煤化工污水零排放技术及相关案例介绍

目录一、煤化工在我国的发展二、煤化工污水零排放的意义三、煤气化污水的特点四、煤气化污水处理技术五、煤气化污水零排放六、零排放项目案例简介一、煤化工在我国的发展煤化工过程是将煤炭转换为气体、液体和固体产品或半产品，而后进一步加工成化工、能源产品的工业。包括焦化、煤气化、煤液化等。在煤的各种化学加工过程中，焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法。其主要目的是制取冶金用焦炭，同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃。煤气化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气（广泛用于机械、建材等工业），是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；也用于生产合成气（作为合成氨、合成甲醇等的原料），是合成液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品可以替代目前的天然石油。我国的能源禀赋特点是“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”，而且煤炭价格相对低廉，煤化工行业在中国面临着巨大的市场需求和发展机遇。新型煤化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后二十年的重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染，降低对进口石油的依赖保障能源安全有着重大意义。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如天然气、柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。目前，我国的新型煤化工项目呈现迅速发展、遍地开花之势，仅新疆一个省区，在建和拟建的煤制天然气项目就达14个。据不完全统计全国煤制烯烃的在建及拟建产能达2800万吨，煤制油达4000万吨，煤制天然气接近1500亿立方米，煤制乙二醇超过500万吨。这些项目全部建成之后，我国将是世界上产能最大的新型煤化工国家。二、煤化工污水零排放的意义2.1节约水资源新型煤化工耗水量巨大，大型煤化工项目，吨产品耗水在十吨以上，年用水量通常高达几千万立方米。煤化工的快速发展引发了区域水资源供需的失衡。我国煤炭资源主要集中在北方和西北，恰恰这些地方水资源严重不足。目前这些地方已出现了水权纷争，这种情况如果发展下去，会影响当地工业和农业的正常发展，而且还会带来很多社会问题。煤化工污水零排放，将污水最大限度回用，可节约水资源，缓解水资源严重短缺的困境。2.2保护生态环境，避免水体和地下水污染煤化工企业用水量大，其排放的废水主要来源于煤炼焦、煤气净化及化工产品回收精制等过程。该类废水水量大，水质复杂，含有大量的有机污染物、酚、硫和氨等，并且含有大量的联苯、吡啶吲哚和喹啉等有毒污染物，毒性大。在煤炭资源丰富的地域，往往是既缺水又无环境容量、生态脆弱的地方，如新疆伊犁地区、宁夏、内蒙等煤化工基地，实施零排放能有效保护生态环境，避免水体和地下水污染。2.3零排放意义“零排放”即对煤化工在生产中所产生的生产废水、污水、清净下水等经过处理，全部用于回用，对外界不排放废水，称作为“零排放”。对于目前西北地区在建和拟建的煤化工项目，“零排放”尤其重要，既解决一部分水资源问题，又不对当地的环境和生态造成污染和破坏。三、煤气化污水的特点气化废水的来源及特性：在煤的气化过程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金属，在气化时部分转化为氨、氰化物和金属化合物；一氧化碳和水蒸气反应生成少量的甲酸，甲酸和氨又反应生成甲酸氨。这些有害物质大部分溶解在气化过程的洗涤水、洗气水、蒸汽分流后的分离水和贮罐排水中，一部分在设备管道清扫过程中放空等。