煤化工水处理技术解析.pptx
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- 煤化工 水处理技术 解析
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1、20202020年年1010月月2828日日煤煤 化化 工工 水水 处处 理理 技技 术术 解解 析析ANALYSIS OF WATER TREATMENT TECHNOLOGY IN COAL CHEMICAL INDUSTRY 目目 录录 1.1.我国现代我国现代煤化工发展现状煤化工发展现状 2.2.煤化工煤化工行业行业水处理水处理技术解析技术解析 3.3.浓盐水分质结晶技术解析浓盐水分质结晶技术解析 4.4.副产盐副产盐资源化资源化及及标准化标准化 一、我国现代煤化工发展现状一、我国现代煤化工发展现状现代煤化工主要以煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制现代煤化工主要以煤制油、煤制天然气、煤
2、制烯烃、煤制乙二醇、煤制甲醇等为重点发展方向。乙二醇、煤制甲醇等为重点发展方向。现代煤化工产业污染物排放u 大气污染物排放优于火电厂大气污染物排放优于火电厂p 正常工况下,煤制油厂单位耗煤量大气污染物排放约为传统火电厂的1/5-1/10。p 非正常工况(如事故、气化炉烧嘴切换等)下,总的大气污染物排放量仍然低于燃煤电厂。污染物煤化工燃煤发电SO2、H2S等硫回收率达99.9%以上,生产硫磺或硫酸产品。脱硫效率在90%-98%,产生大量脱硫石膏,部分地区难以利用。氮氧化物采用纯氧气化,空气中氮气不参与反应,几乎不产生氮氧化物。锅炉采用空气燃烧,高温燃烧产生大量氮氧化物。烟尘主要来自堆煤、备煤干燥
3、等环节,工艺过程基本没有排放。主要来源为烟囱排放、煤堆和备煤过程等,除尘效率可达99.9%以上。CO2工艺过程浓度高(约70-%-98%),有利于捕集与封存。浓度低(小于20%),捕集与封存难度极大。汞大部分进入灰渣水,仅有极微量汞排入大气现行排放标准为0.03毫克/立方米,2012年排放量约为2000吨。废水固定床气化废水处理难度高,目前国内已有解决方案;高盐水采用蒸发结晶方案,已有企业成功运行。无有机废水,含盐废水以“清净下水”名义达标外派,未纳入污水监管。项目年排放SO2(t/a)年排放NOx(t/a)年耗煤量(万t/a)每万吨煤排放SO2每万吨煤排放NOx神华某超低排放2*660MW电
4、厂615.341065.79543.101.131.96鄂尔多斯煤制油厂153.51258.92282.600.540.92废水废渣问题技术和发展中的问题u原有工艺技术的缺陷和不成熟、不匹配,体现在排放水平高,环保上出现问题u环保技术水平正在提高,缺乏环保技术的系统集成,赶不上政策的要求。此类问题可以通过工艺技术进步得到解决u废水处理:高浓盐水处理技术已在几个项目上应用废水处理:高浓盐水处理技术已在几个项目上应用p煤直接液化项目,全厂污水净化,煤直接液化项目,全厂污水净化,废水回用率可达96%以上。剩余高浓盐水进入结晶分盐系统(2017年10月建成运行),成功产出结晶盐。p庆华庆华煤制天然气项
