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浅谈全面发展循环经济对磷化工行业健康持续发展的重要性

来源 : 广西越洋化工实业集团       发布时间 : 2010-04-27   点击量 :  

前  言

人类在推进工业化的过程中,创造了巨大的物质财富。同时,也付出了巨大的资源和环境代价。人们越来越感到自然资源并非取之不尽、用之不竭,生态环境的承载能力也不是无限的。人类社会要不断前进,经济要持续发展,客观上要求转变增长方式,探索新的发展模式,减少对自然资源的消耗和生态系统的破坏。

循环经济是一种以资源的高效和循环利用为核心,以减量化 (Reduce)、再使用 (Reuse)、再资源化 (Resource)为原则,以低消耗、低排放、高效益为基本特征,符合可持续发展理念的经济发展模式。是在减量化的基础上,实现经济规律与生态规律的结合,将上一个环节的污染变成下一个环节的原料,尽可能延长这样的链条,并将其覆盖到生产、流通、消费、社会各个领域,实现节约资源、变废为宝、资源再生、污染零排放,实现经济效益、社会效益、环境效益的有机统一。

磷化工行业的可持续发展必须依据循环经济的理念,依照自然界生态过程中共生耦合的原则和物质循环的方式,规划磷化工生产系统,促进磷煤硫不同资源行业的横向耦合,实现延伸产业链、拓宽产业幅、壮大产业群,提高物资、能源的梯级利用效率,实现资源和能源消耗最小化,废物产生最小化,改善磷化工生产对生态环境的影响,使传统的工业发展模式向生态化方向发展,推动磷化工走上一条“低耗能、零排放、综合效益”的循环经济发展道路。

一、磷、磷酸、磷酸盐工业近年来在我国发展迅速

磷、磷酸、磷酸盐是冶金、石油、化工、电子、医药、食品等行业不可缺少的原料。我国磷化工行业总生产能力已超过1200万吨,产品品种(规格)约100个左右,产量达850万吨,其中生产能力在1万吨/年以上的有10多种。如三聚磷酸钠、磷酸氢钙 (DCP)、磷酸二氢钾、五硫化二磷、磷酸氢二钠 (DSP)、六偏磷酸钠 (SHMP)、磷酸钠 (TSP)、三氯化磷等。我国黄磷的产能和产量占世界的75%以上;磷酸、三聚磷酸钠和饲料磷酸盐等产量均居世界第一。磷化工发展己从磷肥和黄磷为主的初级磷矿加工发展成为以黄磷深加工和磷酸精细加工为主的精细化工产业,产品的精细化和专用化将更加丰富。我国已成为全球第一大磷化工生产国。

当前,世界原主要磷酸盐生产国受产业结构调整、原材料、能源、环保法规等因素影响,生产萎缩。大宗的基础磷化工产品的生产有从发达国家向发展中国家转移的趋势。2008年我国出口的磷酸和三聚磷酸钠分别为50万吨和56万吨,出口量均居世界首位。我国磷化工年产量占全球总产量65%,但其中出口的基本上是传统的、大宗初级磷化工产品,属于“资源输出”,留下了“污染”的不利局面,引起了严重的后果:①产品能耗高(1吨黄磷耗电14000度);②排放量大、污染重:③低值产品出口多;④而高纯、高附加值磷化工产品依赖进口。

二、无机磷化学工业企业污染物排放现状

据测算,2006年无机磷化学工业排放污水量约为6800万吨,约占全国工业行业废水排放量240.2亿吨的0.3%,约占化工原料和制品业废水排放总量39.15亿吨的1.74%。废水排放中的总磷,会对水体造成富营养污染。2006年,全国废水中化学需氧量排放量1428.2万吨,工业废水中化学需氧量排放量542.3万吨。经测算,无机磷化学工业废水COD排放量约4080吨,约占全国COD排放量的0.1%; 无机磷化学二氧化硫排放量约为2.5万吨,占全国二氧化硫排放量的0.09%,占化学工业硫排放量的3%。据测算,无机磷化学工业的粉尘排放量为6000吨,约占全国工业粉尘量的0.01%。

