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煤化项目厂区水量平衡整体解决方案

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-11 10:42 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
大型煤化工用水需求分析

- p3 v% \$ L0 H/ L0 }
: n5 B; c- ?% h$ {; v* L大型煤化工项目用水需求以煤制天然气为例进行分析,采用不同的气化工艺和公用工程不同的供热方案导致的用水量是完全不相同的。
9 a9 R% }: U, u' [) b9 D" @5 a) P; u2tech.cn
1  采用GSP气化生产40亿m3煤制气用水需求3 m: f* `" d; V: f1 U& o( T! [2tech.cn
! j$ W; Z) w. i4 P2tech.cn
表1采用GSP气化工艺,生产40亿m3煤制气(本文气体体积已全部折算成标准状态)。全厂生产用水及污水处理方案为:全厂一次水用量为2799 m3/h,(含生活用水20m3/h);全厂除盐水用量为4695m3/h;全厂循环水量为121037m3/h;全厂回收冷凝液量3620m3/h;全厂回用水处理量为1167m3/h;全厂污水处理量为294 m3/h。煤制气项目用水数据见表1所示。' V0 E5 F# p9 N6 \7 o7 F* @3 g( Z2tech.cn
* s% y2 [# `; g8 O; q. g0 X- Q2tech.cn
表1(GSP)年产40亿m3煤制气全厂给排水量       m3/h7 G6 f/ y9 Q8 o% x/ S# U  T4 A2tech.cn
环境学社1.jpg
1 V8 E8 `: g, S
9 C0 v. Q  b5 c  d9 b6 H% @/ ?& r% T( H1 `- ]8 A2tech.cn
2  采用GE气化生产40亿m3煤制气用水需求; {' l+ E9 e; k: d6 R% O4 S4 q2tech.cn

: n& Q" u3 M: q- V2 t表2采用GE炉气化工艺,生产40亿m3煤制天然气。全厂生产用水及污水处理:全厂一次水用量为2916m3/h,(含生活用水20m3/h);全厂除盐水用量为4535m3/h;全厂循环水量为142641m3/h;全厂回收冷凝液量3620m3/h;全厂回用水处理量为1138m3/h;全厂污水处理量为294 m3/h。主要参数见表2所示。( Z* V3 i/ n" N1 g0 p' H2tech.cn
5 w5 N8 |6 K: {1 w) o2 H2tech.cn
表2  GE年产40亿m3煤制气全厂给排水量      m3/h
$ \; R; A/ G" G. E6 a1 `
! E7 B/ b/ W7 N& @3 j4 d 环境学社2.jpg
+ \% X, r/ D  f$ x+ z4 G( I7 M9 |5 r5 P3 [8 ?1 r2tech.cn
& r, S1 g! `- z2 v1 I! M0 w2 x2tech.cn
3  鲁奇气化年产40亿m3煤制气用水需求- P9 {. [$ R- \9 W8 R- G! c2tech.cn

: x% D5 |, O9 `表3为采用鲁奇气化工艺年产40亿m3煤制天然气全厂生产用水及污水处理:全厂一次水用量为3045m3/h,(含生活用水20m3/h);全厂除盐水用量为4760m3/h;全厂循环水量为181982m3/h;全厂回收冷凝液量3459m3/h;全厂回用水处理量为3470m3/h;全厂污水处理量为1953 m3/h。主要参数见表3所示。
* I, E7 A, Z" h
/ \# r- D% o# z0 n$ c, u* m 环境学社6.jpg 7 w) j4 L- h9 w! T2tech.cn
表3  鲁奇气化工艺年产40亿m3煤制气全厂给排水量   m3/h$ g) p5 q8 j. m$ M, ^2tech.cn

9 ?9 _$ \9 d, z5 |+ A4  采用GSP气化生产40亿m3天然气水平衡
) m- \2 V9 q8 o4 U2 C6 O& W; y( H. ]+ H2tech.cn
通过对若干大型煤化工项目的限额用水和需求分析,特别是将零排放作为限定性要求的条件下,对分析全厂水平衡非常有意义。图1是以40亿m3/a煤制气,以GSP 气化工艺为例,进行全厂水平衡示意图的分析,主要关注点是:
+ D% |& t: I  F$ J  q7 J1 b1 m* g(1)一次水用户以及去处;
5 F/ F/ r9 W, F4 y( u(2)脱盐水用户以及蒸气、冷凝液之间的关系;5 d8 ^6 }+ Q1 {( A8 V2tech.cn
(3)循环水用量以及蒸发水量;
% C' l: v5 D6 B5 m! l(4)污水处理以及回用水量;; \5 l8 M$ a" ]5 Z9 m( [& V7 _# W+ m2tech.cn
(5)回用水返回循环水量的关联关系;% _+ @/ O& q3 u9 V+ ^# p. {) q2tech.cn
(6)生产用户一次水中未预见水量,约占一次水的5%~8%。
7 y+ \6 ?* u' x  e( W5 [- L2 \" T
% ?# ?% i2 n0 i 环境学社3.jpg
6 B6 j$ Y- `( @注:单位为m3/h
! V; {' h  n6 {! J+ C8 n. C: Q, n% S8 h图1  40亿m3/a GSP煤制气全厂水平衡示意
1 u. b/ A+ Z9 B  N+ b# D% r7 v; [0 i/ D4 y$ Y( P2tech.cn
在零排放作为限定性要求的情况下,大型煤化工项目全厂水平衡中循环水用量在于建立以回用水作为循环水补充水,将污水处理与循环水之间的关系更加紧密联系在一起。以40亿m3/a煤制气,GSP 气化工艺的全厂水平衡示意循环水系统细化分析,见图2所示,主要关注点是:, d2 O4 Z$ q6 N2tech.cn

