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再生化纤行业的发展及其环境保护
再生化纤行业的发展及其环境保护
本文概述了发达国家PET再生料的发展现状及使用再
生PET产品的相关法律法规,介绍了我国再生化纤行业的发展历程、行业基本情况、产能和产量的变化以及化纤再生料的加工工艺和装备。
同时,对我国再生化纤行业的节能减排与清洁生产的现状和措施作了详细的描述。
Thedevelopmentstatus-quoofregeneratedPETindevelopedcountrieswasreviewedbriefly,aswellastherelatedlawandregulationsforapplicationofregeneratedPETproducts.Intermsofthedevelopmenthistory,basicsituation,improvementsonproductioncapacityandoutputofregeneratedfiberindustryinChina,theauthorintroducedtheproductionprocessandequipmentsoftheindustry.Furthermore,thecurrentsituationandmeasuresonenergy-saving,emission-reductionandcleanerproductionoftheindustryinChinawerealsodescribed.
再生PET在国外的发展概况
20世纪70年代,DuPont(杜邦)公司研制成功了PET瓶并打入市场。
随着PET纤维及其制品在发达国家的普及,出现了PET回收及再加工的技术。
再生PET纤维最早工业化的企业是美国的Wellman(威尔曼)公司。
由于劳动力成本等因素,目前,发达国家在再生PET加工领域更多地关注新技术开发、新产品市场的拓展以及高附加值产品的开发等。
一、国外在使用再生PET产品方面的相关法律法规欧洲食品安全局(EFSA对再生产品在食品领域中的应
用制定了安全评估标准ILSI认证(主要监测各种物质迁移带来的危害,这些物质可能来自所盛物料的污染物中的化学品,再生加工过程中使用的化学品,以及再生工艺中聚合物或添加剂的降解产品等),并且批准在这一地区使用再生工艺。
美国食品与药品管理局(FDA)评估再生材料的来源,再生工艺去除污染物的有效性以及再生塑料的适用范围。
南方共同市场(MERCOSUR有望于数月内批准将再生PET应用于食品包装。
二、国外终端用户的策略
可口可乐:
1991年,可口可乐公司在美国用含有再生
PET的原料制备了PET碳酸饮料瓶,并计划在美国生产含10%再生材料的瓶子。
英、法、比、荷、卢等国家的可乐灌装商
计划至2010年其可乐瓶中再生材料的平均含量达25%。
百事可乐:
计划在美国生产含10%再生材料的可乐瓶。
沃尔玛:
计划至2013年在全球范围内减少5%的商品包装,并对供应商实行计分系统管理。
艾斯达(英国):
至2007年减少自产食品25%的包装使用量。
玛莎百货(欧洲零售商):
减少25%的商品包装,寻找可持续或可再生资源作为替代品,与伦敦封闭循环公司签定食品级再生PET购买合同。
乐购(英国零售商):
部分市场上的包装材料采用100%再生材料。
法国食品卫生安全署(AFSSA:
允许塑料瓶材料中再生料的含量高于25%,这一标准于2008年被推广至矿泉水领域。
目前,依云(Evian)的矿泉水瓶含25%再生PET。
此外,Innocent饮料瓶也采用了100%再生PET。
