谈煤制甲醇项目节水措施及污水零排放

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　　摘要：近年来，煤制甲醇项目快速发展，作者针对煤制甲醇的一些节水措施和节水效果，进行了研究。提出了采用抗污染的海水淡化RO膜和蒸发装置蒸发处理工艺，实现全厂污水“零排放”。
　　关键词：节水措施;污水;零排放
　　中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-00-02
　　Abstract： In recent years， the coal-to-methanol project has developed rapidly. The authors have studied some water-saving measures and water-saving effects of coal-based methanol. The anti-pollution seawater desalination RO membrane and the evaporative treatment process of the evaporation device were proposed to achieve zero discharge of the whole plant wastewater.
　　Key words：Water saving measures;Sewage;Zero emission
　　目前我国正逐步进入能源重化工时代，随着世界石油价格的不断攀升，我国现代煤化工产业迅速发展，煤制油、煤制醇醚燃料、煤制乙二醇等技术已日渐成熟，并受到普遍关注。我区是煤炭生产大省，发展煤化工产业具有得天独厚的优势。煤化工的高速发展已成为国民经济持续发展的必然要求，而水资源保障不够已成为我区煤化工工业发展的制约因素之一。煤化工行业作为用水大户，万元产值综合耗水量约100t左右。由于近年来经济的高速发展，结构性缺水日益严重，在我区，新鲜水价格最高已达5元/t以上，这还不包括水权转换的一次性投入费用，1t甲醇仅新鲜水费用就达到100元左右。甲醇主要是由天然气或煤炭为原料生产的，既是重要的化工产品及化工原料，又是未来的清洁能源之一。我国是个缺油、少气、富煤的国家，国家立足于长远发展，提出了“发展替代能源”的重大战略举措，因而煤制甲醇工艺仍是国内中、长期新建甲醇项目的首选。考虑到我区可开采水资源量以及人口增长、农业发展和生态环境用水需求等因素，供水形势还将更加严峻，水资源缺乏已成为发展煤气化制甲醇工业的主要制约因素。因此煤气化制甲醇设计应采用节水的先进工艺和设备，这对于降低水耗、减少污染、提高效益具有重大的意义。
　　1 总体设计方案
　　（1）采用高效、节能的系统和设备，按照分质、分类、分压的原则供水，做到一水多用，循环用水。（2）排水做到清污分流，提高中水回用率，处理后尽量做到回收利用。
　　2 供水系统主要的节水措施
　　2.1 净水站
　　净水站内设置回收水池，收集沉淀池含泥水和过滤反洗水，进行沉降后，上部清水经回收水泵送至净水装置前端回用，下部泥水排至污水处理装置。净水站排水率可降至3%，低于一般自来水厂的排水率（5%以上）。
　　2.2 循环水站和脱盐水站
　　循环水排污水和脱盐水站浓排水均回收至污水回用装置，不作为净下水外排。
　　2.3 各工段的冲洗水
　　各工段的冲洗水主要含有泥砂，不作为净下水外排，全部回收到污水处理站。
　　2.4 低温甲醇洗和甲醇合成
　　低温甲醇洗工段的污水主要含有甲醇，含鹽量低，与各装置净下水一并回收至污水处理站。甲醇合成的工艺冷凝液作为冷凝水回收至脱盐水站。
　　2.5 未预见水量
　　未预见水量包括各装置水池溢流、放净水，消火栓、洒水栓用水，消防事故排水、管网漏失水等，其水量取决于工厂的管理水平，按相关规范其水量约为全厂总用水量的5%～10%，按照“提高管理水平，尽量节约和回收外排水”的原则，将未预见水量确定为总用水量的约2%，并对溢流水、放净水、消防废水等全部回收，回收率95%（管网漏失无法回收）。
　　2.6 污水处理站
　　污水处理站进行分质收集和处理3种污水：
　　2.6.1 含盐有机污水
　　包括气化污水、硫回收工段的污水，盐、氨和硫离子的含量高，进行生化处理后脱除有机物、氨和硫离子，但并没有脱盐，含盐量较高（约2500mg/L），无法直接回用，需送至污水回用装置进行脱盐处理。