; a0 o: y# K) o4 H) z4 h(1)一次水补充水量;6 j/ x3 V6 z% v/ s& `+ h2tech.cn
(2)回用水补充水量与回用水、浓水浓缩回用水、多效蒸发回用水关系;" Y$ m8 w7 S7 L) ]- k; a, \  }% @2tech.cn
(3)循环水用量以及蒸发水量;
0 L- u  z/ N6 U$ I(4)循环水旁虑以及循环水污水排放对回用水规模的影响;( e2 H, N2 a9 ^1 T3 j2tech.cn
(5)回用水返回循环水量的关联关系;- _, `7 T/ D2 y. }- ]2tech.cn
(6)循环水排污水,约占循环冷却水量的0.4%~0.7%对回用水的影响。
$ O$ x$ i% O; ?7 f4 r
7 l8 i: \  ?4 F8 r  R 环境学社4.jpg
1 N' P7 |. v4 e; A. r, h) R注:单位为m3/h
) R( a: J4 i( e- O7 ^4 @' g1 j图2 40亿m3/a 煤制气循环水站水平衡示意8 L% ]% [' t# F6 L2tech.cn

$ G7 Y( g/ d' p! u0 Z" E, e在零排放作为限定性要求的情况下,分析大型煤化工项目全厂水平衡中脱盐水用量在于建立的脱盐水与生产用户之间关系,脱盐水除保证化学反应所消耗的原料水外,如何建立最佳的用水量;否则是加大污水处理的最大来源,选择最佳的脱盐水制备工艺非常重要,可以减少回用水处理负荷,最大限度回收利用好冷凝液,以减少脱盐水的一次水补充量。以40亿m3/a煤制气,GSP 气化工艺的全厂水平衡示意中的一次水、脱盐水细化水平衡进行分析,见图3所示。主要关注点是:2 K- ]- p* J, C( o2tech.cn
: v* J3 \9 R. `" u8 F2 _; [) t2tech.cn
(1)一次水补充水量;
! r5 b2 [/ {- {6 w$ ]2 L(2)冷凝液回收量与一次水的关系;- q$ t5 I3 z9 `, g( s7 O0 R6 W8 o6 Z2tech.cn
(3)脱盐水用量与化学原料水量以及未参入反应但形成污水、蒸气驱动透平发电以及冷凝液回收;
1 W" ~4 \3 l5 R, u0 Z1 ~(4)脱盐水浓盐水排放对回用水规模的影响;) q# O. E. f5 j: ~! t( ^2tech.cn
(5)一次水的未预见水;6 W  X) n' @* ]4 c2tech.cn
(6)脱盐排污水与脱盐工艺选择的关系对回用水的影响。4 u* ?: f+ W+ O- b. \2tech.cn

/ Z8 [3 w+ ^2 W! |8 o7 N6 \3 V       另外,关于循环水旁流水量计算非常重要,主要是为了保证循环水的水质而采取的必要措施。一般情况下,旁流水量按循环水量的1%~5%计算。当旁流过滤除去循环水中的悬浮物时,需按公式(1)计算.) _3 |, b$ W$ J5 P0 _  C4 K& @2tech.cn

6 b5 g$ ~; i; B3 V& D7 s, B9 f) UQPL=〔QBWCBW+KSACa-(QPW+QFC)CRS〕/ (CRS- CSS)      (1)
. x+ K# U( Z7 Y" X$ U# u2 f$ C! x/ M( B2tech.cn
" N: a) g/ A  c- F2tech.cn
其中:CBW---补充水的悬浮物含量,mg/L;
$ g- U7 G& l& i; |, `KS ---悬浮物沉降系数,通常取0.2,可通过实验确定;
. X# b/ t6 W/ J' w  L8 ~+ aA ---冷却塔空气流量,m3/h;6 _/ B; u7 W" C0 Q) y2tech.cn
Ca ---空气中含尘量,g/m3;; K. X1 w* _9 t1 g2tech.cn
CRS ---循环冷却水的悬浮物含量,mg/L;
, G$ s: l. \" W% s/ ]2 |: uCSS ---旁流过滤后水的悬浮物和含量,mg/L;
+ ~; J0 W1 l! t8 W: O9 y4 u  cQPL  ---旁流过滤水量,m3/h。
6 ]1 i  i, i: h2 w2 b; o" W
, b" E! J9 {- j" v- i0 Y* U% V% |当旁流过滤除去循环水中的碱度、硬度、某种离子或其他杂质时时,需按下列公式计算:
! d- i; v9 o0 \) a& c/ s2 |7 a1 I* z; @) a2 {7 G/ E5 r2tech.cn