我国再生化纤行业的发展
一、发展历程我国再生化纤的发展主要经历了3个阶段。
1983―1989年,这一阶段的主要设备为我国台湾及韩
国转移过来的小生产线,多数为单螺杆对纺丝位的设计,使用泡泡料(用废丝、膜片等制成),产能大多在10t/d左右,产品主要为2〜6D的纤维,终端市场为低档针刺非织造布和手套纱等。
1996―1999年,出现了以瓶片为主要原料,泡泡料为辅助原料的化纤生产线,这些生产线大都以两条螺杆12个纺丝位配置,7500t/a产量居多,产品质量大幅提高,出现了1.5D棉型和二维中空纤维等替代原生纤维产品。
2000年至今,是再生PET纤维的高速发展期,技术进步较为明显,高洁净度的PET瓶片用于生产三维卷曲中空纤维
(3〜15D)、涤纶长丝(POY)等产品。
以上产品的规模化生产对原生聚酯产品产生了相当大的替代作用。
二、作用和意义当今,解决人们的穿衣保暖,仅依靠天然纤维的增长是不现实的。
由于粮棉争地,我国每年天然纤维的产量在800万t以下,在天然纤维增长不太可能的情况下,只有依靠合成纤维,而合成纤维的主要原料基于石油资源。
我国作为一个人均资源远低于世界平均水平,同时正在进入工业化快速发展的国家,如何降低对石油资源的依赖程度就成为十分突出的现实问题。
在我国的合成纤维发展中,特别是聚酯工业以前所未有的速度迅猛发展(产能已超过2500万t/a),在给人类的生产和生活带来科技进步和舒适享受的同时,各类废弃聚酯产品以及聚酯废料造成的环境污染也越来越大,它们对生态环境及经济发展带来的破坏和损失已成为亟待解决的社会问题。
抓好再生资源的回收与利用,是对我国构建资源节约型社会、减轻经济发展对环境造成压力的重大贡献。
再生化纤行业经过多年的高速发展,特别是在“节能、降耗、节水、减排”取得重大成绩的同时,既能解决聚酯使用后的环境污染问题,又能实现资源的循环利用,保护环境,减少能源消耗,降低我国对原油的依赖度。
再生聚酯合理充分的利用,已引起国家有关部门的高度重视。
再生化纤行业中的绝大多数企业落户在县城或乡镇,为当地政府创造了大量税收,并在一定程度上解决了当地农民的就业问题,增加了经济收入。
企业利用原料价格低的优势,能极大地满足中低收入阶层的衣着和家纺消费,为提高我国纺织品在国际市场上的竞争力作出了贡献。
同时,行业的发展还促进了相关配套产业(回收、国际贸易、物流、纺织机械、辅料)的发展。
因此再生化纤行业是典型的绿色、环保、
循环经济产业,符合国家“全面、协调、可持续发展”的战略。
面对国内外自然环境不断恶化、环保要求越来越高的局面,再生化纤行业响应国家号召,按照高标准、严要求实施节能、减排工作,行业内的企业不仅把环境保护看作是企业的社会责任,更将其当作促进企业发展的动力。
用先进的科学技术改造传统工艺,促进产业升级,不仅大大减少了排放量,而且节约了水、电、油、煤、汽等的消耗量,降低了生产成本,获得了良好的经济效益。
三、行业基本情况我国再生化纤行业产能集中,主要分布在华东,其中:
江苏、浙江两省占全国总产能的72%以上,广东、福建两省占全国总产能的10%,其他地区的产能不足总产能的18%。
2008年我国再生化纤行业产能分布及节能减排工作的重点区域如表1所示。
在再生化纤的产品中,江苏省主要以棉型、非织造产品为主,浙江省主要以填充料、长丝为主,广东、福建两省也以填充料为主。
表2为再生化纤产品的主要品种及产能,图1则显示了近几年我国再生化纤行业的产能、产量变化情况(2002―2008年)。
从图1来看,我国再生化纤产能和产量的差距逐年增加,行业内产能利用率低下,造成这一现象的主要原因有两点。
(1)首先是国内原料的供给严重不足。
