承壓一體化污水處理設(shè)備省時(shí)省力
MVR機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)又可稱之為熱泵技術(shù),指的是重新借助蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)形成的二次蒸汽的冷凝潛熱,進(jìn)一步縮減蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)能源損耗的一種先進(jìn)節(jié)能技術(shù),基本原理為把蒸發(fā)器蒸發(fā)形成的二次蒸汽,在蒸汽壓縮機(jī)機(jī)械壓縮作用下,使得二次蒸汽溫度、壓力得以提升,進(jìn)而使提升了熱焓的二次蒸汽轉(zhuǎn)至蒸發(fā)系統(tǒng),以對(duì)生蒸汽進(jìn)行補(bǔ)充,即利用機(jī)械壓縮對(duì)二次蒸汽回用,減少新鮮蒸汽的補(bǔ)充,大幅度降低蒸發(fā)能耗成本,為避免蒸發(fā)過程中,濃縮溶液堵塞蒸發(fā)設(shè)備,主流采用泵送強(qiáng)制循環(huán)模式。
該蒸發(fā)除開車需補(bǔ)充新鮮蒸汽外,主熱量來自二次蒸汽,能耗低,處理成本低,主要核心設(shè)備為壓縮機(jī),2006年國外MVR設(shè)備進(jìn)入中國市場,經(jīng)長足的國內(nèi)設(shè)備技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步,目前國內(nèi)蒸汽MVR設(shè)備技術(shù)日趨成熟,基本形成國產(chǎn)替代進(jìn)口的格局,大幅度的降低了設(shè)備投資費(fèi)用。
3.3.2 蒸發(fā)除鹽工藝分析
近幾十年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國對(duì)于資源和能源的消耗急劇增加。作為一個(gè)“富煤貧油”國家,發(fā)展煤化工對(duì)我國降低能源依賴、緩解環(huán)境污染具有積極的推動(dòng)意義。
煤化工產(chǎn)業(yè)主要是以煤作為原料,經(jīng)加工轉(zhuǎn)換成氣體、液體、固體能源或化工產(chǎn)品。近年來,眾多大型煤化工項(xiàng)目尤其是煤氣化項(xiàng)目在我國各地不斷出現(xiàn),使我國成為發(fā)展煤化工的國家。數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)前我國煤制天然氣產(chǎn)能約為1500億立方米、煤制烯烴產(chǎn)能將近3000萬噸。
1、煤化工廢水”的重要意義
煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)對(duì)于我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來了重要的推動(dòng)力,但同時(shí)對(duì)于水資源的消耗也急劇攀升。有數(shù)據(jù)顯示,我國煤化工產(chǎn)業(yè)中,每噸產(chǎn)品的耗水量超過10噸。而我國煤炭儲(chǔ)量大的西北地區(qū),卻普遍存在水資源較為短缺的問題。同時(shí),這些地區(qū)缺少受納水體,且環(huán)境脆弱,廢水經(jīng)處理后無處排放。因此,要解決該地區(qū)水資源短缺的問題,同時(shí)避免對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來破壞,對(duì)于煤化工廢水處理后回用,實(shí)現(xiàn)“”顯得尤為必要。
2、煤化工廢水處理
2.1 煤化工廢水的特點(diǎn)