9 K% O: X9 K$ M; h% r  k" \QCL=〔QMCMi -(QPW+QFC)CRi〕/ (CRi-CSi)       (2)7 i( E6 P& l9 B2tech.cn

# ?! w$ g0 K  L, _) n8 I: E1 Q+ j2tech.cn
其中:CMi---补充水中某种成分的含量,mg/L;5 V# r5 w0 t1 S  R" U+ P. H2tech.cn
CRi ---循环冷却水中某种成分含量,mg/L;
/ l2 n* O" D! Y/ bCSi ---旁流处理后水中某种成分含量,mg/L;
% e) ?  X* |% Z# r4 ?3 u9 NQCi ---旁流处理水量,m3/h。
* L) W0 z% q: H* K  f注:单位为m3/h
8 |; D$ i, {; ~: C( w+ N
. Y9 r2 Q" a- j! Y! }% y图3  40亿m3/a 煤制气一次补充水水平衡示意
" _& K8 X! P9 m6 P$ }- K- {) d) ?8 y: o 环境学社5.jpg
8 Y% j% y$ B- s4 k1 E) n4 {注:单位为m3/h
/ u$ R. r) v3 V, [+ I2 A4 P7 z# X. A7 E4 s$ M2tech.cn
>>关于本文:摘自《煤炭加工与综合利用》杂志2016年第10期,(根据中国煤炭加工利用协会2016年9月在杭州召开的“第三届全国煤化工水处理技术发展与应用创新高层论坛”暨“高难废水处理及全厂水平衡整体解决方案专题研讨会”发言整理),作者:汪寿建,江苏无锡人,1982年毕业于武汉工程大学无机化学专业,工学学士,教授级高级工程师,中国化学工程股份有限公司总工程师。! W3 e0 Z8 u0 I! |2tech.cn

( I0 G- C. O3 A; i9 C2 V; Y
: T5 M4 d2 u  j1 d; S% u+ w2 x' K1 F
2 L2 N. n" J1 W5 ~5 N& d' z- [  e5 l& L" s2tech.cn

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精彩评论6

 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-11 10:47 | 显示全部楼层
煤化工耗水主要原因分析

( I; |$ E; g3 A: U- Z0 b7 Y& R+ S, s6 y# @: g! ^2tech.cn
1 化学反应消耗的原料水
" T) r# H  I) `3 k6 u1 h- u: i5 {: s2tech.cn
通常是通过蒸汽形式供给。由于水本身是化工的主要原料之一,煤化工产品中的氢就来自水,工艺水蒸汽参加化学反应,比如煤气化反应就是碳与氧气完全反应生成二氧化碳和提供大量的热量,部分反应生成一氧化碳,碳与水蒸汽反应,生成氢气和吸收大量热量;一氧化碳与水蒸汽反应生成氢气和二氧化碳并放出大量热量。; E/ E2 S2 J% B! s2tech.cn

- u1 m' O. X, f( d1 \6 ~这些与蒸汽反应的过程就是一个大量消耗水的过程,是不可逆的过程。部分化学品理论耗水见表4所示。$ A( A0 a) l) ~2 L% k6 b2tech.cn

4 G: n! d$ [+ E% D. \* I4 f表4 煤化工部分产品化学理论水耗量8 J! w# r6 z' C9 k; }0 B0 Y: x9 h# V% Y2tech.cn
环境学社1.jpg / B  h% v8 Z, G% j) W2tech.cn
1 Y+ }# d& {& o2tech.cn
2  循环冷却水蒸发损耗水" p* X. T8 u( E' W, V% Q2tech.cn

8 q: J4 ?  c* q9 s* f7 l/ a7 }在化工反应过程中,反应物或产物的温度升高和降低的过程,产物的低温分离过程,均需要移走热量,而移走热量的过程是一个间接换热的过程,一般是通过循环冷却水换热移走热量,形成了大量的循环冷却水系统,水把物料的热量带走,又通过空气冷却的方式把循环水中的热量转移到空气中带走。
% H- G# j7 L1 h6 a+ F7 F' k& o7 A4 \& C8 C& Y2tech.cn
众所周知,大量的冷循环冷却水在敞开的环境中与化学物料间接换热,吸收热量变成热的循环冷却水;热循环冷却水与空气直接换热,转移热量到空气中同时把水本身也带走了,所以循环冷却水蒸发损失的水量是需要补水的。循环水系统的补水计算通常可由三部分损失水量计算得到,补水量分为三部分。
% ^: Z! u" J: G. C3 b. ~4 P' P: ~5 h" ]. d5 f3 e2tech.cn
       (1)蒸发损失水量:QZF=PE×Q=0.01K△t×Q       (3)/ w* i# e  H& C& K% M0 Y- d( M& v2tech.cn