近几年,国内再生化纤的产能增长过快,已从2002年的近120万t猛增
到目前的近550万t。
产能的迅猛扩张必然引发需求的严重不足和原料供应的紧张。
企业的平均开工率已低于70%。
通
过初步测算,国内原料的来源主要有:
我国现在的化纤产量约为2000万t/a,按1%的废丝率计算,可以回收的原料不足20万t,瓶片产量为200万t,按85%进行回收计算,可作为再生化纤原料的瓶片料在170万t左右,两项共计190万t。
而我国再生化纤的产能高达550万t,按开工率
70%计算,需要原料385万t,这样算来我国再生化纤原料的缺口近195万t,而实际的回收率远低于此,加上其原料还用于其他行业,因此国内的原料缺口超过200万t/a。
虽
然我国再生化纤原料的年进口量约为100万t,加上国内的
聚酯回收料、回收瓶片产能近年来也随之增长,但远跟不上产能的扩充速度,原料供需严重失衡。
(2)进口回收料的供应出现紧张。
由于回收废料存在环保等诸多问题,我国对进口废料的检验相当严格,对进口企业和输出地产品的检验证书要求齐全,输出地产品的检验还要求到我国登记,这在一定程度上限制了原料进口。
另外,近来由于贸易摩擦等因素的影响,原料紧缺,价格随之猛涨,人为抬高原料价格150〜250美元/t。
四、生产工艺与装备现状再生化纤由于原料来源复杂,性能差异较大。
各企业根据实际情况,对设备进行了配套改造,因此国内的生产设备
大都为非标准设备,均为国内制造,从最初的以VD404、
VD405设备为基础到目前基本以东洋纺工艺为基础进行改造。
目前,已形成了以转鼓干燥为主,少量连续干燥设备为辅;纺丝以328mm(喷丝板直径)喷丝板的外环吹工艺设备为主,少量为410mm喷丝板的外环吹工艺设备;后加工设备则以原来LVD801的工艺流程为主,但无论牵伸辊的直径还是卷曲轮的直径以及松弛热定形机的长宽都借鉴了LHV902生产线甚至进口的日产100t设备的规格和特点,无论二维生产线还是三维生产线都已基本定形,形成了25、50、75t/d等生产规模。
(1)原料处理工序(图2)
(2)再生涤纶短纤的生产加工工序(图3)
我国再生化纤行业的节能减排与清洁生产
一、再生化纤生产的工艺流程及污染物产生过程1.涤纶短纤(图5)
3.废水的产生及排放情况
再生化纤废水的主要来源包括:
生活废水、车间废水(包括车间冲洗废水、油剂渗漏废水)以及洗瓶废水等
(1)再生瓶片清洗产生大量的废水,废水的主要水质
指标为:
pH值9〜11、C0Dcr500〜3500mg/L、SS100〜2000mg/L。
行业内企业为节约水资源,需控制废水的CODcr排放量,生产废水必须经过处理后循环使用。
目前,废水的处理回用率已达70%以上,另外的30%处理后达到GB8978―1996的一级标准后排放,排放水质为:
pH值6〜9、CODcr100mg/L、SS30mg/L。
(2)生活污水排放,经化粪池处理后的排放浓度为:
CODcr300mg/L、SS200mg/L动植物油10mg/L。
(3)车间职工洗手、拖地及设备泄漏废水,其主要污染因子为悬浮物和石油类、CODcr,其污染浓度悬浮物为1
000〜5000mg/L左右,石油类约为50mg/L,CODcr约为200〜500mg/L。
(4)清洗废水包括超声波清洗废水及清洗漂洗水,主要污染为:
pH值8〜11,CODcr2000mg/L。
再生化纤的废水处理工艺如图7所示,图8为短纤废水的处理工艺流程。
长丝废水主要来源于洗料、纺丝、生产清洁等过程,而
废水的末端处理主要包括厌氧、好氧和生化处理。
其废水处
理工艺如图9所示
4.废气的产生及排放再生短纤在生产过程中产生的废气包括以下几种,但主要为导热油炉燃煤废气。