5、目煤制天然气项目:煤制气项目根据废水的不同水质,分别治理后阶梯式回用,废渣通过渣场填埋、外运利用、外卖等方式,实现有效处置。u 结晶盐处置:结晶盐处置:浓盐水分盐技术、结晶盐产品标准等已取得较大突破。浓盐水分盐技术、结晶盐产品标准等已取得较大突破。u 杂盐为危险废物,资源化利用难度大,固化处理后填埋处置,成本高,占地大。杂盐为危险废物,资源化利用难度大,固化处理后填埋处置,成本高,占地大。u 杂盐分离技术已工业化应用成功,处于推广应用阶段。杂盐分离技术已工业化应用成功,处于推广应用阶段。u“十三五十三五”进一步加强环保技术研发,进行环保技术的集成示范进一步加强环保技术研发,进行环保技术的集成示
6、范p需水预测按照2020年形成1000万吨煤制油、300亿m3煤制天然气和1000万吨煤制烯烃产能,其中新增产能分别为煤制油700万吨、煤制天然气270亿m3、煤制烯烃600万吨、煤炭分级分质利用消耗煤炭2400万吨,2020年现代煤化工项目需新增用水量约2.8亿m3。p预测分析主要布局地鄂尔多斯和新疆准东,现代煤化工新增用水比例偏高,需要找到解决途径。其它各地现代煤化工新增用水量占新增工业用水比例均在30%以下,可以满足用水需求。区域区域地区地区项目用水需求(万项目用水需求(万t)工业用水(万工业用水(万t)工业供水增量工业供水增量(万(万t)项目占全部工业新增用项目占全部工业新增用水比例水
7、比例现状2020年预测鄂尔多斯盆地鄂尔多斯810025900474622156237.57%包头9802930035520622015.76%大同12001550219533403129.77%榆林500018000462322823217.71%延安300790021993140932.13%甘肃9801503529284142496.88%新疆准东698018100377371963735.55%伊犁12001130031106198066.06%云贵贵州2240148500216405679053.30%东部淮南132092400122726303264.35%东营60019000259
8、7969798.60%合计2810047164470343923179512.12%二、二、煤化工煤化工行业行业水处理水处理技术解析技术解析三、浓盐水分质结晶技术解析三、浓盐水分质结晶技术解析l系统运行不稳定系统运行不稳定l来水、翻液、结垢、结疤、排料、设备腐蚀、来水、翻液、结垢、结疤、排料、设备腐蚀、热平衡点热平衡点l处理量不满足设计指标处理量不满足设计指标l来水性质、来水性质、热平衡、热平衡、系统稳定性系统稳定性l产品质量不达标产品质量不达标l来水、工艺选择、热平衡、系统稳定性、物料平衡、来水、工艺选择、热平衡、系统稳定性、物料平衡、设设备选型和备选型和装置结构装置结构l能耗高能耗高l系统
9、稳定性、热利用工艺、系统稳定性、热利用工艺、设备选型和装置结构设备选型和装置结构分质结晶:分质结晶:利用溶液的热力学性质,通利用溶液的热力学性质,通过物理方法实现溶液中不同盐类的结晶过物理方法实现溶液中不同盐类的结晶分离。目前常用的是蒸发和冷冻工艺。分离。目前常用的是蒸发和冷冻工艺。纳滤工艺纳滤工艺在在“分质分质”方面提供了一种良方面提供了一种良好的选择。好的选择。总体上分为热法和冷法,其主要区别在于利用硫酸钠的溶解度特征,控制其结晶温度。传统的盐硝分质结晶热法工艺包括盐硝联产(硝盐联产),冷法主要是冷冻提硝。随着纳滤膜的推广应用,盐硝分离技术出现了多个变种,丰富了盐硝分离工艺。热法工艺依据原