　　2.6.2 低盐含泥污水
　　包括前述的净水站泥水、各工段的冲洗水、低温甲醇洗的生产污水和热电站的锅炉排污水、未预见水量等全部排水。废水含盐量较低（接近生产水），含泥砂量较高，进行沉淀处理后，全部送到磨煤工段回用。
　　2.6.3 含盐含泥污水
　　来自污水回用装置预处理（沉淀、过滤）设施所排出的含泥污水，含盐量较高，与循环水排污和脱盐水站排水的含盐量相当，无法直接回用，需经沉淀处理后送至污水回用装置进行脱盐处理。
　　2.7 污水回用装置
　　该装置进水包括循环水排污、脱盐水站排水、污水处理站排出的含盐废水，平均含盐量约为2500mg/L（工业用水含盐量以600mg/L计）。经沉淀、过滤、反渗透脱盐后，全部补入循环水系统，反渗透浓排水含盐量约为8000～10000mg/L）已无法再回用，全部排往污水蒸发界区。
　　2.8 循环水站
　　为了节约用水，尽量减少循环水冷却塔的蒸发量，冷却塔采用“干湿式冷却塔”，该种塔上装设有大面积的空冷散热器，冷却回水在散热器中与外部冷空气换热，之后再进入塔的淋水区。此种塔形较普通冷却塔可节约蒸发水量约20%～30%。
　　3 污水零排放方案 　　为尽量降低污水蒸发装置的规模以节约投投资，拟先用采用抗污染的海水淡化RO膜淡化处理高含盐污水，回收率以50%计，则浓水水量可减少一半，然后送至蒸发装置蒸发处理。实现蒸汽冷凝水的回收和低含水率盐泥的外排，实现全厂污水零排放。
　　4 具体措施
　　（1）除所有透平凝汽器（发电透平、空压透平、甲醇合成气透平、冰机透平凝汽器等）、甲醇常压精馏塔和预塔一级冷凝器全部采用空冷措施外，气化第一、二（组合式）真空冷凝器、高压闪蒸最终冷却器、预塔二级冷凝器（与预塔一级冷凝器组合）、合成气水冷器、粗甲醚冷凝器、二甲醚精馏塔冷凝器、都可以采用空冷器。以180万t/年煤制甲醇项目为例，这样可节约循环水量102000m3/h，减少蒸发量1789m3/h，节约新鲜补水2386m3/h，减少排污596m3/h。这样循环水量只需要约30000m3/h。补水量降为700m3/h，循环水排污量降为175m3/h。（2）两套循环水系统串联运行（一系统的排污作为二系统的补水，二系统的水冷器选择非不锈钢材质，将铜材质的换热器放在二系统），这样污水不必再回收到循环水系统，且污水回用和脱盐水可以合并设计，降低投资。（3）变换30m3/h、低温甲醇洗11 m3/h、甲醇合成20m3/h和二甲醚缩合的77m3/h共计138m3/h系统生成水，可直接回收至气化用作激冷水。这样污水处理水量减少108m3/h（40%）。回用水处理负荷减少30 m3/h。（4）原水采用石灰軟化法，可回收新鲜水30m3/h。减少排污30 m3/h。经过再沉淀处理，产生污泥用作锅炉烟气脱硫;可利用生产中的工艺废气作石灰软化水和循环水的再碳酸化，循环水处理从根本上消除硫酸的使用。（5）锅炉除渣补水40m3/h可以用污水处理后合格污水代替。气化渣水处理可适当补充污水处理后合格的水（50 m3/h）。（6）动力锅炉用于冷却的全部一次水，正常时要使用循环水。（7）冲洗地坪水和卫生间冲厕用水，可以高盐污水代替，可节水16～20m3/h。（8）空分水冷塔补充部分新鲜水以降低水温，帮助吸收部分CO2，有利空分分子筛的操作。使用后的水进入循环水系统。（9）空气、甲醇合成气、氨气压缩机透平冷凝液以及甲醇精馏再沸器和二甲醚精馏再沸器冷凝液可以直接回到变换除氧器或锅炉除氧器，脱盐水站冷凝液处理量可大大减少，硫回收预热、空分加热、热电站空气加热器、全厂采暖伴热、低压再沸器的冷凝液尽量送到脱盐水站回收处理，与新鲜脱盐水送往高压锅炉。这样冷凝液处理量只需要430m3/h。
　　5 结论
　　排水经过过滤回收后，用于空冷塔下的空气冷却，将高盐水蒸发，实现污水的“零排放”，整个装置年用水量为1003×104m3（以8000h，1254m3/h计），每吨甲醇耗水量为5.6m3。污水回用装置节约投资约54.6%，冷凝液处理量由1308 m3/h降为430 m3/h，节约冷凝液处理投资约67%。脱盐水处理用原水量由570 m3/h降为384 m3/h，节约处理费用32%。
　　参考文献
　　[1]张勇，曲顺利，朱艳艳.国内煤制甲醇企业节水技术现状[J].氮肥技术，2010，31（1）：18-21.
　　收稿日期：2019-03-08
　　作者简介：刘维锐，在职研究生。
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