磷化工企业排放的污染物具有种类多、数量大的特点。以黄磷企业为例,国内黄磷生产厂100多家,总产能达到150万吨/年。每生产1吨黄磷排放尾气2800~3000 m3、磷渣10~12 吨。目前每年黄磷企业向大气排放的尾气高达12亿标m3,排放的二氧化硫量达12000 吨/年、氟化物1000 吨/年、元素磷120 吨/年,新增的磷渣量达800万吨左右,而新增的堆存量在百万吨以上,给环境带来了巨大的危害。而磷酸的三种制取方法(有热法、湿法和窑法),均存在废水、废气、废渣等污染物的排放。

三、国家针对高耗能企业节能降耗、高污染企业节能减排的宏观政策

近来我国相继出台了一系列促进高耗能企业节能降耗的宏观政策,国家发展改革委曾发布了对电解铝、铁合金、黄磷等8个高耗能行业实行差别电价的政策,明确对这些行业中淘汰类和限制类企业用电实行加价的时间和标准,禁止对高耗能企业实行优惠电价。国家环保局要求黄磷行业编制了《黄磷工业污染物排放标准》。该标准将严格限制黄磷生产企业的""三废""排放,将淘汰一批不达标企业。国家发改委还陆续出台了《黄磷行业清洁生产评价指标体系》、《黄磷单位产品能源消耗限额》、《黄磷行业产业政策》等一系列政策法规来规范管理黄磷行业的生产和发展,一些落后企业将面临着遭淘汰的危险。因此,新标准的出台将会促使黄磷企业采用更多先进的节能技术,使行业的节能降耗迈上新台阶。

2007年6月《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》要求:控制高耗能、高污染行业过快增长。加快淘汰落后生产能力。修订《产业结构调整指导目录》,鼓励发展低能耗、低污染的先进生产能力。“十五”时期,我国经济发展主要是两个指标(二氧化硫排放量、是化学需氧量)未能完成。为此,“十一五”确定:主要污染物排放总量减少10%是一项约束性指标。全国主要污染物每年应减排2%。

我国是世界上磷化工产品最大生产、消费和出口国,生产中的废水、废气、废渣会对环境产生一定影响。最近,国家环境保护部委托中国无机盐工业协会研究磷酸盐和无机磷化物工业""三废"" 污染防治技术及起草编制""无机磷化学工业污染物排放标准""。标准确定10项水污染物排放的控制项目:pH值、悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、单质磷、总磷 (以P计)、总砷、总氮 (以N计)、氨氮 (以N计)、氟化物 (以F计)和单位产品基准排水量 (m,n产品)。大气污染物排放控制项目共4项:颗粒物、二氧化硫(以S02计)、氟化物(以F计)和单位产品基准排气量。企业边界大气污染物限值指标共5项:颗粒物、二氧化硫、氟化物(以F计)、五氧化二磷和砷及其化合物。这将迫使磷化工企业更加全面地实行循环经济、走节能减排之路。  

四、磷化工行业要健康持续发展必须构建循环经济产业链

我国当前环境形势相当严竣,全国污染物排放总量很大,主要污染物排放量超过环境承载能力,长期积累的环境问题尚未很好的解决,新的环境问题又在不断产生,一些地区的环境质量仍在恶化、有的甚至已经到了极为严重的程度。分阶段出现的环境问题在我国己经集中出现,生态破坏和环境污染造成了巨大的经济损失,给人民的生活和健康造成了严重影响。近年发生的一些污染事件在国内、国外都造成了极大的负面影响,同时也为我们敲响了警钟。要改善我国的环境质量,就必须大幅度削减污染物排放总量。现行的无机磷化学工业污染物排放必须得到严格控制。

循环经济要求企业节能降耗、提高资源利用效率、实现减量化;对生产过程中产生的废弃物综合利用,并延伸到废旧物资回收和再生利用;根据资源条件和产业布局,延长和拓宽生产链条,促进产业间的共生藕合。在宏观层面上,循环经济要求对产业结构和布局进行调整,建立和完善全资源循环利用体系。