$ ~% o; i+ t  p* s6 m! t" j式(3)中:PE—蒸发损失水率,%;
" F7 K) S7 A9 z% F: p7 v) D              △t—为进出温差,℃
4 Q; N+ H" G# @9 M; m- `+ _              Q –循环水量,m3/h
4 [$ k% N' {: k# d              QZF—循环水系统蒸发水量,m3/h。' s8 O& f  }/ I6 `- n* G2tech.cn
              K—系数,℃-1。" z; p% D( s7 w; X; Y, q2tech.cn
# C  S) Q) g. j+ Q6 H2 O2tech.cn
当进塔气温(干球温度)为中间值时,采用内查法计算(见表5)。" ]1 {) M; r' X6 ]2tech.cn
! q! \( r+ b! F  Y+ e6 L2tech.cn
  表 5   不同进塔气温度的系数K) R6 _& w/ |5 o# `% k+ I7 U2tech.cn
环境学社2.jpg
* V5 X/ F. J$ @; s1 x
5 d2 n# D# ?" ~! W5 k(2)风吹损失水量:QFC=PW×Q      (4); d( J* O) P9 c  x2tech.cn
3 H1 }5 A  O, |7 |6 m2tech.cn
PE—风吹损失水率,%,对机械通风冷却塔,PW取值0.001,风筒式自然通风冷却塔PW取值0.0005;1 W& c  N! {' V% [2 M: E2tech.cn
Q –循环水量,m3/h
. i0 D( \. i5 Y/ ~, Y1 t1 Y              QZF—循环水系统风吹损失水量,m3/h。) t9 m8 R% x, u& a2tech.cn
; Z6 G/ @& C: W0 v2 w$ x2tech.cn
(3)排污损失水量:Qpw=0.002-0.003Q       (5)
% a; {6 n* S: V: d: w4 S1 j
) z) }/ y6 H! V9 {/ [Q –循环水量,m3/h
8 _* `  B* V& a. G! A              QPW—循环水系统排污损失水量,m3/h。3 B  N" X% s, c5 `. G8 t; _2tech.cn
        (4)循环水系统补水量BW=QZF+ QFC+ Qpw     (6)! r' P+ }1 ?4 I# ]2tech.cn
              QBW--循环水系统补水量,m3/h。
  ~. }0 J. s7 \! \
, Y* Y, W4 Y9 m例如:干球温度40℃,K=0.16,△t=8,Q=120000 m3/h,PW=0.001,Qpw=0.002时
- m/ V3 Q& F7 {! [       补水量BW=0.01K△t×Q+ PW×Q+0.2Q! Z2 x+ c" s/ B) A  Z: ^- T5 e; J* D2tech.cn
                      =(0.01×0.16×8+0.001+0.002)×120000=1896 m3/h。$ m" I7 Q9 e4 \+ x+ r2tech.cn

1 {0 M& B3 c: j! T$ E! I6 ^( Q物料温度、换热面积、空气流动速度、环境温度、空气湿度、空气中水分的分压以及冷却水冷却方式等有密切关系,形成的蒸发强度有区别,总之这个过程是消耗水的过程,但可以优化,通过改变换热方式或换热介质,采取确实可行的节水措施,如开式循环冷却水节水新工艺、闭式换热系统工艺,空气冷却工艺、工艺本身物料换热优化、低位热合理回收等手段降低部分水耗。见表6。% E% E% j) ~1 g9 F/ r- h2tech.cn

* ~/ R; m, i1 T# O' Y. W表6  不同气化部分煤化工产品循环水蒸发水耗量* R7 H& u7 C: ^- S( M. h2tech.cn
环境学社3.jpg " N2 V- {6 v4 a/ B4 i# h2tech.cn
' z6 S# F& n& n5 B2 x; w2tech.cn
3  污水处理过程损耗水
+ l9 l! u; N$ ^# [
. e+ z& E  Y9 z; z1 P) }0 y在化学反应中,水作为原料反应生成产物,但并非全部生成产品,可能还有一部分副产品,还有一部分未反应水伴随着,往往水要过量的加入,这就形成了水的混合物;反应物本身生成水的过程,比如氢和氧的反应,一氧化碳和氢生成甲烷的反应,产生水的产物;气-固反应生成新的气体产物夹带着固体粉尘,将这些气固分离,通常会用水进行洗涤,粉尘会伴随水一道分离出来,形成成污水,这种污水含有高浓度的有机物或难溶解的有机物,形成的污水称为高浓度有机物污水或高浓度难降解有机物污水。5 X; ?5 B( g/ ^: r3 a2tech.cn