10、理是“高温析硝、低温析盐,热母液循环”。其优点是工艺紧凑,能耗较低。缺点是工艺控制范围较窄,对于盐硝比有较高要求。冷法工艺依据原理是“高温析盐、低温析硝,冷母液循环”。其优点是工艺范围较宽,便于控制。缺点是工艺流程长,能耗高,尤其是硫酸钠含量较低时。氯化钠低温结晶氯化钠升温硫酸钠高温结晶无水硝母液降温氯化钠高温结晶预冷硫酸钠冷冻结晶十水硝热融重结晶无水硝氯化钠NF浓水淡水热法或冷法提硝氯化钠蒸发结晶体系热力学性质(体系相图)l工艺路线选择依据l蒸发终点(或节点)控制指标l物料平衡和热量平衡计算依据l基础收率计算依据l结晶盐品质保证的基础条件l通过对不同温度下Na/Cl、SO4三元到Na/Cl、
11、SO4、NO3四元,再到Na、K/Cl、SO4、NO3五元体系研究,对于煤化工废水体系的认识在不断深化,对于蒸发终点控制的实践增加,控制上愈加成熟,提升了结晶盐品质;l之所以称为“基础收率计算依据”,是由于杂质影响导致高盐废水与一般盐水体系之间有所区别,极可能导致理论收率下降;l多数情况下,NO3影响的是沸点升,而非结晶盐纯度。尤其在MVR工艺中,由于压缩机温升限制,很多情况下以系统可忍受的沸点升高对应的富集硝酸根浓度作为蒸发终点;l高效NF的应用简化了一二价分离过程。状态因素参数状态因素参数参数特征:以宏观尺度为主,主要为热力学参数。控制方程:质量平衡方程、热量平衡方程。主要参数:流量、浓度
12、、温度、压力、pH、液位、固液比、回流比等。认知特征:容易检测,易于认知。操作特征:可以通过系统控制手段进行调节,一旦出现影响稳定性的参数变化,调节较为迅速,弹性较大。过程因素参数过程因素参数参数特征:以介观、微观尺度为主,主要为动力学参数。控制方程:粒数平衡方程、杂质平衡方程。主要参数:粒度分布、温差损失、成核速率、杂质特征、循环流速、过热度、过饱和度等。认知特征:难以检测,难于认知,难于分析。操作特征:一旦根据设计条件确定后,很难改变,出现参数变化时,反馈较慢,调节相对不灵敏,弹性较小。影响盐品质的主要因素包括状态因素和过程因素两方面,前者主要影响蒸发过程,后者主要影响结晶过程。所有参数的
13、控制是以系统稳定性为前提的,离开稳定性前提,质量控制无从谈起。设计、调试、运行中的首要问题是稳定性问题。煤化工废水中含有大量的COD,对蒸发结晶影响机理极为复杂,对结晶盐品质影响极大。l脂肪类物质、表面活性剂等导致废水发泡性强,影响蒸发结晶的稳定操作,必须在前处理中有效去除;l多元酚在降解过程中易氧化成苯醌类物质,体系颜色变深,导致结晶盐白度下降,在前处理中必须降低其含量;l轻组分进入二次气中,影响蒸发工艺正常运转,冷凝水质量下降;l重组分增加物料粘度、密度,对结晶盐质量影响极大。若前处理不完善,必须增加母液排放量,以保证盐质,但将导致能耗增加、收率下降。lCOD总量是蒸发终点控制指标之一,但
14、是不同类COD对结晶盐品质影响不同,因此蒸发终点控制也不同,可以从几千至几万。l氨氮主要进入冷凝水中,影响水质;lSiO2除造成结垢外,还影响结晶盐纯度和白度,需要在前处理中严格控制;l重金属主要在前处理中去除,蒸发结晶过程很难将重金属降低至较低含量;l较低的pH不但腐蚀设备和管道,而且极易导致结晶盐白度下降。l均匀、规则的粒度(分布)对于提高盐质具有明显作用;l除状态参数影响外,过程参数尤其是结晶器结构对结晶控制尤为关键;l通过对结晶粒度分布的研究,可以发现结晶器结构方面尚需加强控制的因素,如停留时间、固液比、过热度t、过饱和度c、消晶措施、轴流循环泵性能等。l注意过热度和温差损失l注意液位