在自然生态系统中,磷是重要且不可短缺的元素,磷的再生循环过程是最慢的物质循环过程之一,在对人类有意义的时间范围内,磷是一种难以再生的稀缺资源。无机磷化学工业是国民经济的重要基础工业,要实现整个社会的和谐发展,无机磷化学工业就必须走最有效利用资源和保护环境的循环经济之路、走新型工业化道路,才有可能实现无机磷化学工业的可持续发展。

磷化工的生产主要分为如下4个重要环节:

其中耗能主要在第二环节—黄磷的生产,废水、废气和废渣等污染物的产生主要在第二、三环节—黄磷、磷酸的生产。

1、必须以循环经济的思路加快建设黄磷等磷化工生态工业园区

现在我国黄磷生产在世界是第一位,但黄磷的生产方法比较落后,大量的废气、废渣不能尽快利用,整个生产成本比较高,环境污染严重。从循环经济的角度,黄磷的生产应形成磷、煤、电、硫及多种化工产品按比例、多联产的生态工业园生产方式。如磷化工园由采石场、磷矿、煤矿、火电厂、净化厂组成,几个厂建在较近的地方,以磷、煤为龙头,把黄磷厂生产的废渣(生产1吨黄磷会产出9吨左右的磷渣)送到建材厂去,尾气送到净化厂去,净化厂净化后产生的尾气,送到一个硫磷互生的回收厂去。黄磷生产时产生的大量废气、废渣的需要综合利用,磷矿资源内含有的伴生钙、硅、氟、碘等有用元素需要回收和循环利用。应大力发展:磷石膏综合利用制建材,制硫酸联产水泥;热电厂燃煤锅炉烟气活性焦脱硫制硫酸;黄磷炉尾气综合利用发展碳一化学品;废水循环使用;黄磷炉炉渣制活性微粉、磷渣水泥、微晶玻璃等。

2、现在有许多磷化工企业已经或正在按照循环经济的理念改进、建设黄磷等磷化工生态工业园区。

例如:

①贵州省的开磷集团实施循环经济项目10余项,建设年产10亿块新型磷石膏砖项目;公司的矿山充填采矿法使资源损失率由30%降低到15%以下;精制磷酸、无水氟化氢项目的研究也在顺利推进;以硫磺制酸生产过程中产生的余热发电,开展了磷肥生产水资源综合利用、合成氨系统优化节能技改、热电联产能源综合利用和磷肥含氟废气吸收液生产无水氟化氢中试装置建设等项目,使140万吨/年规模的磷化工生产废水循环利用率达到了90%以上,工业园内已经实现废气100%达标排放、废水100%循环利用不外排,一部分废水经处理后返回生产系统使用,一部分用于厂区、生活区景观喷泉、花卉种植、养鱼及绿化。在企业内部初步形成了“磷—煤—电—建材”环境友好的生态工业产业链,创造了现代企业应当具备的“资源—产品—再生资源—产品”的循环物质流动模式和内部循环经济体系运行模式。  

②贵州省开阳安达磷化工公司的产业链也是越走越细——将90%以上的黄磷尾气引进水洗塔进行高压水洗、碱洗等,去除磷化物、砷化物等杂质,再将净化后的黄磷尾气送至合成车间,代替煤气用于生产五钠的聚合热源。尾气热源用于回收磷泥中的黄磷,磷渣掺和量高达90%以上的磷渣废料制造磷渣砖和微晶玻璃,磷酸产品成为生产白炭黑的原料等。

