談煤制甲醇項目節水措施及污水零排放

摘要：近年來，煤制甲醇項目快速發展，作者針對煤制甲醇的一些節水措施和節水效果，進行了研究。提出了采用抗污染的海水淡化RO膜和蒸發裝置蒸發處理工藝，實現全廠污水“零排放”。

關鍵詞：節水措施;污水;零排放

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：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

目前我國正逐步進入能源重化工時代，隨著世界石油價格的不斷攀升，我國現代煤化工產業迅速發展，煤制油、煤制醇醚燃料、煤制乙二醇等技術已日漸成熟，并受到普遍關注。我區是煤炭生產大省，發展煤化工產業具有得天獨厚的優勢。煤化工的高速發展已成為國民經濟持續發展的必然要求，而水資源保障不夠已成為我區煤化工工業發展的制約因素之一。煤化工行業作為用水大戶，萬元產值綜合耗水量約100t左右。由于近年來經濟的高速發展，結構性缺水日益嚴重，在我區，新鮮水價格最高已達5元/t以上，這還不包括水權轉換的一次性投入費用，1t甲醇僅新鮮水費用就達到100元左右。甲醇主要是由天然氣或煤炭為原料生產的，既是重要的化工產品及化工原料，又是未來的清潔能源之一。我國是個缺油、少氣、富煤的國家，國家立足于長遠發展，提出了“發展替代能源”的重大戰略舉措，因而煤制甲醇工藝仍是國內中、長期新建甲醇項目的首選。考慮到我區可開采水資源量以及人口增長、農業發展和生態環境用水需求等因素，供水形勢還將更加嚴峻，水資源缺乏已成為發展煤氣化制甲醇工業的主要制約因素。因此煤氣化制甲醇設計應采用節水的先進工藝和設備，這對于降低水耗、減少污染、提高效益具有重大的意義。

1 總體設計方案

（1）采用高效、節能的系統和設備，按照分質、分類、分壓的原則供水，做到一水多用，循環用水。（2）排水做到清污分流，提高中水回用率，處理后盡量做到回收利用。

2 供水系統主要的節水措施

2.1 凈水站

凈水站內設置回收水池，收集沉淀池含泥水和過濾反洗水，進行沉降后，上部清水經回收水泵送至凈水裝置前端回用，下部泥水排至污水處理裝置。凈水站排水率可降至3%，低于一般自來水廠的排水率（5%以上）。

2.2 循環水站和脫鹽水站

循環水排污水和脫鹽水站濃排水均回收至污水回用裝置，不作為凈下水外排。

2.3 各工段的沖洗水

各工段的沖洗水主要含有泥砂，不作為凈下水外排，全部回收到污水處理站。

2.4 低溫甲醇洗和甲醇合成

低溫甲醇洗工段的污水主要含有甲醇，含鹽量低，與各裝置凈下水一并回收至污水處理站。甲醇合成的工藝冷凝液作為冷凝水回收至脫鹽水站。

2.5 未預見水量

未預見水量包括各裝置水池溢流、放凈水，消火栓、灑水栓用水，消防事故排水、管網漏失水等，其水量取決于工廠的管理水平，按相關規范其水量約為全廠總用水量的5%～10%，按照“提高管理水平，盡量節約和回收外排水”的原則，將未預見水量確定為總用水量的約2%，并對溢流水、放凈水、消防廢水等全部回收，回收率95%（管網漏失無法回收）。

2.6 污水處理站

污水處理站進行分質收集和處理3種污水：

2.6.1 含鹽有機污水

包括氣化污水、硫回收工段的污水，鹽、氨和硫離子的含量高，進行生化處理后脫除有機物、氨和硫離子，但并沒有脫鹽，含鹽量較高（約2500mg/L），無法直接回用，需送至污水回用裝置進行脫鹽處理。

2.6.2 低鹽含泥污水

包括前述的凈水站泥水、各工段的沖洗水、低溫甲醇洗的生產污水和熱電站的鍋爐排污水、未預見水量等全部排水。廢水含鹽量較低（接近生產水），含泥砂量較高，進行沉淀處理后，全部送到磨煤工段回用。

2.6.3 含鹽含泥污水

來自污水回用裝置預處理（沉淀、過濾）設施所排出的含泥污水，含鹽量較高，與循環水排污和脫鹽水站排水的含鹽量相當，無法直接回用，需經沉淀處理后送至污水回用裝置進行脫鹽處理。

