提升原料品位，推进尾气利用 黄磷节能降碳改造瞄准六大方向

　　今年，国家发改委等4部门联合发布的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》(以下简称《指南》)，围绕炼油、乙烯、PX、合成氨、现代煤化工、烧碱、纯碱、黄磷等多个行业提出了较为具体的节能降碳改造升级工作方向和2025年的具体目标。

　　近年来，我国黄磷产能保持下降态势，目前国内黄磷生产企业共计53家，主要分布在云南、贵州、四川、湖北四省。黄磷行业的能耗水平和生产情况如何?在推进节能减碳工作中存在哪些难点?为此，记者采访了中国无机盐协会副秘书长问立宁。

　　记者：目前我国黄磷行业布局、生产和能耗的基本情况如何?

　　问立宁：经过多年发展，我国黄磷行业形成了产地属性极强的特性，大多建立在磷资源产地和水电丰富的地区，因此我国黄磷企业只分布在云南、贵州、四川、湖北四省。

　　近3年，我国黄磷产能保持下降态势，从2018年的165万吨下降到2020年的145万吨，企业数量也从2018的75家下降到2020年的53家。2020年，国内黄磷产量为78万吨，装置整体开工率为53.7%，因为黄磷企业多以依靠水电，承载着电力的调峰作用，在丰水期开工率高，枯水期多数企业停产。因此黄磷企业的开工率一般在50%左右。目前，国内约有20万吨黄磷产能长期处于停产或半停产状态。

　　黄磷生产企业53家，各企业技术装备和管理水平参差不齐，使用的磷矿石品位不同，各企业单位黄磷产品的电炉电耗及综合能耗水平存在较大差距。每家业每年的黄磷能耗都是变化的。近年来磷矿品位不断下降，环保设施不断完善，也造成了各企业能耗的增加。起初大多企业生产能耗基本为3.6吨标准煤/吨，如今企业能做到能耗3吨标准煤/吨。2020年，我国黄磷行业能效领跑者先进单位综合能耗达到2.21吨标准煤/吨。

　　目前，在先进水平产能开工率较高的情况下，我国黄磷产量能效水平以标杆和基准水平划分产能，比例约为25%、45%和30%。其中低于基准水平的产能能源消耗约为95万吨，约占行业总能耗的38%;标杆水平以上的产能能源消耗约为55万吨，约占行业总能耗的22%;位于标杆水平和基准水平之间的产能能源消耗约为100万吨/年，约占行业总能耗的40%。根据去年新修订的黄磷单位产品能耗限额标准，3级指标为2.8吨标准煤/吨，2级指标为2.6吨标准煤/吨，1级指标为2.3吨标准煤/吨。预计到2025年将有70%的企业可达到3级指标。

　　记者：《指南》提出，黄磷行业能效优于标杆水平的产能占5%，能效低于基准水平的产能约占30%。因此，黄磷行业节能压力较大。您认为黄磷行业目前节能降碳工作的重点和难点分别是什么?

　　问立宁：节能降碳的重点和难点在于原料。随着磷矿的开发利用，我国磷矿的品位也越来越低，并产生大量粉矿和中低品位磷矿，尤其是磷矿石中的碳酸盐含量，对电耗影响较大，当其含量大于8%时，增加耗电800～1000千瓦时左右。所以黄磷原料品位是能耗高低的一个决定性因素，它的自然属性直接影响着最终节能的难度。

　　黄磷行业要在政策引导下，充分发挥市场调节作用，主要节能措施包括：一是产业结构升级。具体内容包括优势产能替代落后产能，以及基准水平以下的产能提高能效水平等。二是源头减碳，黄磷企业入炉矿品位每增加1个百分点，可降低电耗300～350千瓦时。三是黄磷尾气的综合利用。黄磷炉气主要成分为CO，含量占比为75%～90%，经过净化、提纯能够生产多种化工产品。四是其他节能减排技术的应用，以及与其他行业的耦合等。预计措施全部实施后，全行业能够减少能源消耗量40万吨左右。

　　我们根据国标修订了最新能耗限额标准，因为企业之间用矿的质量存在差别，能耗之间肯定也会存在差别，我们无法依据单一能耗数据来评判一个企业的技术水平。但是我们在设计能耗限额标准的时候做了一个公式，把这些不利条件都排除掉，从而得到一个统一的计算标准。

　　记者：《指南》提出到2025年，能效低于基准水平的产能将退出市场。如何推动这部分产能尽快退出市场?