0 h( y# Z$ W6 I: R& C9 ~( u* D; v前者的主要特征是污染物以COD为主,质量浓度一般在2000 mg/L以上,典型的高浓度有机污水出水COD质量浓度可在3000~5000mg/ L以上,有的出水甚至超过10000 mg/ L ,即使是化工混合水,一般也会在2000 mg/ L以上。同时,BOD也高,BOD与COD的比值大于0.3。这类高有机物浓度污水相对容易通过生化处理。
+ K0 n5 S3 n+ \8 ?- a1 H' v
; {; U% n; G( q# h* S" O另一类高浓度难降解有机物污水则难处理,主要特征是污水中含有高含毒物,高含油物、高含氨氮等污染物。BOD与COD的比值小于0.3。如鲁奇气化工艺的污水以及低温热解的污水等,含有高浓度氨氮,还有苯酚以及酚的同系物,如萘、蒽等多环类化合物等。这类污水中的有机物以芳香族化合物和杂环类化合物居多,同时含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物,色度高,有异味。
/ o3 R7 e* ?9 T% w
) Z  `5 t& A4 m. m7 U难处理在于有机化合物本身化学组成和结构复杂。另外,这类污水还含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质,从而使得有机物污水难以降解。
: |9 |) A7 N3 C( H' I  U% l5 J污水生化处理达标后的含盐污水是不能直接排放回用的,还必需进行回用水处理脱盐脱硬度等一系列处理,然后回用。经回用水处理后的浓盐水处理是一个难题。煤化工要求实现“零排放”后得到的是杂盐,含有多种无机盐混合物以及大量重金属等杂物,具有极强的可溶性,其稳定性和固化性较差,会造成二次污染。
1 ^2 n1 ~* \7 j" }- o3 Q. \
. n" _/ h; Y5 H7 a, E, V: f2 }0 Y4  管理不善损失的水以及生活用水& a5 ~# P# i) O  L! ?2tech.cn

6 o7 I0 P- M# [! H! O  @如全厂涉及与水相关的设备、管道、阀门、蓄水池等的跑冒滴漏损失的水量以及冲洗、绿化以及生活用水等,这是一个管理的问题。' Y4 L) C1 B9 A# }2tech.cn
" N7 c. P4 j4 h  a5 }7 \! I7 E7 n0 k2tech.cn
 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-11 10:49 | 显示全部楼层
全厂水平衡的限需制约矛盾

" u) x$ m; g; q6 c, ?( |) e, {/ P7 b! q3 ^8 Q$ u2tech.cn
1  煤化工限额用水指标0 Z" y  G! K6 e% U" u7 D2tech.cn

& q- j4 c( b- o现代煤化工准入条件对煤化工产品的能耗、水耗和规模作了限制性条件的规定,这些指标见表7所示。
1 Z$ e: v+ d& L5 ]$ M9 L2 P
" B0 Z0 e- B1 N7 C6 N表6 煤化工煤耗、水耗准入指标要求, V' _0 S- T5 U: z; J" m: v8 S6 P9 S0 i2tech.cn
环境学社1.jpg
) D. l; f: g; }6 M) D3 D
" ]# x  a9 x7 e! G  J$ {注:(1)煤耗定义为生产1 t产品消耗标准煤的质量,t;(2)水耗定义为加工1 t标准煤所需新鲜水质量,t。表8同。
: K  q9 i6 e9 C! G根据表7数据折成相应规模的部分煤化工产品限额消耗水指标,见表7所示。
% l' U& r2 }# c: U$ [6 B! x  b; T  G2tech.cn
表8 不同规模*的部分煤化工产品年耗水量
1 t* h# B) V( l 环境学社2.jpg . S$ m. R5 A- P9 e4 w9 n, y- {7 Y2tech.cn
环境学社3.jpg
/ P) e0 c5 s5 D' z3 o" E1 b" F; \9 v2tech.cn
对煤制油为100万t/a的项目,其中一次水、脱盐水、冷凝液回收、脱盐水消耗量、循环水量、循环水蒸发量、回用水用水量等数据进行归纳,见表10所示。由表10可知,对煤制油产品,对气流床气化工艺,受干法和湿法气化工艺、不同原料的影响,存在一定的差异,但用水需求与限额指标差别不大。基本能满足限额要求。污水处理和回用水的处理规模也并非很大。
  G3 v1 f5 a$ C. J' g$ W
) g9 F4 x1 |3 H! c8 V表9煤制油不同气化工艺给排水量    t/h
/ [( V8 B2 T% [  V' D0 x+ |0 \" d 环境学社4.jpg ' x5 u- R9 {0 B% M  j& c* i2tech.cn
, H8 b. n( B" j8 O. W) ]2tech.cn
 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-11 10:52 | 显示全部楼层
对煤制烯烃为50/60万t/a的项目,其中一次水、脱盐水、冷凝液回收、脱盐水消耗量、循环水量、循环水蒸发量、回用水用水量等数据进行归纳,见表11所示。由表11可知,对煤制烯烃产品,采用不同气化工艺、不同生产规模,不同原料得到的上述数据存在差异,用水需求与限额指标差别非常大。% I; u- N) `2 U. L& g2tech.cn
# u+ o; y: n+ [! ~- L2tech.cn
表11 煤制油、聚丙烯不同气化工艺给排水量   t/h
& \! D/ }" D0 K, W  C4 k' ~: V 环境学社1.jpg 3 g# G( K8 w9 n" J& I- C2tech.cn

3 V, C( L. N8 p& I2 b对煤制合成氨50/40万t/a的项目,其中一次水、脱盐水、冷凝液回收、脱盐水消耗量、循环水量、循环水蒸发量、回用水用水量等数据进行归纳,见表12所示。由表12可知,对煤制合成氨产品,采用不同气化工艺、不同生产规模,不同原料得到的上述数据存在非常大的差异,用水需求与限额指标也存在很大差异。总体不能满足限定指标的要求,若参照内蒙古自治区一些煤制合成氨生产企业的用水标准,则基本接近。6 K  Z. f9 t2 F( D5 ^2tech.cn