③湖北省兴发集团全面推行分层式全层开采,真正做到采光挖净。将高品位块矿用于生产黄磷,再用于生产精细化工产品,确保了富矿精用;将贫矿精选后生产湿法磷酸及其下游产品,坚持了贫矿尽用,使磷矿资源利用品位从现在的26%以上降低到18%;兴发集团投资6000多万元改造厂区地下管网、兴建污水循环池等设施,对地表水进行收集处理,每年节水800多万吨以上。投资2000多万元建设新型流化床锅炉替代链式锅炉,将黄磷尾气回收用作生产五钠、六偏的燃料,使尾气回收率达95%以上。投资近亿元建设磷酸余热回收利用装置,每年可降低原煤消耗10万吨。投资3亿元兴建磷渣制水泥装置,实现磷渣就地消化。建设高传热效应的热管余热汽包工业装置、建成磷泥烧酸装置、配套生产次磷酸钠、用次磷酸钠副产品和残渣生产饲料钙。对亚砜废盐进行回收,替代五钠生产所需的硝酸钠。

④云南省南磷集团通过节能降耗和资源综合利用,走出了一条煤、电、磷化工、氯碱化工、建材行业一体化的循环经济之路。集团用电石泥废渣、黄磷厂产生的磷渣及电石厂的石灰粉经煅烧分解成水泥熟料,水泥熟料与热电厂锅炉排出的粉煤灰配制成水泥,兴建了80万吨的水泥厂。基本上把整个集团的工业废弃物都利用了。热电厂产生的蒸汽供烧碱、PVC树脂生产使用,发电供电解生产烧碱和冶炼电石。PVC装置乙炔工段采用先进的布袋除尘工艺,回收的电石粉尘回用于生产系统;电石渣上清液经冷却和膜处理后,全部返回乙炔系统循环利用;聚合母液水通过膜过滤技术处理后又返回到生产系统循环利用。从而实现了节能减排的循环经济生产模式。

从以上公司经验可以看到,通过“多联产”的循环发展模式,建设磷化工生态工业园区,拉伸磷化工产业链,是可以取得显著的生态效益和经济效益。循环经济的重要形态是生态工业,生态工业通过模拟自然生态系统建立工业系统“食物链网”,即生态工业链网。通过规划建设生态化工园区,在园区内集中发展门类多样的化工产业,促进企业间的相互交流和共同发展。通过合理规划,建立企业间类似生态系统中的食物链,使化工产品和副产品在系统内有效流动,形成互为利用的生态共生关系;同时,在园区企业内推行节能减排、清洁生产,具体体现循环经济模式;还要对生产过程中的废物进行无害化或减害化处理后再排放到周围的环境中。

当前,我们还存在许多磷资源利用不合理、产品附加值低和副产物利用不充分等问题。这些磷化工生态工业还不完善的企业,必须根据物质代谢分析原理,通过深加工延伸产业链,提高主导产品附加值,按照循环经济理念规划磷化工业生态产业链,促成节能减排,才能实现可持续发展。

3、热法磷酸生产中污染物的减量化、再使用、再资源化

在热法磷酸生产中,存在有尾气排放、脱砷中硫化氢气体自然排放、含磷或磷酸根的废水外排、少量含砷泥渣的地埋式排放等等,都对环境带来危害。故也需要利用循环经济理念进行减量化、再使用、再资源化。

例如,广西的防城港本不是磷矿产地,但由于它拥有我国大西南出海最便捷通道的大港口区域优势,近年来,不少磷化工企业为了节约物流成本,逐渐把深加工基地向广西沿海转移。经过几年的发展,由防城港市统筹规划、广西磷化工行业协会牵头建设的大西南临港工业园热法磷酸循环经济产业园已经建成,防城港已成为广西最大的磷酸生产基地和中国最大的磷酸出口基地,在国际上具有举足轻重的地位。现有磷化工企业18家,设计产能30多万吨,其中已投产的越洋化工、泛林工业等8家磷酸企业在 2008年出口磷酸26万吨,比上年增长65%,占全国磷酸出口量的50%。

