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。