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作者:顾志军 | 原创 来源:常州干燥机 | 时间2018年5月4日

年产2万吨聚合氯化铝PAC可行性报告

聚合氯化铝干燥机聚合氯化铝喷雾干燥机聚合氯化铝滚筒刮板干燥机

一、聚合铝絮凝剂的优良的清水

作为一种新型贸易化絮凝剂产品,必需具备三个基本前提:1)高效,即新型絮凝剂要比传统凝结剂的混凝效能具有明显的进步,并合用范围广;2)不乱,即新型絮凝剂应具有不乱的化学机能,能够较长时间储存而不变质;3)经济,即新型絮凝剂市售价格相对低廉,使用新型絮凝剂的运行药耗及用度应显著低于使用传统凝结剂。只有在知足这三个基本前提情况下,这种新型絮凝剂才有广阔的销售市场。聚合铝恰是目前技术最成熟,市场销量最大的无机高分子絮凝剂。大量应用实践表明,在水处理中使用聚合氯化铝替换传统铁、铝盐凝结剂,明显地进步清水效能,减少投药量,降低处理本钱,改善出水水质。聚合铝絮凝剂的优良品质主要表现在以下几方面:

1、强烈的凝结除浊效能:聚合铝比传统硫酸铝,氯化铁具有更强的凝结除浊效果,在相同处理前提下达到最佳凝结絮凝作用,聚合铝所需剂量比传统铝盐要减少2/3到1倍,处理本钱可节约30-40%。在相同投量前提下,使用聚合氯化铝能够获得比传统铝盐更低的残余浊度,因而可以较低剂量得到最佳处理效果。

2、良好的脱色及去除腐植物质效果:聚合铝不仅具有强的凝结除浊效果,而且也具有良好的脱色及去除水中有机腐殖质的效果。同时对有害、有毒有机物及病菌,病毒去除也有较显著进步。

3、广泛的pH合用范围:聚合铝絮凝剂的pH合用范围比传统铝盐要宽得多。一般传统凝结剂硫酸铝和氯化铁盐在pH>8.0时,因为天生氢氧化铝沉淀而降低其处理效果,而聚合铝在pH<10的范围内均会等到较好的处理效果。

4、较强的水质合用范围:因为聚合铝产品具有较宽的碱化度调整范围(碱化度可从40%调整到90%)和较强的复配作用,因此对于任何给水、废水,通过调整产品的碱化度或复配各种无机或有机化合物都可达到最佳处理效果,尤其对低碱度及高有机污染水质。

5、良好的絮凝沉降效果:聚合铝能够显著进步固液分离效率,改善沉降过滤及污泥脱水机能,从而缩短沉淀池的停留时间,增加产水量。另外,因为絮凝体大而紧密而易于过滤和污泥脱水。

6、较好的低温低浊水处理效果:一般对于低温、低浊水(<5℃)以及低碱度水,传统混凝剂如硫酸铝的混凝除浊效能会显著降低并导致出水水质恶化,而使用聚合铝,不管对低温仍是低碱度的水,都能获得较好的混凝除浊效果。

7、较小的pH降低:因为硫酸铝或氯化铁,聚合硫酸铁等凝结剂水溶液酸度较大,因此处理后水质pH值下降显著,尤其在高浊度水质处理过程中,投量增大而导致处理水质pH降低超出正常饮用水水质pH范围(6.5-8.5),因此需再投加碱液进步水pH值。使用聚合铝,因为酸度较小,处理后水质pH降低不显著,因而无需投加碱液来进步水质的pH值。

8、较低残留铝含量:使用传统硫酸铝,处理水中的残留铝含量一般为150--255ug/l,而使用聚合铝絮凝剂,其残留铝含量只有40--55ug/l。

二、应用范围

聚合铝絮凝剂在给水和废水处理领域具有十分广泛的应用。如在城市、产业给水处理方面,它合用于任何水源水质处理及回用净化过程,尤其在微污染较严峻的各种源水的处理,低温低浊低碱度源水的处理,纯清水的预处理以及火力发电厂、钢铁厂等给水净化处理等方面,水质浊度去除率可高达95-98%以上。在产业废水处理方面,一般采用聚合铝与有机高分子絮凝剂配合使用,这不仅可明显降低废水处理用度,而且可显著进步处理效果。它不仅可强烈地去除废水中细微悬浮颗粒物,而且可有效去除水中的各种油份、色度、COD,去除率可达70-90%以上。如目前在油田回灌水,炼油厂,机加工厂的含油废水处理,洗煤,印染废水的除浊脱色处理,制药、造纸废水除浊除COD的处理,冶金,制革产业的除浊去除重金属的处理过程中,聚合铝产品都已得到了广泛地应用。此外,目前城市中水、糊口污水基本都采用生物处理,但大量运行实践结果表明,仅靠生物法处理城市废水,不仅运行负荷高,处理水质不能达标,而且运行用度也相对较高。目前很多城市污水都在研究采用强化混凝法或在生化前进行强化预处理或生化后进行深度处理,达到减少生化处理负荷,出水回用的目的。因此,聚合铝絮凝剂在城市中水、污水的强化预处理及深度处理中具有十分广泛的应用远景,尤其在城市污水回用,产业节水净化处理。此外,聚合铝在污泥脱水处理中配合阳离子有机高分子絮凝剂使用,可降低处理本钱并进步处理效率。