对于煤气化工艺技术，目前主要有固定床、流化床和气流床三种；对于炉型，有固定床间歇气化炉、灰熔聚、德士古、恩德炉等多种。固定床、流化床和气流床三种气化工艺的排水水质情况见下表：四、煤气化污水处理技术4.1煤气化废水经酚氨回收后的水质三种气化工艺产生的废水，氨含量均很高；固定床工艺产生的酚含量高，其它两种较低；固定床工艺焦油含量高，其它两种较低；气流炉工艺中产生的甲酸化合物较高，其它两种工艺基本不产生；氰化物在三种工艺中均产生；有机污染物COD，固定床工艺产生最多，污染最严重，其它两种工艺污染较轻。上述三种工艺的废水如不经过预处理直接进行生化处理是不行的，尤其是氨特别高，鲁奇炉的酚含量也很高。对于鲁奇炉废水需要进行酚氨回收装置进行回收预处理；流化床和气流床工艺煤气化废水需要进行氨回收预处理。经过预处理后的各废水水质如下：4.2煤气化（固定床工艺）废水生化处理工艺固定床工艺煤气化废水CODcr浓度高，属有机污水，含有大量氨氮和酚，有一定的色度，具有如下特点：（1）污水中有机物浓度高，B/C值约0.33，可采用生化处理工艺。（2）污水中含有难降解有机物如单元酚、多元酚等含苯环和杂环类物质，有一定的生物毒性，这些物质在好氧环境下分解较困难，需要在厌氧/兼氧环境下开环和降解。（3）污水中氨氮浓度高，处理难度较大，需要选用硝化和反硝化能力均很强的处理工艺。煤气化废水处理技术（4）污水中含有浮油、分散油、乳化油类和溶解油类物质，溶解油的主要组分为苯酚类的芳香族化合物。乳化油需要采用气浮方式加以去除，溶解性的苯酚类物质需要通过生化、吸附的方法去除。（5）含有毒性抑制物质，污水中酚、多元酚、氨氮等毒性抑制物质，需要通过驯化提高微生物的抗毒能力，需要选择合适的工艺提高系统抗冲击能力。（6）非正常污水排放的影响，当工艺生产过程出现问题时，会导致污染物浓度高的非正常污水排放，该污水不能直接进入生化处理系统，需要设置事故调节等措施。（7）污水色度较高，含有一部分带有显色基团的物质。由此，为确保工艺污水处理出水水质，工艺污水选用以去除CODcr、BOD5、氨氮等为主体的生化处理工艺（主要考虑硝化和反硝化），选用以除油、脱色为主要目的的预处理工艺，选用以物化为主的后处理强化工艺。采用的工艺如下：4.3煤气化（流化床及气流床）废水生化处理工艺流化床及气流床工艺产生的废水，其COD并不高，生化性较好（尤其是气流床工艺产生的废水），这些废水主要特点是氨氮高，应选用硝化和反硝化效果好的处理工艺。但生化处理仅去除污水中的有机污染、油、氨、酚、氰化物等，其污水中盐并不能去除。五、煤气化污水零排放5.1煤化工排水的分类煤化工在生产中的排水包括：生产污水、生活污水、清净下水、初期雨水等。生产污水主要是气化污水；清净下水主要来自循环水排污以及脱盐水站排放的浓盐水；初期雨水主要是受污染区域的前十分钟收集雨水。上述排水中水量较大的是清净下水和生产污水，一般考虑将清净下水与生产污水、生活污水、初期雨水等分开收集，即分为清净水和污水两大类。5.2污水的回用煤化工生产过程中需要大量的循环水，循环水站的规模一般很大，需要的补充水量很大。在考虑将清净下水和污水处理的出水回用时，一般考虑回用于循环水站的补充水。污水处理站的出水虽然去除了大量的有机污染、氨、酚等物质，但其盐分并没有减少。而清净下水以及脱盐水站的浓盐水中的盐分较高，一般是原水的4～5倍。故要将污水回用，就需要对污水进行脱盐处理，否则盐会在系统中循环累积。5.3中水回用工艺种类目前在我国已经应用的水的除盐工艺方法有化学除盐（即离子交换法除盐）、膜分离技术、蒸馏法除盐水处理以及膜法和离子交换法结合的脱盐工艺等。（1）离子交换法除盐工艺离子交换法水处理技术已相当成熟，适合用于水中含盐量不高的场合，但在处理高氯高盐高硬水、苦咸水、海水时，该技术有树脂再生过程中需消耗大量酸、碱，其排放液又会污染环境的缺点。（2）膜除盐工艺随着膜研究的进展，膜分离技术已迅速发展，膜使用领域愈来愈广，现已成为产业化的高新技术，它有操作方便，设备紧凑，工作环境安全，节约能耗和药剂的优点，其主体分离工艺是反渗透技术，为反渗透作预处理工艺的有超滤和精滤技术。可以根据原水不同的水质组合成各种不同的流程。