2.7 污水回用裝置

該裝置進水包括循環水排污、脫鹽水站排水、污水處理站排出的含鹽廢水，平均含鹽量約為2500mg/L（工業用水含鹽量以600mg/L計）。經沉淀、過濾、反滲透脫鹽后，全部補入循環水系統，反滲透濃排水含鹽量約為8000～10000mg/L）已無法再回用，全部排往污水蒸發界區。

2.8 循環水站

為了節約用水，盡量減少循環水冷卻塔的蒸發量，冷卻塔采用“干濕式冷卻塔”，該種塔上裝設有大面積的空冷散熱器，冷卻回水在散熱器中與外部冷空氣換熱，之后再進入塔的淋水區。此種塔形較普通冷卻塔可節約蒸發水量約20%～30%。

3 污水零排放方案

為盡量降低污水蒸發裝置的規模以節約投投資，擬先用采用抗污染的海水淡化RO膜淡化處理高含鹽污水，回收率以50%計，則濃水水量可減少一半，然后送至蒸發裝置蒸發處理。實現蒸汽冷凝水的回收和低含水率鹽泥的外排，實現全廠污水零排放。

4 具體措施

（1）除所有透平凝汽器（發電透平、空壓透平、甲醇合成氣透平、冰機透平凝汽器等）、甲醇常壓精餾塔和預塔一級冷凝器全部采用空冷措施外，氣化第一、二（組合式）真空冷凝器、高壓閃蒸最終冷卻器、預塔二級冷凝器（與預塔一級冷凝器組合）、合成氣水冷器、粗甲醚冷凝器、二甲醚精餾塔冷凝器、都可以采用空冷器。以180萬t/年煤制甲醇項目為例，這樣可節約循環水量102000m3/h，減少蒸發量1789m3/h，節約新鮮補水2386m3/h，減少排污596m3/h。這樣循環水量只需要約30000m3/h。補水量降為700m3/h，循環水排污量降為175m3/h。（2）兩套循環水系統串聯運行（一系統的排污作為二系統的補水，二系統的水冷器選擇非不銹鋼材質，將銅材質的換熱器放在二系統），這樣污水不必再回收到循環水系統，且污水回用和脫鹽水可以合并設計，降低投資。（3）變換30m3/h、低溫甲醇洗11 m3/h、甲醇合成20m3/h和二甲醚縮合的77m3/h共計138m3/h系統生成水，可直接回收至氣化用作激冷水。這樣污水處理水量減少108m3/h（40%）。回用水處理負荷減少30 m3/h。（4）原水采用石灰軟化法，可回收新鮮水30m3/h。減少排污30 m3/h。經過再沉淀處理，產生污泥用作鍋爐煙氣脫硫;可利用生產中的工藝廢氣作石灰軟化水和循環水的再碳酸化，循環水處理從根本上消除硫酸的使用。（5）鍋爐除渣補水40m3/h可以用污水處理后合格污水代替。氣化渣水處理可適當補充污水處理后合格的水（50 m3/h）。（6）動力鍋爐用于冷卻的全部一次水，正常時要使用循環水。（7）沖洗地坪水和衛生間沖廁用水，可以高鹽污水代替，可節水16～20m3/h。（8）空分水冷塔補充部分新鮮水以降低水溫，幫助吸收部分CO2，有利空分分子篩的操作。使用后的水進入循環水系統。（9）空氣、甲醇合成氣、氨氣壓縮機透平冷凝液以及甲醇精餾再沸器和二甲醚精餾再沸器冷凝液可以直接回到變換除氧器或鍋爐除氧器，脫鹽水站冷凝液處理量可大大減少，硫回收預熱、空分加熱、熱電站空氣加熱器、全廠采暖伴熱、低壓再沸器的冷凝液盡量送到脫鹽水站回收處理，與新鮮脫鹽水送往高壓鍋爐。這樣冷凝液處理量只需要430m3/h。

5 結論

排水經過過濾回收后，用于空冷塔下的空氣冷卻，將高鹽水蒸發，實現污水的“零排放”，整個裝置年用水量為1003×104m3（以8000h，1254m3/h計），每噸甲醇耗水量為5.6m3。污水回用裝置節約投資約54.6%，冷凝液處理量由1308 m3/h降為430 m3/h，節約冷凝液處理投資約67%。脫鹽水處理用原水量由570 m3/h降為384 m3/h，節約處理費用32%。

參考文獻

[1]張勇，曲順利，朱艷艷.國內煤制甲醇企業節水技術現狀[J].氮肥技術，2010，31（1）：18-21.

收稿日期：2019-03-08

作者簡介：劉維銳，在職研究生。