15、差结晶器设计的核心问题:过热度和过饱和度的稳定消除结晶器设计的核心问题:过热度和过饱和度的稳定消除关键指标及其控制结晶器设计的核心问题1.1.白度低。白度低。COD(COD(影响极为复杂影响极为复杂)、硅酸盐等。、硅酸盐等。2.2.粒度差。粒度差。停留时间短、杂质含量高、消晶措施不完善。停留时间短、杂质含量高、消晶措施不完善。3.3.纯度低。纯度低。回流比、蒸发终点、排母液量、回流比、蒸发终点、排母液量、TOCTOC等。等。4.4.蒸发水质差。蒸发水质差。静空间、有机挥发物、氨氮、洗气等。静空间、有机挥发物、氨氮、洗气等。对于废水处置行业,与预处理工艺有非常大的关系。因此水处对于废水处置行业,
16、与预处理工艺有非常大的关系。因此水处理行业的连续蒸发结晶对于工艺和装备都有较高要求,单纯的无机理行业的连续蒸发结晶对于工艺和装备都有较高要求,单纯的无机盐盐-水热力学平衡数据不能精确揭示状态稳定点。必须将系统有机水热力学平衡数据不能精确揭示状态稳定点。必须将系统有机物(以物(以TOCTOC或或CODCOD表示,甚至更细分解)作为单独因素(相?)进行表示,甚至更细分解)作为单独因素(相?)进行总体平衡分析。总体平衡分析。蒸发室内的液面沸腾状况蒸发室内的液面沸腾状况堵管堵管加热管结垢加热管结垢设备腐蚀设备腐蚀盐质差盐质差分质结晶是多分质结晶是多尺度尺度条件下,不同质量传递、能量传条件下,不同质量传
17、递、能量传递和动量传递之间的稳态或非稳态平衡。递和动量传递之间的稳态或非稳态平衡。物料平衡和热量平衡物料平衡和热量平衡是热力学设计关键问题,是热力学设计关键问题,结晶结晶器设计器设计是动力学设计关键问题是动力学设计关键问题其工艺控制要求是其工艺控制要求是流量(进料、母液、盐浆、回流、流量(进料、母液、盐浆、回流、淘洗)、温度、压力、淘洗)、温度、压力、液位液位、pHpH、浓度和、浓度和固液比固液比的稳定,的稳定,其微观控制要求是其微观控制要求是粒度分布、过饱和度、过热度、特征粒度分布、过饱和度、过热度、特征杂质杂质等的稳定。等的稳定。1.1.可信的物料组成是项目成功的首要问题;可信的物料组成是
18、项目成功的首要问题;2.2.稳定是系统能正常工作的首要条件,结垢、翻罐等是破坏稳定的常见稳定是系统能正常工作的首要条件,结垢、翻罐等是破坏稳定的常见问题。装置结构问题是连续蒸发结晶系统稳定操作的核心之一,其研究问题。装置结构问题是连续蒸发结晶系统稳定操作的核心之一,其研究专注于在稳定基础上实现节能降耗;专注于在稳定基础上实现节能降耗;3.3.水处理行业的蒸发结晶虽然以无机盐分离为目的,但是由于水处理行业的蒸发结晶虽然以无机盐分离为目的,但是由于CODCOD本身性本身性质不稳定,造成系统稳定性较差,追求较高的结晶质量是以牺牲收率为质不稳定,造成系统稳定性较差,追求较高的结晶质量是以牺牲收率为代价
19、的,减少杂盐量也是必须考虑的问题;代价的,减少杂盐量也是必须考虑的问题;4.4.在工艺设计前,多次的实验研究在工艺设计前,多次的实验研究(包括中试包括中试)是非常必要的,很多涉及是非常必要的,很多涉及系统稳定性的关键问题会不断暴露出来;系统稳定性的关键问题会不断暴露出来;5.5.考虑到系统内部参数和外界环境变化对系统稳定性的影响,要求系统考虑到系统内部参数和外界环境变化对系统稳定性的影响,要求系统不仅能稳定地工作,还需要有足够的缓冲裕度。不仅能稳定地工作,还需要有足够的缓冲裕度。四、副产盐资源化及标准化四、副产盐资源化及标准化副产盐的来源煤化工煤化工石油化工石油化工医药、农药医药、农药水处理水
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