令人欣慰的是,在防城港的磷化工产业园区内,新建成的越洋化工、泛林工业、昕隆化工、顺誉化工等一批磷化工企业,均采用国内先进的热法磷酸生产热能利用技术,停用燃煤锅炉,杜绝产生废气、废渣和二次污染。同时,他们还加强热能回收再利用,减少循环水的用量,提高产品质量。以应用新工艺生产来计算,磷酸尾气中的五氧化二磷含量降低了5个百分点,回收率达99.9%,产品基本达到电子级、液晶级标准。同时,在防城港市环保局指导下,在龙头企业越洋化工、泛林工业等带动下,防城港磷化工产业群从2009年4月到2009年底按循环经济理念进行了节能减排大改进,对硫化氢废气进行回收处理、对尾气进行提高回收利用率的技改,对含磷废水进行回收循环利用,对含砷泥渣进行统一保管回收处理,正是这些措施的有机结合,便形成了防城港磷化工产业园区循环经济系统的总体结构,实现了工业园区循环经济系统的可持续稳定发展。

4、湿法磷酸生产中污染物的减量化、再使用、再资源化

湿法磷酸生产中产生的废气以含氟废气为主,产生的废渣以磷石膏为多。故需要加大对含氟废气的回收利用,把氟硅资源变废为宝。

磷石膏是湿法磷酸生产中不可避免的废弃物,一直是我国乃至世界湿法磷酸工业噬待解决的重大问题。我国湿法磷酸的磷石膏年排放量达到3500万吨以上,而且每年以15%的速度增长,累计磷石膏堆积量超过亿吨,其中利用率不到10%。故需要对于磷石膏的处理和利用进行大量的研究开发。目前国内外对于磷石膏的利用主要有:

① 利用磷石膏作为石膏粉体材料和建筑材料等。(如贵州省的开磷集团建设年产10亿块新型磷石膏砖项目);②利用磷石膏作为造纸和油毡生产的填充剂;③利用磷石膏制硫酸联产水泥 (如奥地利林茨化学公司、中国山东鲁北化工集团等)④从磷石膏回收硫制酸并联产筑路材料 (如美国SW公司);⑤利用磷石膏制硫酸钾、碳酸钙;⑥利用磷石膏作为土壤改良剂。

应该说,搞好磷石膏的综合利用与再资源化,对于解决我国硫资源的紧缺,发展循环经济,构建生态磷化工,实现人和自然环境的和谐,是利在当代,功在千秋。目前,湿法磷酸的精制己经工业化和国产化,其磷酸质量可达食品级。磷酸一硅酸钠可生产磷酸钠盐、联产二氧化硅等,大幅节约了原料、降低了成本,减少了三废排放。

结    语

21世纪磷化工的发展重点是以精细化、功能化、专用化为主。一些能耗高、污染严重、经济效益差、不能适应市场竞争的小生产厂必将遭遇关、停、并、转,鼓励建设大型磷化工基地,磷化工行业集中度将会提高,磷化工需要区域布局优化,需要技术创新,加大对对氟硅资源、磷石膏、尾气的利用。近几年磷化工行业不断开发出清洁生产工艺,取得了可喜成绩。如热法磷酸的高效回收黄磷燃烧热;使用中低品位磷矿的窑法磷酸己取得突破性进展;生产过程回收氟、废渣用于低温耐火砖或建材;三聚磷酸钠尾气的高温膜除尘技术己获得成功;黄磷污水全封闭循环、一些热法磷酸企业生产用水全封闭循环;黄磷炉尾气综合利用发展碳一化学品;废气实现了干法布袋或戈尔膜除尘装置或湿法除尘;磷石膏大量用作建筑材料等等。

循环经济系统在区域经济系统的整体优化运行中具有极其重要的战略性指导作用。“没有绝对的废物,只有放错地方的资源”。循环经济是未来社会的必然发展趋势,按照循环经济发展模式,合理利用磷矿资源、发展磷化工产业群,搞好相关产业的交叉藕合和纵向产业链的拓展延伸,加大对环境无害化技术的联合攻关,组建资源闭路自循环的产业生态园区,是当今磷化工产业发展的必然选择,才能使磷化工产业的发展形成更加完整的产业链,提高综合经济效益和环境效益,有效地克服工业现代化进程中出现的环境与资源危机,为磷化工行业实现可持续发展带来不竭动力!


(注:本文荣获“第十六次全国磷酸盐行业学术技术交流大会”论文评选优秀奖)


广西越洋化工实业集团(广西磷化工行业协会)

2010-4-9                  

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