（3）膜法和离子交换法结合的脱盐工艺反渗透膜法与离子交换法联合组成的除盐系统是目前使用较为广泛的除盐水处理系统。在这种系统中，反渗透作为离子交换的预脱盐系统，除去原水中约95%以上的盐分和绝大部分的其他杂质，如胶体、有机物、细菌等；反渗透产水中剩余的盐分则通过后继的离子交换系统除去。5.4污水回用工艺的选择将污水处理站的出水和清净下水的混合水进行回用，其水量一般较大，盐含量不高一般为1000～3000mg/L之间。若直接采用蒸馏法，需要大量的热源浪费能源，不合适。由于污水中仍含有一定的有机污染物，若采用离子交换树脂，会污堵树脂，且由于回用水循环水补充水，水质要求并不高，采用离子交换不合适；随着膜分离技术和膜生产工艺的提高，膜的使用寿命在不断提高，而且使用价格在不断降低，膜的使用越来越普及，推荐污水回用的主体工艺中优先采用双膜法（超滤+反渗透），根据水质的不同特点对污水进行预处理，以满足双膜的使用条件。5.5浓盐水膜浓缩国内外有不少公司在研究将双膜法产生的浓盐水进行膜再浓缩，使盐含量达到6～8万mg/L，即尽可能将污水中盐分提高，减小后续蒸发器的规模，减少投资以及节约能源。目前国际上常用的工艺有阿奎特的HERO膜浓缩工艺、GE公司纳滤膜浓缩工艺、威立雅的OPUS膜浓缩工艺、麦王公司的震动膜浓缩工艺。上述工艺在国外的盐浓缩中均有业绩。国内也有部分公司在研究膜浓缩工艺，但目前尚未有使用的业绩和工程实例。5.6蒸发将浓盐水中的盐分达到6～8万mg/L后再进行蒸发，国外对废水的蒸发工艺一般采用“降膜式机械蒸汽压缩再循环蒸发技术”，是目前世界上处理高盐分废水最可靠、最有效的技术解决方案。采用机械压缩再循环蒸发技术处理废水时，蒸发废水所需的热能，主要由蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放或交换的热能所提供。在运行过程中，没有潜热的流失。运行过程中所消耗的仅是驱动蒸发器内废水、蒸汽、和冷凝水循环和流动的水泵、蒸汽压缩机、和控制系统所消耗的电能。利用蒸汽作为热能时，蒸发每千克水需消耗热能554千卡。采用机械压缩蒸发技术时，典型的能耗为处理每吨含盐废水需20至30度电，即蒸发每千克水仅需28千卡或更少的热能。即单一的机械压缩蒸发器的效率，理论上相当于20效的多效蒸发系统。采用多效蒸发技术，可提高效率，但是多效蒸发增加了设备投资和操作的复杂性。蒸发器一般可将废水中盐含量提高至20%以上。通常被送往蒸发塘进行自然蒸发、结晶；或送至结晶器，结晶干燥成固体，外送处置。六、我公司零排放项目案例简介伊犁新天年产20亿立方米煤制天然气项目中煤鄂尔多斯能源化工有限公司图克化肥项目一期年产100万吨合成氨、175万吨尿素工程中电投伊南3×20亿Nm3/a煤制天然气项目一期20亿Nm3/a工程神华煤直接液化项目零排放项目业绩6.1伊犁新天年产20亿立方米煤制天然气项目(总承包)气化工艺：碎煤加压固定床气化技术（鲁奇炉）项目产品：年产20亿Nm3天然气污水处理系统内容：污水处理装置：1200m3/h污水回用：①生化污水回用单元：1200m3/h②含盐污水回用单元：1200m3/h③多效蒸发单元：300m3/h6.2中煤鄂尔多斯能源化工有限公司图克化肥项目(总承包)气化工艺：碎煤熔渣加压气化技术（BGL）项目产品：合成氨100万吨/年，尿素175万吨/年污水处理系统内容：污水处理装置：360m3/h回用水处理装置：1200m3/h浓盐水处理装置：200m3/h处理工艺：污水处理工艺流程6.3中电投伊南3×20亿Nm3/a煤制天然气项目一期20亿Nm3/a工程（总体设计+基础设计）气化工艺：纯氧气流床气化技术（GSP炉）项目产品：年产20亿Nm3天然气污水处理系统内容：污水处理装置：280m3/h回用水处理装置：900m3/h浓盐水处理装置：处理工艺：污水处理装置：预处理+二级生化+深度处理回用水处理装置：预处理+超滤+反渗透浓盐水处理装置：膜浓缩+蒸发结晶6.4神华煤直接液化（煤制油）项目污水处理系统内容：生化处理部分：包括含油污水系统、高浓度污水系统含盐处理部分：包括含盐污水系统、催化剂制备废水系统、蒸发器浓缩液处理系统处理规模：含油污水系统：204m3/h高浓度污水系统：150m