效，推動能效低于基準水平的企業(yè)開展節(jié)能降碳技術改造，爭取盡快達到基準水平，能效處于基準水平的企業(yè)追趕標桿水平，促進行業(yè)有序節(jié)能減碳發(fā)展。梳理和總結行業(yè)節(jié)能降碳改造升級的先進典型，通過發(fā)布會、行業(yè)會議研討、案例匯編等形式進行觀摩和學習，宣傳典型經驗，利用龍頭企業(yè)和骨干企業(yè)引領行業(yè)發(fā)展，帶動整個行業(yè)整體能效水平的提升。（3）加強行業(yè)“雙碳”工作支撐體系的建設，成立專門的工作委員會，研究和貫徹落實國家有關的方針政策，溝通對接相關部門雙碳工作機構，及時反映行業(yè)問題與建議，同時系統(tǒng)開展修訂和完善相關產品的國家標準和行業(yè)標準，并加大力度制定行業(yè)重點產品系列的節(jié)能降碳相關團體標準，引導和推動行業(yè)節(jié)能減碳和綠色發(fā)展。

結束語

當前形勢下，氯堿行業(yè)必須重視節(jié)能減排措施的應用和發(fā)展，在生產過程中創(chuàng)新節(jié)能技術，有效降低能耗，節(jié)約成本，提高氯堿企業(yè)的清潔生產水平，為氯堿行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供動力。

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