煤化工生產(chǎn)工藝多樣,不同的工藝裝置均會(huì)產(chǎn)生大量的廢水,但廢水組分也有所差異,具有污染物種類多、濃度高,并且存在大量有毒有害污染物質(zhì)等特征。通常其來源主要包括氣化廢水、工藝裝置廢水,車間沖洗水等。此外,還含有雨水、生活污水及部分清凈下水。其中,氣化廢水是煤化工廢水的主要來源,占比超過60%。作為原料的煤中通常含有氮、硫及一些金屬等物質(zhì)。其中一部分氮被轉(zhuǎn)化為氨、等;而金屬則轉(zhuǎn)化為金屬化合物。此外,廢水中還含有一些難降解化合物如吡啶類化合物、油類物質(zhì)等。
2.2 煤化工廢水“”處理技術(shù)
我國具備較為豐富的煤炭資源,傳統(tǒng)意義上的煤炭利用較為粗放,因此也帶來了嚴(yán)重的污染。而發(fā)展煤制天然氣,對(duì)于緩解我國原油短缺的能源結(jié)構(gòu)形勢具有重要意義。此外,煤制天然氣還具有熱能利用率較高的優(yōu)勢,對(duì)于廢熱還可進(jìn)行循環(huán)利用,對(duì)于我國天然氣氣源也具有良好的補(bǔ)充作用。作為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭,煤氣化消耗水量大,產(chǎn)生的廢水也多。
煤氣化工藝可分為高溫和低溫氣化兩種,其中高溫氣化廢水中COD、酚等含量較低。而隨著魯奇爐煤氣化工藝裝置越來越成熟,其應(yīng)用也日益廣泛。但由于魯奇爐煤氣化工藝煤氣化溫度較低,因此,其廢水成分更復(fù)雜,廢水處理難度加大。魯奇爐工藝廢水中氨和酚含量較高,因此需要在預(yù)處理階段對(duì)氨和酚進(jìn)行回收處理。通常魯奇爐煤氣化廢水COD可高達(dá)4000-6000mg/L,氨氮含量可達(dá)200-250mg/L,總酚約為800-1000mg/L。此外,廢水的色度大,含有大量油類物質(zhì)。因此,在對(duì)廢水的預(yù)處理系統(tǒng)中還要設(shè)置焦油回收裝置。而流化床和氣流床等煤化工工藝廢水中氨含量高,因此需對(duì)氨進(jìn)行回收處理。
(1)有機(jī)廢水處理。
由于煤化工廢水有機(jī)物含量高,因此主要以生化法對(duì)有機(jī)物進(jìn)行去除。通常采用預(yù)處理+生化法+深度處理系統(tǒng)對(duì)廢水進(jìn)行處理。固定床工藝中,氨、酚含量高。由于這兩種物質(zhì)無法直接生化處理,因此,需對(duì)其進(jìn)行回收處理。可采用蒸氨工藝對(duì)廢水中的氨進(jìn)行回收,采用萃取法分離酚。通過降低氨酚濃度,確保后續(xù)生化處理順利進(jìn)行。而流化床和氣流床主要是氨濃度較高,則主要需進(jìn)行氨回收。
通過生化法處理,可以去除大部分有機(jī)物。煤化工廢水中有機(jī)物含量高,但還存在一些難降解的有機(jī)物。因此,通常采用厭氧-好氧工藝,即結(jié)合硝化和反硝化機(jī)理來進(jìn)行難降解有機(jī)物處理。對(duì)于油類,則采用隔油、氣浮等工藝來進(jìn)行去除。由于經(jīng)生化法處理后廢水指標(biāo)并不能完達(dá)標(biāo)回用要求。因此,要實(shí)現(xiàn)廢水的回用和“,還需對(duì)廢水進(jìn)行深度處理。常用的深度處理工藝有過濾、混凝沉淀,超濾、納濾、反滲透等處理技術(shù)。
(2)濃鹽水處理。
煤化工濃鹽水主要來自除鹽水系統(tǒng)排放、回用系統(tǒng)濃水等。濃鹽水處理通常包含濃鹽水濃縮處理及固化兩個(gè)步驟,以及結(jié)晶鹽的處理。而這也是對(duì)煤化工廢水實(shí)現(xiàn)“”處理的難點(diǎn)。對(duì)于濃鹽水的濃縮處理,常用的處理工藝有反滲透、納濾膜濃縮工藝等。此外,對(duì)于高濃度鹽水的固化處理,還有熱法濃縮工藝技術(shù),如多效蒸發(fā)、膜蒸發(fā)等。通過上述濃鹽水濃縮處理的方式,可以實(shí)現(xiàn)良好的清水回收率。但有研究顯示,目前我國煤化工濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶工藝技術(shù)尚不成熟。要最終實(shí)現(xiàn)濃鹽水的“,還需配套蒸發(fā)塘等工藝,即利用太陽能來使承壓一體化污水處理設(shè)備省時(shí)省力高濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶。