* f/ F9 Z  ~2 s表12煤制合成氨不同气化工艺给排水数据(t/h)1 V- |, Q. i5 Q" e7 R8 E2tech.cn
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污水处理及回用水对水平衡的影响有机物污染污水处理  3 w1 b1 q% }0 Z; h2tech.cn

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对煤化工气流床气化的有机物污水,通常可分为三步处理:第一步污水预处理,对含有较高浓度的CODCr、油、色度、NH3-N污染物,可采用调节、化学软化、沉淀、浮动收油、隔油、气浮等组合的预处理工艺;第二步生化处理,以去除CODCr、脱氮为目的生化处理工艺,可采用酸化水解、A/O、SBR等工艺;第三步深度处理,对生化出水中还含有少量的氨氮和有机物,通过采用混凝、过滤、臭氧、高效生物滤池(BAF)、活性炭吸附等组合的深度处理工艺予以脱除,污水处理水平衡见图4所示。1 @" }8 M; r+ D6 x( l4 B; `7 t2tech.cn

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' ~( H4 Q  _  L  x/ p7 ]! k1  污水预处理
4 v2 d$ d) d9 Q' u# l目的就是首先除去生化不能处理的、对生化处理有影响的物质。当污水中含油、悬浮物以及酚氨浓度高,有机物降解性差、毒性大,分子结构复杂的污水进行分级处理。对含油和悬浮物脱除,多采用平流隔油、斜板隔油、气浮的方法进行物理脱除浮油和粗分散油;对乳化油、溶解油和细分散油脱除,采用加药沉淀或气浮的方法脱除;对酚的脱除,采用萃取、蒸汽气提和吸附工艺(萃取脱酚是一种液—液接触萃取分离的方法、通过分离与反萃再生相结合的工艺脱除过程,脱酚率可达95%以上);对氨的脱除回收,采用蒸气汽提-蒸氨工艺,经汽提析出的可溶性气体通过吸收器作用,氨被磷酸氨吸收,由此使氨与其他气体分离,富氨液进入汽提器,磷酸氨溶液再生并回收氨;对污水中存在小分子量有机物脱除,由于小分子属于毒性小、可生化性强,采用闪蒸降温、混凝、沉淀等处理措施予以脱除。
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' a3 F) F7 L1 t4 F$ ]- \2  生化处理
0 Q+ K' v* h4 _       生化处理是有机物污水处理的关键环节,当COD 1500~5000mg/L,氨氮50~200mg/L,BOD5/COD在0.25~0.35的范围内时,绝大部分的COD、氨氮在此可被降解脱除。常用工艺有:A/O法(缺氧-好氧)、A-A/O法(厌氧-缺氧-好氧)、SBR法(活性污泥法)、氧化沟、BAF法(曝气生物滤池)等。其中常用的SBR改进型工艺,具有抗冲击、抗污堵、抗结垢的功能,按照水质、水量变化进行步序和系列调整。通常设置4个系列,当某系列受到冲击时,通过调整步序,保证正常出水,并使冲击系列尽快恢复。A/O工艺在相同生化停留时间的条件下比SBR工艺占地面积要小,具有投资低的优势。A/O工艺常规采用推流式,其抗冲击及冲洗后的性能能快速恢复,只要煤化工能稳定生产,采用A/O工艺是比较经济的。
+ b) p. h: E# V- z, R       针对不同浓度的有机物污水,选择生化工艺应以改善污水生化环境为主,采用具有脱氮功能的生化组合工艺非常重要。对有机物含量高,难降解的苯类、酚类、芳香烃类污水,要在具有脱氮功能的A/O法中增加厌氧反应,把环状、长链的复杂大分子结构有机物降解成直链、小分子结构,以利于有机物脱除。对具有改善污水生化性能的酸化水解工艺比较适合诸如热解焦化类的污水,能使污水中大分子结构发生改变,使某些好氧,不可降解的有机物在此发生分子间键断裂,转化,羟基化,污水组分发生改变,有利于提高污水生化性能,特别是BOD5/CODCr比值升高,将某些好氧难生化的有机物予以脱除。经生化处理后,有机物污水中的CODCr可从1500~5000mg/L减少至100~200mg/L;氨氮从100~200mg/L减少至5~15 mg/L。4 ~: v3 T4 o9 ^% [2tech.cn

