大型煤化工企業工藝用水回收技術分析

胡湖 黃賽

【摘 要】化工企業的節水工作包括用水、排水兩方面，工藝用水節水技術主要通過反滲透濃水、濃濃水回收工藝；解析液、冷凝液的階梯利用技術；鍋爐排污回收措施；黃河水加溫節約蒸汽等手段節水降耗并實現創收目的。排水方面主要通過中水回用和蒸發水汽回收等新型技術實現排水回收目標。此外通過工藝管理、制度監管等手段措施進一步加強節水工作。

【關鍵詞】工藝用水；節水；反滲透濃水；循環水；解析液；冷凝液；中水回用

目前煤化工企業是當地用水和排污大戶，隨著取水費用的上漲，用、排水量的限額，以及環保控制的進一步嚴格，給企業的可持續發展和提升企業經濟效益帶來巨大的挑戰。因此節約用水和提高水資源綜合利用率是當前也是下一步努力的目標。

化工企業在用水方面正面臨嚴峻考驗，節水減排刻不容緩，要實現化工企業的節水減排目標，需要優化工藝流程，整合資源利用，引進新技術，新工藝等節能技術，同時還需要有清晰過程系統工程煤化工企業用水網絡[1]加強管理。

1 工藝用水節水措施

工業用脫鹽水的使用范圍主要包括副產蒸汽、工藝用水、產品補充等方向，耗水情況包括：①反滲透制水的濃水排放；②工藝裝置用二級水的補充如機泵密封水、設備檢修沖洗、活性炭再生、交換器再生、產品配液、系統補水等；三、蒸汽消耗和損失，如鍋爐排污、蒸汽伴隨、疏水、解析用汽、外售等[2]。

1.1.反滲透濃水回收技術：

反滲透濃水電導在3100us/cm左右，產水率受到溫度和反滲透膜使用壽命的影響[3-5]，濃水率占到總用水量的30%左右。為實現濃水的進一步回收，采用一種低壓反滲透濃水淡化膜技術，型號為AK8040F-400其特點是利用反滲透濃水的余壓而不需額外的動力來源，脫鹽率較高，淡水回收量能實現濃水量的55%以上，電導在20-40us/cm，濃水量45%，電導在6800us/cm左右。其優點是能耗低、運行少，處理成本低。

1.2反滲透濃濃水的回收

反滲透濃水回收后使反滲透回收率達到85%以上，同樣存在一部分濃濃水的排放，根據2.1所述，濃濃水的電導較高，采用高壓反滲透濃水平板膜，此部分水進一步回收，高壓平板膜抗污染性能高，濃濃水污染指數SDI<4，符合進水指標，無需進一步預處理直接進行膜處理工藝，產淡水電導率在200us/cm無法作為反滲透產品水，但可以優化原水水質，從而提高反滲透的產水率，濃水電導率在12800us/cm回收率實現55%以上。反滲透制水工藝最終實現92.5%的產水率。極大的節約了制化學二級水的成本。

產品水作為反滲透原水使用，高壓反滲透膜使用壽命按照5年計算，1.5個月可回收投資。根據負荷每小時回收水量按照100m3/h計算，年實現經濟效益70余萬元/年，同時進一步濃縮濃水，為下一步中水回用提供良好的準備條件。

1.3尿素解析廢液、化工冷凝液的綜合利用

氣化裝置脫鹽水的使用主要包括各低壓機泵的機封密封水、灰水各閃蒸罐液位計的沖洗水、氣化燒嘴冷卻水及各流量計壓力表的沖洗水總量在110m3/h左右（包括備泵防凍水），此部分水使用后隨生產運行進行工藝系統無法回用。其水質要求相對不高，長期使用脫鹽水作為補水略有浪費。

尿素裝置在正常運行負荷下產生的解吸液壓力在0.2Mpa左右；溫度在60-80℃，外送至水站代替部分循環水補水，由于其水質良好且溫度高，用于水質補水不僅增加水站熱負荷而且解析液的優良水質用于補水過于浪費。通過對比工藝機泵密封等用水指標情況，解析液除PH偏低外，基本能夠滿足其使用。通過改造將解析液加堿調整到指標9-11后送入機泵密封和液位沖洗等工段，從而大大節約了除氧水用量。