3、“”處理技術(shù)在煤制天然氣項(xiàng)目中的應(yīng)用
3.1 項(xiàng)目概況
以我國西部某省某煤制天然氣項(xiàng)目為研究對(duì)象,該項(xiàng)目年產(chǎn)煤制天然氣20×108Nm3。該項(xiàng)目主要采用魯奇爐氣化工藝技術(shù)裝置進(jìn)行生產(chǎn),所采用的原料和燃料均為褐煤。項(xiàng)目主要產(chǎn)品為天然氣,副產(chǎn)品包括硫磺和石腦油等。產(chǎn)品主要制取工藝為:加壓氣化+變換冷卻+甲醇洗+甲烷化。本項(xiàng)目污水主要來源是工藝裝置中的煤氣洗滌水。廢水經(jīng)氣水分離、脫酚除氨及酸性氣后送至污水處理系統(tǒng)。
3.2 項(xiàng)目廢水“”處理工藝
本研究中,該煤制天然氣項(xiàng)目采用魯奇爐氣化工藝,屬于中低溫工藝。因此該項(xiàng)目廢水中氨酚含量高,并存在大量焦油。而氨酚的存在對(duì)生化處理具有抑制,因此,對(duì)于項(xiàng)目廢水首先采用萃取法和蒸氨法分別對(duì)酚和氨進(jìn)行脫除處理。再采用隔油沉淀池和氣浮等工藝裝置進(jìn)行除油處理。之后,采用兩級(jí)生化法和深度處理工藝來實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)回用和“。
除鹽路線可選擇多效除鹽及MVR結(jié)晶除鹽,兩者的優(yōu)缺點(diǎn)在于,多效除鹽設(shè)備簡單,工藝成熟可靠,投資較低,但占地面積大,能耗高,MVR設(shè)備占地小,能耗具有明顯優(yōu)勢,但核心設(shè)備壓縮機(jī)投資較高,長期穩(wěn)定運(yùn)行可靠性需重點(diǎn)關(guān)注,不同應(yīng)用廠家應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行測算,選擇合適設(shè)備。
MVR及多效蒸發(fā)進(jìn)行高鹽水處理常規(guī)處理方法為,采用濃縮結(jié)晶除鹽工藝進(jìn)行固液分離,可分為兩種方式,一種為隨濃縮程度增加,達(dá)到結(jié)晶飽和濃度,熱條件下結(jié)晶,另一種是將一定濃度熱溶液對(duì)其降溫,降低溫度到對(duì)應(yīng)飽和鹽溶液的溫度下冷結(jié)晶。該方法在聚苯硫醚廢水工業(yè)化應(yīng)用中存在三個(gè)問題,一是由于NaCl在水中的溶解度受溫度的影響不大,NaCl的結(jié)晶方法不能采用冷卻結(jié)晶法,而只能使用蒸發(fā)法,易產(chǎn)生細(xì)碎晶體從而在換熱器結(jié)垢∞刮,或堵塞換熱器,或影響傳熱效果;二是由于蒸發(fā)物主要是水,蒸發(fā)溫度基本是水的汽化溫度,高沸點(diǎn)溶劑NMP不會(huì)在蒸發(fā)過程中發(fā)生明顯蒸發(fā)脫除,隨運(yùn)行時(shí)間的增加,其濃度增加,破壞物料及能量的平衡,需要定期對(duì)高沸點(diǎn)有機(jī)物NMP進(jìn)行排放;三是在NaCl結(jié)晶鹽的生成過程中,由于高鹽水組份的復(fù)雜性,除有機(jī)物外,還含氯化鋰鹽,生成鹽份就單一組分來說,純度并不高,不能達(dá)到外售標(biāo)準(zhǔn),一般只能作為混鹽固廢處理,由于采用的是水溶液結(jié)晶法,結(jié)晶固體至少含10%以上的結(jié)晶水隨固廢排出,而危固處理成本一般在3000~5000元/噸,從成本計(jì)算來說,危固處理所占成本對(duì)廢水處理總成本具有舉足輕重的作用。