9 @% P1 B& s4 W/ j3  深度水处理
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4 s' I' r, w& x+ {( d有机物污水经生化处理后,出水中仍含有少量的NH3-N、CODCr,达不到回用水要求。深度处理的目的是进一步降低污水中的CODCr。然后经脱盐处理后才能作为循环冷却水的补充水等。深度处理工艺有:高级氧化法(臭氧氧化和臭氧催化氧化)、膜处理法(MBR)或曝气生物滤池法(BAF)。由于生化处理出水BOD5/CODCr比值低,采用高级氧化法,即双氧水+硫酸亚铁(芬顿/fenton),这个氧化过程对有机物的分子结构破坏非常明显,由于O3参与其中的反应,二价铁离子与过氧化氢链反应生成·OH自由基,三价铁离子催化剂也被激活,生成的OH自由基能有效氧化各种有毒和难降解有机化合物。通过臭氧氧化和臭氧催化氧化,将化学氧化和生物氧化组合,进一步脱除CODCr。采用膜处理法,要求污水CODCr和氨氮含量低,如CODCr质量浓度<60mg/L,氨氮质量浓度<5mg/L的条件,能满足膜系统要求。有机含量低,膜系统运行压力就低,才能有效保护膜系统功能和长期稳定运行;采用曝气生物滤池(BAF)法,集生物降解、固液分离于一体。特别对生化性能差的污水,具有较好的生化作用。适合CODCr浓度和SS浓度较低的污水处理。4 P* r2 D' g% i4 ?6 z2tech.cn
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4  污泥和废气处理
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污泥主要来源于污水生化处理、深度水处理以及回用水软化处理。一般情况下,污泥分为二类:一类是有机物污泥,主要是絮凝沉淀污泥、生物剩余污泥,常规处理方式是浓缩后机械脱水,采用叠螺式脱水机或卧螺离心机,出泥含水率80%~85%。当污泥量大时,为减少外运泥饼量,可增加污泥干化措施,将含水率降低到40%以下;另一类是无机物污泥,主要为无机颗粒物,当污泥量大时,为提高泥饼固含率,可采用箱式板框压滤机处理,使泥饼含水率降到60%以下。% x& G! m: _% D! e7 l% J2tech.cn

3 J9 s/ ^2 J( I6 m! F2 x4 }6 k2 m废气主要来源于调节池、污水调节罐、酸化水解池、生物污泥脱水间等处,导致恶臭气味的主要成份是H2S、NH3等,其中H2S气味尤为敏感。控制恶臭应根据产生恶臭物质的性质、来源及具体情况,选择不同的处理方法。用于脱除以H2S为主的除恶臭方法主要有活性炭吸附法、液体吸收法、生物脱臭法。活性炭吸附法是将气体通入装有活性炭的吸附器中,气体中的H2S 被活性炭吸附,通氧气使H2S 转化为元素硫和水,再用5%硫化铵水溶液洗去硫磺,活性炭可以继续使用。活性炭吸附法的优点在于H2S与活性炭的反应快、接触时间短、处理气量大。生物除臭法,是利用自然界中微生物的净化能力,将生物群控制在特定的设施内去除臭气的方法,实质上是利用微生物的生命活动将气流中产生气味的物质转化为二氧化碳、水、无机盐以及少臭物质及细胞质。
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5  无机盐污染污水处理(回用水处理)* H$ {5 n/ P3 a! [2tech.cn
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无机盐污水处理的目的是将污水中的各类无机盐(硬度)进行脱除。有机物污水虽经污水处理站的“预处理+生化处理+深度处理”工艺,只脱除了污水中的CODCr和氨氮,盐分并没有脱除。见表13 所示。  H# r: j  o5 P2tech.cn

# a0 J0 L  \8 R2 N表13  GSP气化40亿m3/a煤制天然气污水处理出水水质   mg/L. f, p6 G, {% K2tech.cn
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$ L" k/ N3 b  \; ^) r2 z) R注:设计规模为m3/h。
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( o' I" A1 S7 Z含盐污水来源分为三类,一类是来自污水处理站的仅脱除了氨氮和CODcr的含盐污水;二类是来自循环冷却水站的含盐排污水(经过循环冷却加药处理和循环水蒸发积累的含盐量和硬度的污水);三类脱盐水站制备脱盐水后排放的浓盐水、热电站锅炉的排污水和工艺废热锅炉排污水等(三类含盐水统称为清净排污下水)。三类排污水即可合并脱盐处理,也可组合脱盐处理。常用的除盐水工艺分为:化学软化、离子交换法、膜分离、蒸馏法以及膜法和离子交换法组合(该法回用水可作为脱盐水的补充水)脱盐工艺等。见图5。
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1  预处理(脱硬除油软化)
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: s$ C1 p* b, ~软化水预处理的目的是由于含盐污水中含有一定的硬度(或油),在脱盐处理前应先行脱除,降低污水硬度,同时脱除二氧化硅、悬浮物等污染物,保护后续反渗透膜。对永久硬度高的污水进行化学软化处理时,可采用石灰纯碱法,若为暂时硬度,仅用石灰法即可。污水常规软化工艺:采用“化学软化+沉淀+过滤”就可使污达到的总硬度小于200mg/L,悬浮物小于5 mg/L的指标。由于后续超滤、反渗透膜对污水中不能含油,若进水中油一旦进入双膜系统后会造成严重影响,因此在超滤前设置核桃壳过滤器,确保除油效果。
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2  双膜处理(一级脱盐处理)! h8 K' d: I/ I; O2tech.cn

/ J) ?5 K* `7 g/ [& g* ~3 f为保证反渗透膜处理的收水率,减少膜污染导致的频繁清洗,在反渗透膜之前设置超滤膜处理。超滤膜对于细菌和大多数病毒、胶体、淤泥等具有极好的脱除效果。超滤膜是反渗透膜的重要前置装置,可明显降低反渗透膜污染,延长反渗透膜使用寿命。在超滤膜后面设置反渗透膜处理,由于软化脱硬污水的电导率一般在2000~3000 S/cm,反渗透膜处理后污水脱盐率可达到97%以上,并能将水中大部分的细菌、胶体及大分子量有机物截留脱除。  q5 s  @6 p- M6 k) K, P2tech.cn