　　问立宁：过去黄磷工厂有一个标志物——“天灯”,类似于石化企业的火炬。“天灯”是黄磷企业所排放的磷炉尾气燃烧后形成的火炬，污染较大。也就是说，如果一氧化碳气体不被回收，企业是不可能达到减排指标的。2019年，黄磷企业统一进行了“灭天灯”行动，将黄磷生产中产生的尾气(CO气体)回收二次利用，把各方面污染消除到了最低，同时作为一个节能的措施，推动企业降低能耗。对于规模较小的企业来说，可能企业只有一台炉子，尾气量小，回收利用没有价值;如果企业能达到5万吨/年的产能规模，相应的尾气量就足够了，回收的一氧化碳可以作为制作各种碳化学品的原料或进行尾气发电。

　　因此，在行业尾气治理的过程中，我们一直在推广集群式发展，在这种规模化效应的促进下，小的产能自然就全部淘汰了。根据统计，目前行业年产能3万～5万吨的企业占70%，1万～2万吨的企业占20%左右，万吨以下产能(含单台套小于5000吨)的企业都不复存在了。相信在节能改造的过程中，一些规模小、技术水平低的企业如果没有被收并购或转型成功，就会逐渐被淘汰，包括如今无效产能和在建产能达不到标准的企业都会自然而然的退出市场。

　　记者：我们看到解读中提出加强前沿引领技术开发，培育标杆示范企业，协会对此有哪些建议?

　　问立宁：建议企业主要从六大方向进行节能技术改造。

　　一是提升原料品位。提升原料品位重点是粉矿球团烧结技术。通过利用黄磷尾气烧结粉矿，可以对中低品位矿和粉矿加以利用，另一方面也降低了能耗。100万吨/年粉矿球团烧结项目预计总投资约为6000万元。预计2025年将有500万吨粉矿球团烧结装置推广应用，全行业预计总投资约为3亿元。按照目前黄磷装置入炉块矿25%品位计算，粉矿球团品位以30%品位计算，则单吨黄磷可节省能源消耗约0.2吨标煤(按照0.1229系数折算，在利用中低品位磷矿的情况下，实际可节省标煤约0.5吨)，全行业推广后可实现节能10万吨标煤，实现二氧化碳减排26.2万吨。目前已实施或正在准备实施的企业包括四川马边龙泰、四川马边无穷矿业和云天化集团等企业。

　　二是磷煤联产—重点攻关技术。煤气化是煤化工行业中运用最广泛、最成熟的技术之一，在煤气化过程内，煤与纯氧的燃烧区温度高达1800～2000℃，其原理在于利用煤与氧气反应生产CO的热量供给黄磷还原热。该方案与传统的磷电炉相比，使用了一次能源，热能利用效率高，大幅降低黄磷生产的能源成本。采用加压反应，不仅提高了黄磷单系列产能，联产的合成气总量是黄磷电炉的8~10倍，可以应用于各种碳一化学品的合成，有利于形成产业规模效应;烟气的液相排渣水淬技术，改善了黄磷生产与操作环境;经干法除尘，炉气中的粉尘含量大大降低，杜绝了黄磷冷凝过程中泥磷的生成，直接获得高纯度黄磷产品。因此，实现磷煤联产有助于黄磷生产的规模化、智能化，该技术的实现，可将每吨黄磷的综合能耗从目前的2.8tec降至1.2tec。研发一套年产5万吨黄磷规模能力、磷综合收率≥85%、炉渣残磷P2O5≤2.5的中试试验装置，通过演示性试验验证实现关键技术突破，并形成一系列洁净环保、能耗低、可利用中低品位磷矿的成套磷化工工艺技术和核心设备，为建设磷酸(黄磷)工业化装置及产业化推广提供技术支撑。5万吨/年黄磷当量的煤磷联产项目预计总投资约为5亿元。目前项目仍处于攻关阶段，预计短期内不会大规模推广。预计该项目实施可实现节能8万吨标准煤/年，实现二氧化碳减排21万吨/年。目前正在实施的企业为贵州航天迈未科技等企业。