(1)PET热挥发和热解废气。
PET原料经除湿干燥混合均匀后,通过加热熔融、计量出丝、冷却成形,其间有少量的PET热解挥发,其挥发量不超过0.1%。
(2)热定形机专业油剂的挥发废气。
热定形机的使用温度为160C,上油后的纤维经热定形机定形后,会有少量的油剂挥发,而热定形机温度控制是决定其挥发量的关键因素。
如油剂挥发量过大,会严重影响产品的质量性能。
一般情况下,160C时油剂的挥发较少,约占油剂使用量的
1%〜2%。
(3)真空煅烧炉废气。
喷丝板使用一定时间后需要对喷丝板孔进行处理,该工艺采用的是真空焚烧方式。
喷丝板拥堵物为C、H、O的有机聚合物,焚烧后产生CO2、H2O但焚烧过程中还有少量的烟尘产生,采用水喷淋方法可去除60%以上的烟尘。
(4)导热油泄漏废气。
导热油含有毒的联苯-联苯
醚成分,其在加热系统中循环使用,系统中的阀门、法兰和管道可能产生泄漏,有一定量的废气呈无组织排放(年损失
补充量为2%左右)
(5)由于生产过程加热主要采用蒸汽直接和夹套加热方式,因此产生的废气主要为导热油炉燃煤废气。
对于生产过程中产生的废气,其治理措施包括:
(1)车间废气(PET熔融设备、热定形机)有组织排放
—吸风罩—引风机—屋顶高空(大于15m)排放;
(2)喷丝板裂解炉—引风机—烟气洗涤器—屋顶(15m以上高空排放);
(3)导热油炉燃煤废气的治理(表3)。
如1台200万大卡的导热油炉,采用优质低硫煤(含硫率<0.8%)为燃
料,耗煤量为1500t/a,燃煤废气产生量为1800万m3/a,经旋板塔脱硫装置除尘脱硫处理后通过原有锅炉房的一个高度为30m的烟囱(FQ?
C1)排放。
按类比调查,旋板塔脱硫装置的除尘效率达98%,脱硫效率达80%。
长丝生产的废气主要来源于纺丝现场,其实际排放量为经空调系统喷淋后的少量排放或操作间自然排放。
5.固体废弃物的处理情况(表4和表5)我国再生化纤行业的短纤和长丝生产对固体废弃物的处理符合国家的有关法令、法规,对环境的影响不大。
6.噪声源及治理情况
再生化纤生产中的主要噪声源为离心机及泵类设备机械噪声或空气动力学噪声。
(1)短纤生产噪声源:
瓶片粉碎机、设备组合风机、清洗脱水机、纺丝传动噪声及车间给排风风机噪声等,噪声强度为85〜90dB(A),其余噪声强度均低于85dB(A)。
一般生产区域的处理噪声主要加装隔音罩或吸音装置,在生产岗位上增加耳塞等劳保用品。
(2)长丝生产噪声源:
卷绕岗位。
治理措施主要采用分隔墙和分隔楼层防止噪声扩散。
通过对噪声源采取相应的隔声、消音措施,进一步降低对周围环境的影响,如泵类均设置在泵房内。
目前厂界的噪声能达到GBl2348―90《工业企业厂界噪声标准》中的川类标准,即昼间<65dB(A),夜间<55dB(A)o
7.废物的回收利用情况(表6)
虽然行业的废浆块和废丝比较多,但均可回收再利用,对环境没有太大影响。
二、再生化纤行业近几年的节能、降耗、节水、减排情况(表7―表10)
在激烈的市场竞争中,节能、降耗已经成为企业“挖掘
潜力”的重要手段之一,也成为一些企业的自觉行为。
经过近几年的高速发展,通过对设备的改造和工艺参数的调整,以及清洁生产的实施,行业的综合能耗逐步降低。
由于再生化纤行业对节能减排的认识到位,投入力度大,成效十分显著。
由于再生原料的来源广泛复杂,内在品质差异较大,但随着企业对设备的不断改造和对工艺参数控制的熟练程度的提高,整个行业的产品质量上了一个台阶。
特别是在瓶片加工成短纤方面,我国已成为大国,产量约占全球总产量的80%以上。
再生化纤行业节能降耗、节水减排的发展目标及措施一、发展目标(表11―表14)