3 T# q8 i" S2 T- c7 ?  p2 A+ u3  离子交换法除盐处理
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5 X# |6 k8 e$ u, ~% x+ a离子交换法除盐水处理是将水中所含的各种离子和离子交换树脂进行离子交换反应而被除去的过程,也称为化学除盐处理。离子交换除盐适合于污水中含盐量不高的场合。对高氯、高盐、高硬水、苦咸水、海水脱盐时,树脂再生过程会消耗大量酸、碱,排放液会形成新的污染点。故采用离子交换方法主要用于二级除盐水处理。$ h# L8 l/ [' l" J2tech.cn
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4  双膜法与离子交换组合处理(二级脱盐处理)3 C/ U+ K2 K+ s; t- p/ k0 D2tech.cn
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对高含盐污水采用双膜法与离子交换法组合除盐是广泛较广泛的一种除盐工艺。反渗透膜作为离子交换的预脱盐,可除去原水中97%以上的盐分和绝大部分的其它胶体、有机物、细菌等。反渗透产水中剩余的盐分则通过离子交换系统脱除。组合脱盐的出水可作为锅炉脱盐水的补水。若作为循环冷却水的补水,对出水的含盐量要求并不高,采用反渗透除盐就可满足要求。回用水处理后出水水质。; Q2 t, {0 i  _6 M7 ^2tech.cn

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浓水浓缩处理
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  S) V2 X+ I" D1 W. l' p9 J! v, @8 f; v浓水浓缩处理的目的是基于双膜处理后的浓水量仍然较大,且还含有少量的有机物含量,直接蒸发处理,需消耗大量的能源且不经济,故将双膜反渗透产生的浓盐水进一步浓缩,并脱除少量的有机物等。见图6。. P) ^0 P4 ^( K' N- p2tech.cn
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1 化学软化脱硬预处理& F0 @* j( ?  U3 e% B* q1 ]2tech.cn
& V/ g+ d2 V& K) M( l5 V" W2tech.cn
若浓污水中的硬度仍然较高,采用“石灰+纯碱软化处理+强酸钠离子交换+弱酸钠”离子交换,二级离子交换处理工艺方法。软化脱硬处理后的污水,经澄清池脱除悬浮物。然后送入一级强酸钠离子交换器和二级弱酸钠离子交换器,通过弱酸阳离子交换剂脱除剩余硬度。两级离子交换后,出水硬度(碳酸钙计)可降到1μg/g以下。脱除硬度后的软水送至脱气塔,脱除水中的二氧化碳。
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" e, d+ A2 C1 T: g9 H2  高效双膜浓缩处理+ `3 p) H: N7 k' ^- T1 w# Q2tech.cn

3 n9 ^- D; m2 I6 h  x- H脱硬脱碳后污水由超滤膜过滤,经精密过滤器脱除水中直径大于5μm的颗粒,然后送入一级高效反渗透系统,97%以上的盐分在高效反渗透膜中脱除。由于高效反渗透膜是在高pH下运行,降低了硅、有机物和生物污堵,产水回收率可达90%以上。然后再经强酸阳床交换剂脱氨,高效双膜的回用出水能够满足补水,而浓缩的浓盐水被数倍数提浓成高浓盐水。
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( t( n4 p" R5 _# Y" T' m4  高浓盐水蒸发结晶处理# M- x" x8 C, q/ n  \2tech.cn
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经高效双膜浓缩产生的高浓盐水,污水含盐量极高,盐质量分数可达6%~15%,为实现污水“零排放”,还需进一步浓缩处理。目前有自然蒸发结晶和热法蒸发结晶两类方式。热法蒸发结晶被应用于零排放的终端,又可分为二类,一类是机械蒸汽压缩循环蒸发工艺(简称MVR),另一类是多效蒸发工艺。二者均为先浓缩后结晶。从能效分析,MVR工艺处理成本低,适用于蒸汽不足的煤化工项目。多效蒸发因其动设备少,流程简单,适用于有废热蒸汽的项目。通过控制蒸发结晶达到分盐至产品级的质量指标并符合产品盐的指标,目前还有差距。
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# w- ~. \# K4 o5 @通过对煤化工全厂用水平衡分析可知,对一次水和循环冷却水应从源头上进行有效控制,要从工艺换热角度尽量在工艺物料之间进行回收和利用好低位热,降低用循环冷却水去移走热量,改变移走热量的方法,以及从管理的角度进行用水优化和节水措施,避免产生较多的有机物或无机物污水进入污水处理环节;污水处理环节链上一旦出现问题就会损害环境,一些有害物质渗入土壤所造成的环境影响,在短期内有可能是难以恢复的。污水处理受煤气化工艺、煤化工产品和污水处理控制技术的多重因素影响,关键在于污水处理的敏感性、稳定性、实效性和环境排放控制能否达标将是一个焦点问题,会被世人聚焦关注。$ E  n. f1 l8 {2tech.cn
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