聚合铝除了广泛应用于各种给水和废水处理、污泥处置过程外,还应用于制药,化妆品及产业催化剂作为原料或添加剂,尤其在造纸行业,高纯(无铁)聚合铝作为造纸中性施胶剂,目前在国外已得到普遍应用。它可替换硫酸铝,显著进步纸品质量,降低本钱。此外,因为聚合铝絮凝剂无毒,高纯度聚合铝产品在各种食物、糖果、酒类、饲料产品的固液沉降分离过程中也有不同程度的应用。

三、出产工艺:

聚合氯化铝的出产就是控制铝、OH-、Cl-的比例和水解、聚合前提,出产出一系列的电荷中和能力、吸附架桥机能符合特定要求的铝盐混凝剂。在聚合氯化铝的出产中,H2O介入了反应,提供了OH-。在不乱熟化后,pH 值会有微小下降。因原料不同,聚合氯化铝的出产工艺路线也不同。有代表性的出产工艺主要有以下几种。

1、金属铝溶解法

该法所用原料主要是铝加工过程中的下脚料-铝屑、铝灰和铝渣、铝型材加工废渣等,在工艺上,该法可分为酸法、碱法以及中和法三种。

酸法是将含铝原料溶解于盐酸中,经反应加水,水解过滤,除去铝渣(可轮回使用),在一定温度下聚合一定时间, 不断测其盐基度至合格,得液体产品。该法具有反应速度快、设备投资少、工艺简朴、操纵利便的长处,是我国以金属铝为原料出产聚合氯化铝的主要产业化方法。但因为产品中杂质含量偏高,尤其是金属元素含量常超标,产品质量不不乱,设备侵蚀严峻;同时因为原料来源极为有限,出产过程会产生大量氢气、氯化氢、水蒸气、粉尘等,控制不当易引起爆炸,安全性较差,故多见于小规模露天出产或手工操纵企业。

碱法出产因为工艺复杂、投资大、本钱高,而且用碱量大,需大量盐酸中和至pH 为4-5,应用受到一定限制。

中和法则综合了酸法和碱法的长处,其主要机理是铝原料与盐酸反应后,通过铝酸钠调节盐基度,浓缩、除盐得产品聚合氯化铝。中和法的枢纽在于合成聚合氯化铝时,铝酸钠和AlCl3溶液之间的配比必需严格控制。

2、以结晶Al(OH)3为原料的制造方法

用结晶Al(OH)3为原料制造聚合氯化铝的方法可分为凝胶法、氢氧化铝酸溶二步法以及氢氧化铝酸溶一步法3种方法。

凝胶法是在常压下,结晶Al(OH)3在HCl中的溶解度较小,通常溶出液中Al与Cl确当量比小于1.0。为使当量比大于1.0,以直接得到盐基度符合产品尺度的聚合氯化铝,可将结晶Al(OH)3变为无定型态的凝胶状Al(OH)3。该工艺的枢纽是碳酸化分解。分解过程中若前提控制不当,制得的凝胶氢氧化铝在HCl中溶解性不好,即使溶解,产品的不乱性也不好。分解反应也可用NaHCO3代替CO2。此流程的长处是出产前提温顺,产品质量好;缺点是流程长,本钱高。 

氢氧化铝酸溶二步法有两次酸溶过程,产业Al(OH)3用H2SO4溶解天生Al2(SO4)3溶液,Al2(SO4)3溶液与氨水以一定的配比进行水解反应,制备活性碱式硫酸铝凝胶,反应完毕后,将料浆送入压滤机压滤,滤液(硫酸铵)回收,滤饼再与盐酸在常温下进行聚合反应,即可制得液体PAC成品。该工艺是海内外最重要的产业化出产方法,工艺简朴、成熟,投资少,产品质量不乱,机能好,本钱低,铝溶出率可达70%-95%。