根据发展目标,“十一五”期间,再生化纤行业的资源利用率要有显著提高,与“十五”末相比,万元产值能耗要降低23%以上,耗水降低26%以上;吨纤维废水排放量降低26%以上,废气排放量降低90%以上,吨纤维资源单耗降低2%以上。
二、措施
再生化纤行业在回收再生资源,减少白色污染的同时,也存在一些问题,如:
1)原料在清洗处理过程中,需要消耗大量的水资源,并产生污水,处理不好会对环境造成二次污染;
(2)生产过程的能耗相对较高;
(3)回收原料的品质差异大,对技术力量薄弱的企业,产品质量相对不稳定。
为此,行业内的企业针对各自的实际情况,已经开展了一系列的清洁生产工作。
目前,大部分企业都有污水处理设备,原料清洗后的污水经处理后大部分进行循环使用,碱液回用,锅炉烟囱安装水膜除尘器和脱硫装置。
生产上的传动及风机等电器设备安装节能变频器,蒸汽冷凝水回用等。
这些都对行业的节能、减排起到了十分积极的作用。
同时,企业通过多种形式对原料的杂质进行分离,减少损耗,以提高产品质量,并大力开发新产品,扩大产品的应用范围和市场需求,从而提高产品的附加值。
再生化纤的生产从整个行业角度来说,就是一个循环经
济产业。
利用PET瓶片,生产1t再生PET纤维,可替代8t石油,并节省3m3的垃圾填埋空间,也减少了从石油加工到PET过程中产生的21tC02。
同时企业在加工过程中充分利用处理后的中水,最大程度地减少了二次污染。
再生化纤行业在“十一五”期间,要着力提高科技和品牌的贡献率,增强自主创新能力,加快行业结构调整和产业升级,推进产业由“数量型”向“技术效益型”转变,大力发展高新技术纤维、高性能差别化、功能化纤维,加快企业信息化建设,加大节能降耗和环境保护的力度,建设循环经济发展模式,落实企业社会责任,全面提升行业的核心竞争力,为实现化纤强国的战略目标奠定良好基础。
节能减排目前已列入各级政府的考核指标。
政府、行业工作的重点是要帮助企业强化基础工作,企业要完善计量装置,以保证各个环节数据的真实有效,并及时总结节能减排工作的成效,不断改进工作方法。
企业在抓节能减排工作时,要大力倡导对传统设备进行改造,特别对以下几种工程或系统进行改造。
改造蒸汽疏水系统在化纤生产过程中,蒸汽扮演着重要的角色,由于蒸汽在输送及使用过程中能量被消耗后冷却成水滴,冷却水如不及时排除,将影响蒸汽的输送压力、温度和距离。
起初,化纤厂大部分使用结构简单的孔板式疏水阀,这种阀门虽然能够满足生产工艺的需求,但是由于孔板式疏水阀没有阻止蒸汽泄漏的功能,因此不可避免地造成部分蒸汽泄漏,而且冲蚀现象严重,增加了管道阀门及附件的维修量。
目前,企业趋向于选择浮球式疏水阀,采用这种类型的疏水阀后蒸汽不再从孔板式疏水阀的小孔中跑出,提高了蒸汽的使用效率。
据统计,通过对蒸汽疏水系统的改造,疏水系统的蒸汽耗用量同比下降1%〜3%,效果明显。
热定形热源改用导热油目前,再生化纤企业的松弛热定形机由原来的蒸汽加热逐步向导热油过度。
采用导热油后,整个导热油系统封闭循环,除必要的热损失外,没有其他热能损失,而且导热油的温度相对比较稳定。
蒸汽加热同导热油相比,蒸汽在管道输送中不断被冷却,导致蒸汽的温度不断下降,并且有冷却水从蒸汽疏水阀中排出。
加装变频器一般来说,一个产能为2.5万t/a的短纤厂设备总装机容量约为5000kW。
各企业在洗料、粉碎、送料、吹风、预干燥等工序的设备上都装有变频节电器,将原来的直接启动改为变频控制,节省了启动能耗及运行能耗,总体电耗下降约10%。
在购买设备时尽可能购买自带变频节电器的设备,如螺杆机、牵引机、往复机、卷绕机、纺丝计量泵、前行控制室等;充分尝试利用新型节电技术,在洗料线、粉碎线、环形吹风机、打包机、真空泵等部位安装节电器。