對(duì)此綜合考慮,提出利用三效蒸發(fā)或MVR蒸發(fā)節(jié)能作用,對(duì)含鹽溶液進(jìn)行連續(xù)提濃,大部分水蒸發(fā)與鹽分離,剩下的濃溶液不在蒸發(fā)器中濃縮,即不進(jìn)行結(jié)晶生成固鹽,防止堵塞以保證此處蒸發(fā)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行性,高沸點(diǎn)溶劑隨提濃溶液連續(xù)排出,避免高沸點(diǎn)有機(jī)物積存系統(tǒng)需間歇排出引起的停車。由于在此處工序進(jìn)行了大部分水的蒸發(fā),從節(jié)能上考慮,基本完成了廢水蒸發(fā)除水的節(jié)能要求。蒸發(fā)出的水含鹽量極少,對(duì)生化處理工序影響極小。剩下的再考慮濃液的有機(jī)物COD去除及固鹽成形。
3.3.3 濃液的COD有機(jī)物去除及固鹽成形
通過三效蒸發(fā)或MVR處理后形成的高鹽,高COD溶液已脫除大部分水,數(shù)量極少,可選擇進(jìn)一步蒸發(fā)熱處理工序進(jìn)行固鹽成形及有機(jī)物脫除,其中有機(jī)物NMP應(yīng)考慮回用,以降低物耗,減少生產(chǎn)成本,同時(shí)減排。由于有機(jī)物NMP沸點(diǎn)高,且具有高溫下易氧化變質(zhì)的特點(diǎn),宜采用真空蒸發(fā)或采用惰性氣體直接加熱溶液的方式,以脫除NMP,并可通過冷凝方式回收NMP。
采取惰性氣體加熱,設(shè)備龐大,惰性氣體溫度需要在NMP沸點(diǎn)以上(203℃),熱源需采用導(dǎo)熱油或電加熱,系統(tǒng)較復(fù)雜,熱源單價(jià)高,能耗成本高,同時(shí)惰性氣體需回收循環(huán)使用,以避免環(huán)保問題,可采用的設(shè)備為噴霧干燥機(jī),其氣流對(duì)溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶,加熱氣流直接接觸液體傳熱,熱效率較高,物料不與設(shè)備內(nèi)壁接觸,基本不存在結(jié)垢現(xiàn)象。
采用真空蒸發(fā)避免了對(duì)氧氣的接觸,可有效保證回收NMP品質(zhì),且操作溫度低,在絕壓10kPa時(shí),NMP沸點(diǎn)約120℃,可直接采用蒸汽加熱,熱源便宜,可采用設(shè)備為真空結(jié)片機(jī),通過刮刀對(duì)鹽份進(jìn)行刮除,避免了鹽份結(jié)垢現(xiàn)象,同時(shí)由于結(jié)片機(jī)蒸發(fā)過程利用的是鼓面膜蒸發(fā)原理,傳熱系數(shù)高。
兩種方式均對(duì)生成固鹽進(jìn)行了深度干燥,所得固廢含濕量較小,減少了固廢處理成本,綜合考慮,宜采用真空結(jié)片機(jī),流程簡單且工藝可靠性好,設(shè)備簡單易操作。
另外通過蒸發(fā)熱處理脫除鹽分中有機(jī)物后,需增加相應(yīng)尾氣處理設(shè)施,既回收有機(jī)物節(jié)約成本,又避免尾氣非烷總烴超標(biāo),達(dá)到國家環(huán)保要求,根據(jù)NMP水溶性的特點(diǎn),可采用噴淋塔進(jìn)行循環(huán)噴淋回收,當(dāng)NMP在水中達(dá)到一定濃度時(shí),進(jìn)行回用。固體混鹽作為固廢的處理會(huì)大幅增加廢水處理總成本,可跟蹤研究混鹽(NaCL、LiCL)分鹽技術(shù),形成可對(duì)外銷售的鹽類產(chǎn)品銷售,目前國內(nèi)該部分工作正在起步,可重點(diǎn)關(guān)注。