氢氧化铝酸溶一步法出产工艺是将20%盐酸与氢氧化铝按质量比5.8:1 加入反应器,同时加入质量分数为5.8%的硫酸作助溶剂,搅拌、升温至80-90℃,保持体系压力在0.2MPa 左右,反应2.5h,此时大部门固体氢氧化铝溶解,以氨水调节体系pH 至3.5,得黄色透明液体,经降温、过滤得产品PAC。该出产工艺简朴,设备投资小、出产周期短、产品质量优良,是一种值得推广的出产工艺。另外,该方法也可以在反应釜中把氢氧化铝和产业盐酸混合平均,添加催化剂(低聚合度的聚氯化铝),用蒸汽加热,反应6-8h,然后在沉淀槽中沉淀,再在干燥机中干燥直接制得产品。该工艺更加简朴,产品重金属离子含量少(不含氟和汞)、不乱性高,盐基度可达到45%-50 %。

此外,亦有专利报道以磷酸(磷酸盐)催化剂,在反应釜中把氢氧化铝和盐酸(均为产业级)混合平均(0.4~1:2,最好为0.6~0.8:1),在蒸汽压为1~8Kgf/cm2,反应温度为110~150℃下反应4~5h,反应结束后,沉淀槽陈化2小时,上层清液即为聚合氯化铝。此种方法制的的产品外形为无定形,分散性好,铝含量高,盐基度高,市场价格较高!

3、以三氯化铝为原料的制备方法

以三氯化铝为原料出产聚合氯化铝可分为中和法以及热分解法2种方法。

中和法是在AlCl3溶液中加入烧碱、石灰石、碳酸钠等碱性物质进步OH-浓度,以促进AlCl3不断水解。不同加碱量可得到不同盐基度的聚合氯化铝溶液。此法出产的聚合氯化铝 适于在对水中Cl-含量及硬度要求不高的厂矿使用。

热分解法是在加热前提下,AlCl3分解进行到底可天生Al2O3和HCl。如控制热分解进程,可得到介于AlCl3和Al2O3之间的一系列中间产物,即不同盐基度的聚合氯化铝。其热分解可看作是在加热前提下配位水发生的水解反应。此法又可分为湿式和干式。湿式受分解温度限制,成品的盐基度一般较低,效率也低。干式用结晶AlCl3热分解,可得任意盐基度的产品,克服了湿式法的不足,但产品溶解性差。

4、以铝酸钙粉为原料

铝酸钙是用氧化铝含量高的矿(如一水硬铝石)加石灰石等经破碎、煅烧、磨细而成,其主要含铝酸一钙(Al2O3·CaO),化学成分为:Al2O347~55%,CaO6~35%,Fe2O31~5%,SiO26~10%。其工艺方法:于搪玻璃反应釜内,铝酸钙粉与盐酸(20%)混合,自热反应,反应后釜内温度大于80摄氏度,可保持2h以上,上层液体即为聚合氯化铝溶液。若用洗渣水配置酸,可产品有效含量还能进步。

用铝酸钙粉可以不需热源天生出液体聚合氯化铝,若要加工成型,按现有方法为:喷雾、滚筒及浓缩法,均需热源。而该方法出产的聚合氯化铝轻易中含多量氯化钙,一次溶出燕几图较高,可将液体聚合氯化铝在常温下不断搅拌,添加少量固化剂,即成浆状,再经数小时熟化就成膏状固体。若再晾晒或烘干后就是粉粒状固体。

5、不同颜色聚合氯化铝的区别:

市场上销售的聚氯化铝比较杂,由于每一个厂家的出产工艺和原材料不同,出产出来的聚合氯化铝颜色也有些差别,一般有白色、黄色、黄褐色这三种颜色的聚氯化铝,下面来说明下三种不同颜色用途的区别。

国标范围内的二氧化铝含量27-30直接的聚合氯化铝多为土黄色到黄色淡黄色的固体粉状。这些类型的聚合氯化铝水溶性比较好,在溶解的过程中伴随电化学、凝结、吸附和沉淀等物理化学变化终极天生[Al2(OH)3(OH)3]∝↓,从而达到净化目的。所以说在使用聚合氯化铝的时候,不需加其它助剂,絮凝体形成快而粗大、活性高、沉淀快、对高浊度水的净化效果显著

白色聚合氯化铝由于被称为高纯无铁白色聚合氯化铝,或食物级白色聚合氯化铝,与其它聚氯化铝比拟是品质最高产品,主要的原材料是优质的氢氧化铝粉、盐酸,采用的出产工艺是海内最提高前辈的技术喷雾干燥法。白色聚合氯化铝用于造纸施胶剂,制糖脱色澄清剂、鞣革、医药、化妆品和精密锻造及水处理等多个领域。