余热回收这是热源产生及利用的关键工序。
热定形机的作用一是将纤维烘干,二是使纤维的卷曲在高温下松弛定形,消除纤维内应力,使之具有稳定的结构和机械性能。
企业使用的热定形机分16个区使用,前12个区都是用来干燥除湿的,其中8〜12区不断有热风排出,这些热风的温度达到150C,浪费比较严重,且排出的热量导致空气温度升高,影响工作环境。
此外,企业所用导热油锅炉的额定排烟量约为1.5万m3/(台・h)排烟温度高达280〜300C。
企业若没有进行充分的利用,既浪费了巨大的热能,
又给后续的除尘脱硫带来了困难。
充分利用温差设置热交换器,使定形及锅炉排烟产生的热量能够适时地通过热交换器从高温介质向低温介质转移,然后对低温介质进行进一步利用。
设置两道热交换器,第一道采用热风交换器,选用常温空气作为为低温介质,加热后温度可达130〜150C,此时热风可用于对纺丝的原料进行干燥,以节省原料的干燥时间;第二道采用热水交换器,选用软化水作为低温介质,将水加热后可用于蒸汽发生器,可有效减少原料的干燥时间,提高干燥设备的使用效率,降低工人的劳动强度。
碱液回收碱煮工序是用5%的NaOH溶液(碱液)进行高温煮洗。
在连续化生产中,碱煮后的原料在脱水过程中脱出碱液,用酸中和后排放至污水处理厂,需要消耗大量的酸。
因此可以在高温碱煮槽下面建防腐池及过滤装置,安装耐碱泵及液位自控装置,实现碱液自循环。
碱煮工序的碱液为循环使用,约有10%左右的蒸发损耗。
冷凝水循环利用这是冷凝水产生的关键点。
企业在原料的预干燥和转鼓干燥中用的都是蒸汽间接加热的方式,所产生的冷凝水具有温度高、水质好的优点。
若企业未对蒸汽冷凝水进行利用即被排放,将造成大量潜热和显热的损失,同时也造成蒸馏水的浪费,并且给企业的污水处理系统增加了负担。
另一方面,企业每天配油剂需要用50C的脱盐水。
将蒸汽的冷凝水回收利用,可以节省脱盐水的处理费用1.20元/t,多余的部分回收至蒸汽发生器,一部分可用于员工生活用水。
后加工的油剂废水回收过滤架设二路水管,从牵伸油池到卷绕油池。
把牵伸工序多余的水回流到卷绕油池进行重复利用,调整浓度后用于卷绕上油,既节省了用量(约减少1.5kg/t产品,吨产品可降低成本约20元),又减少了约90%的油剂废水排放。
蒸汽闪蒸技术的应用可将松弛定形机排出的中压蒸
汽凝结水利用闪蒸技术重新产生20%〜30%的低压蒸汽
用于转鼓干燥或洗料,按70t产品每小时消耗3t中压蒸汽计算,可节省约1t的低压蒸汽,按目前的蒸汽价格计算,每吨产品可降低成本约70元。
同时因凝结水始终处于密闭状态,剩余的低压凝结水可直接回用给锅炉,每天可节省水处理费用4000元左右。
双过滤器技术的应用该技术的应用可降低对原料的要求,例如,生产三维原料可节省约500元左右,同时将组件周期延长为原来的3倍左右,平均每周减少两次换组件,既降低了组件组装成本(每套约需70元,共节省140元/(位・周)),又减少了两次排废,废丝量减少了30
kg/(位・周)。
表15是我国再生化纤行业重点推荐的部分应用成熟的“节能、降耗、节水、减排”清洁生产、循环经济的工程与技术,其中所涉及的工程或技术,宁波大发化纤有限公司、慈溪江南化纤有限公司、浙江华盛化纤有限公司、浙江振邦化纤有限公司、江阴长隆化纤有限公司、杭州永星化纤有限公司、福建霞美化纤有限公司、广东肇庆化纤有限公司等行业骨干企业,在工程或技术方面均有创新成果,并已在各自的公司推广应用。
节能减排工作任重道远,再生化纤行业要走持续发展之
路,努力降低单位产品
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