　　三是黄磷尾气制化工产品。黄磷炉气主要成分为CO，其中CO含量75%～90%，经过净化、提纯能够生产多种碳一化工产品，例如重庆川东集团化工有限公司生产甲酸钾，贵州开阳青利天盟化工有限公司生产甲酸钠等。黄磷尾气制化工产品的难点在于：一是黄磷尾气磷的净化成本高;二是磷炉尾气规模小，大宗产品与煤制气相比没有竞争力(如甲酸钠、乙二醇等);三是市场容量小的商品如甲酸盐等。磷炉尾气净化采用技术有催化氧化法、变温变压吸附法等，选择适应的技术满足下游装置原料要求，建设年产5万吨甲酸盐装置，预计总投资9000万元，以CO产生煤炭消耗计算，年可以节省标煤约5万吨，年可减少二氧化碳排放约13万吨。目前准备实施的企业包括贵州新天鑫化工有限公司等企业。

　　四是磷炉气干法除尘及其泥磷连续回收技术。目前，每吨黄磷副产泥磷100～200千克，泥磷含有约50%左右的水分。开发一种磷炉尾气不结露的黄磷尾气干法除尘技术，减少泥磷90%以上，少量泥磷或事故产生泥磷采用连续化泥磷回收装置加以回收。实现黄磷炉气中粉尘与黄磷蒸气的高效分离，使黄磷炉气中粉尘含量降至30mg/m3 以下，少量泥磷进入高效泥磷回收器进行回收，每吨黄磷节省能耗约4500兆焦。每年采用该技术的黄磷产量以50万吨计算，可节约标准煤7.5万吨，减排二氧化碳20万吨。目前准备实施的企业有贵州新天鑫化工有限公司。

　　五是黄磷的磷炉尾气余热回收技术。磷炉尾气作为燃气是目前黄磷生产企业最大的尾气利用途径。黄磷企业有大约5%～15%的黄磷尾气用于原料干燥与泥磷回收，80%以上的企业将剩余的85%~95%的磷炉尾气作为燃气并回收CO燃烧热产生蒸汽，但由于大部分黄磷企业没有与其他企业形成园区经济，又有大约60%的黄磷企业仅仅是为了杜绝尾气在环境燃烧，采用了效率较低的热回收方法产生的蒸汽，且产生的蒸汽经过冷凝后排空，能源没有得到有效回收。因此，磷炉尾气余热回收技术必须采用先进技术，使其燃气热能回收效率≥90%，武汉东晟捷能科技有限公司与昆明理工大学联合开发的“黄磷生产过程余热利用及尾气发电(供热)技术”列入2014年、2016年、2017年国家发改委颁布的《国家重点节能技术推广目录》，建议推广，可以直接利用蒸汽使其作为热源使用，不能将蒸汽作为直接热源使用的，可以发电。含CO85%的磷炉尾气，大约1.4Nm3 发电1千瓦时，若扣除自用有2400Nm3 用于发电，可发电1700千瓦时，按电力等价值折算系0.404k gce折算，可节约标煤687k gce。

　　六是减少热损的保温技术。采用高绝热性材料(如气凝胶等)，用于黄磷炉炉体上减少热量的损失，绝热材料热导率是传统材料的30%，可以有效减少黄磷炉体热量损失，降低黄磷生产过程电炉电耗约1%～2%。