黄色聚合氯化铝的原材料是铝酸钙粉、盐酸、铝矾土,主要用污水处理和饮用水处理方面,假如用于饮用水处理原材料是氢氧化铝粉、盐酸还有稍许的铝酸钙粉,采取的工艺是板框压滤工艺或喷雾干燥工艺,因为在饮用水的处理国家对重金属方面有着严格的要求,所以不论是原材料仍是出产工艺都比棕褐色聚合氯化铝要好。黄色聚合氯化铝一般采用滚筒干燥出产或喷雾塔干燥出产而成,有片状,粉状两种固态形式。

棕褐色聚合氯化铝的原材料是铝酸钙粉、盐酸、铝矾土还有铁粉。出产工艺是采用滚筒干燥法,一般主要用于污水处理方面,由于里面添加了铁粉所以颜色呈棕褐色,铁粉添加的越多颜色越深,铁粉假如超过一定的量在某些时候也被称为聚合氯化铝铁,在污水处理发面有着卓越的效果。

另外,黄色聚铝溶解后,品质好的溶液呈无色,品质差一点的溶液会发黄,但不影响使用。黄色产品的氧化铝含量一般在25%~30%之间,盐基度均在80%以上,合用于各种污水处理,配合酰胺使用效果更好。而白色的聚铝为粉状,溶液无色,氧化铝含量在29%~31%之间,盐基度只有50%左右,合用于各种糊口用水,轮回水以及其他污水处理。另外,对于糊口饮用水而言,盐基度越低的聚合氯化铝在水质净化时反应速度就越快,产生的杂质就少,但其产品价格就越贵。

综上所述,本项目精制品采用氢氧化铝酸溶一步法出产工艺,以磷酸(磷酸盐)催化剂,氢氧化铝和盐酸(均为产业级)为原料,在蒸汽压为1~8Kgf/cm2,反应温度为110~150℃下反应4~5h,产品为白色聚铝(适合做固体产品,远间隔销售,主要针对造纸厂,糊口水处理等)。

粗制品采用铝酸钙酸溶法出产,并可加入少量Al(OH)3进步产品铝含量,产品为黄色聚铝(适合做液体产品,近间隔销售,主要针对产业废水处理)。

四、出产规模、投资及综合本钱分析

4.1、出产规模与总投资估算:

目前新建一座聚合氯化铝出产设备。年产固体聚合铝2万吨(其中精细品1.2万吨,普通品0.8万吨),产品种类包括:高纯型固、液体絮凝剂(达到国际质量,出口级,也可作中性造纸施胶剂,海内饮用水厂);普通型固、液聚合铝(合用于城市污水回用净化处理、产业废水处理等)。每年可消耗盐酸(31%)2万吨。另外需要购入原料Al(OH)3(产业级)4300吨,铝酸钙1680吨。

主体设备包括搪瓷聚合反应釜、板框过滤机,碱化槽,乳化机,喷雾干燥塔等。附属蒸汽锅炉,耐酸泵,压缩空气机、以及液体成品储罐,沉淀澄清槽、玻璃钢管道,电气控制举措措施等。

厂房建筑总面积约1000m2(液体车间200 m2,喷雾干燥车间400m2,原料、仓库400m2);附属举措措施,酸储槽150m3,成品、沉淀储池约400 m2。总投资为约500万元。其中,喷雾干燥部门230万元(包括热风炉、喷雾塔、送风机、酸吸收塔,送料泵、自控设备和安装调试费等、反应部门(包括搪瓷聚合反应釜、板框过滤机、高速乳化机碱化槽、附属蒸汽锅炉,耐酸泵,压缩空气机、液体成品储罐,沉淀澄清槽、玻璃钢管道,电气控制等)145万元,厂房投资64万元,不可预见费60万元。

4.2、公用工程规格要求:

1)电源:电压380W/50HZ; 总装机容量:300KW;

2)产业用水:反应釜冷却水,酸雾吸收轮回水;洗滤水,用量:10吨/小时(全部回用于出产);

3)热源:2吨蒸汽锅炉一台(如有8Kg,1800C的蒸汽热源,可免蒸汽锅炉);220万卡/小时(燃煤和燃油)热风炉1台(为喷雾干燥塔配套设备),如有12Kg,2400蒸汽源热源或液化气源,可免热风炉。

表1  出产工艺(1.5万吨精制固体)投资概算小计:337万元

表2附属举措措施材料

小计:102万

4.3、本钱核算:

4.3.1 精制品聚铝(以Al2O3含量≥18%液体产品计,国际品质,出口型)出产原料本钱估算

*亦可用磷酸盐做催化剂,要依照小试结果做最后确定。

*精制品液体原料本钱小计:550~650元/吨,固体(1.68吨液体出产1吨)930~1100元/吨。(2.5wt/a液体,或1.5wt/a固体)

4.3.2 普通型聚铝(Al2O3≥10%,品质优于海内同类产品,淡黄透明色)出产原料本钱估算

*普通品液体原料本钱小计:195~220元/吨,固体(2.5吨液体出1吨固体):488~550。(10wt/a液体,或4wt/a固体)。

4.3.3燃动力消耗

总计,液体276,固体802~882                

4.3.4、工资本钱:

月工资均匀按2000元/人,企业出产人数按30人,出产量按年产20000吨产品计:(2000*30*12)/20000 = 36.0元/吨。

4.3.5、设备折旧用度

固定资产折旧(按设备总投资10年折旧): 500万元/(10 * 20,000吨)= 25 元/吨

4.3.6、维修费(按设备折旧费35%计):                 

25 x 35% = 9 元/吨

4.3.7、治理费:(按工资本钱50%计):

18.0元/吨

88

4.3.8、聚氯化铝出产本钱:

4.3.9、聚氯化铝市场价格

4.3.10、聚氯化铝利润粗算

4.3.11、聚氯化铝年度利润粗算(均以单一产品最大产量计算)

注:因液体产品运输本钱随运输间隔明显增长,若不存在近间隔买家,则产品最好以固体为主。

五、出产环境

出产操纵过程全部采用出产管线在储酸或储液池与反应釜密闭连接,通过泵输送,全部出产反应过程是在密闭反应前提下进行的。在加酸时需要开启通向车间外的排酸气管防空10分钟,这期间有一定量酸气排放,但排空管出口直接与酸雾吸收塔连接,所有排放的盐酸气经酸雾吸收塔吸收后转化成液体稀盐酸水溶液,这些稀盐酸仍作为出产原料再返回出产。精制品聚铝产生的渣料也将作为出产原料再返回反应釜内。

反应釜冷却水、酸吸收塔轮回说,洗涤水均放入出产水储槽作为出产工艺用水再使用

普通聚铝出产过程中独一产生的废料是不溶解性矿渣,每吨铝酸钙约产生20%的铝酸矿渣,全年矿渣排放约224吨。检测,铝酸钙矿渣主要成分是硬水铝石矿,一水铝酸钙和高岭土矿。矿渣pH呈中性,可作为当地铺路材料或填埋处理。

因此,出产过程基本无“三废”污染物产生且做到最大限度节水回用。

5.1主要污染源及污染物排放量

1.废气,聚铝出产过程中主要废气来源为酸气挥发及燃气锅炉烟气。

1)酸气挥发量:3~5m3/h,排放方式;间歇, 污染物含量:Cl-< 200mg/m3。

2)锅炉烟气:300-500m3/h 排放方式连续。

2.废水,聚铝出产过程中主要废水来源为冷却水和冲刷车间用水,废水排放量:3~5m3/h,废水排放温度为20-800C。排放方式为间歇,pH中型,无污染物。

3.固体废渣:聚铝出产过程中主要废渣来源于酸不溶的铝矿渣和锅炉灰渣,pH呈中性,排放方式;间歇。排放量:矿渣,1-2t/h,炉灰:0.1t/h。

5.2三废控制与管理措施如下:

1.酸气:出产过程中产生的酸气全部通过酸气排放管路送至酸吸收池, 酸气通过密闭吸收池内水中,转化为酸性水储存,出产时作为工艺水返回反应池全部利用。

2.废水:出产过程中产生的反应釜夹套冷却水送至储水池冷却后作为再返回冷却系统进行出产轮回使用。

3.废渣:出产过程中产生矿渣,经检测主要成分是酸不溶杂质硬水铝石矿,一水铝酸钙和高岭土矿等。矿渣pH呈中性,可作为当地铺路材料用或安全填埋处置。因为废渣成分主要是酸不溶的矿渣,因此,填埋不会产生有害渗漏,污染地表及地下水环境。

本项目主要缺点:

1、产品针对性强,需要事先确定下游厂家,便于产品消耗以及持续出产。

2、盐酸消耗量低,产能饱和速度快。

3、原料氢氧化铝和铝酸钙均需外购。

4、反应前提比较剧烈,对设备耐酸性要求较高,且设备折旧快。

本项目上风:

1、产品品质较高,市场竞争力较强,且产品利润相对较好。

2、本钱回收速度快

【全文完】