化工冷凝液總量約220m3/h，溫度為80-95℃，余熱利用換熱后溫度為60℃，水質情況較為潔凈，主要影響因素為COD、氨氮指標，總體水質較為清潔。化工冷凝液回收到氣化車間、變換崗位等作為機泵密封水、灰水各閃蒸罐液位計的沖洗水、氣化燒嘴冷卻水及各流量計壓力表的沖洗水使用，多余的冷凝液根據水質情況送到大氮肥脫鹽水站進行精制處理。

1.4鍋爐排污水的綜合利用

1.4.1鍋爐排污水一般溫度、壓力較高，根據壓力情況設置閃蒸槽，閃蒸出低壓蒸汽回用或用于鍋爐給水除氧。按照副產9.8MPa蒸汽，總負荷960t/h，計算，排污量在15m3/h左右，設置副產0.5MPa蒸汽閃蒸槽后可回收低壓蒸汽5-8m3/h，用于工藝裝置使用，低壓蒸汽價值按照80元/t計算，年創造效益為384萬元/年。

1.5黃河水加溫項目節約蒸汽項目

回收利用空壓機汽輪機循環水廢熱，實現反滲透黃河水冬季升溫（25℃可滿足反滲透產水高效率），替代目前1.0Mpa蒸汽直接加熱黃河水，冷卻后的循環水不用上塔節電（停風機）、節水（無蒸發、散失、濃縮等損失）。

2 循環水、污水系統的節水措施

2.1.冷卻水塔頂水汽回收節水技術

循環冷卻水蒸發水汽回收技術是下一步循環水站節水的重要研究方向。涼水塔頂蒸汽的回收有非常可觀的回用水量，化工企業作為用水戶有70%的新鮮水用于冷卻塔補水，補水的80%通過換熱形成水汽蒸發到大氣中損失，按照單塔循環水量為4000m3/h計算，蒸發所帶走的水汽量用經驗公式計算：

E=（0.1+0.002×T）×R×（T1-T2）/100，

E：蒸發水量m3/h

T：大氣干球溫度℃（全年平均氣溫為20℃）

R：冷卻循環水量m3/h（單塔按4000m3/h計算）

T1-T3：冷卻水塔上、回水溫差（平均10℃）

蒸發量為56m3/h，按照30%的回收率計算，可回收純凈水汽16.8m3/h用于循環水冷卻塔的補水，按照濃縮倍數5倍計算，實際補水量R=E*5/（5-1）=70，回用冷凝水后濃縮倍數可以提高到6.5倍，補水量為R= E*6.5（6.5-1）-16.8=49m3/h，節約用水量21m3/h。單塔回收效益37萬元/年。按照全廠56臺塔計算，全部回收效益為2070萬元/年。

2.2.中水回用技術

循環水、生化處理等排污水的深度處理回用，依托中水回用技術，結合運行裝置的實際情況，統籌規劃，擇優選擇較為經濟合理的處理工藝。當前中水回用的技術主力還是反滲透膜脫鹽，因其脫鹽率高、濃水量小，污二次污染等優勢廣泛被用于污水回用工藝。

兩種水質基本相似，均質后需先進行預處理脫除硬度、堿度、懸浮物濃度，較為潔凈的水送入一級反滲透脫鹽處理，濃水進入二級濃水反滲透，濃濃水含鹽量達到TDS：38700mg/L，最終實現雙效蒸發結晶形成固鹽外運。由于當前對排水總鹽濃度未嚴格要求，濃濃水達標排放。

3 節水綜述

由于工業用水量大、供水比較集中、節水潛力相對較大且易于采取節水措施，因此，工業節水是實現企業節能降耗的重要手段。通過以上節水措施 實現了企業提質增效、節能降耗的目標，并為企業創造了較為可觀的效益。

中水回用、回收蒸發水汽等技術具有長遠效益，當前新鮮水的取水費用較低沒有明顯優勢，但是從長遠考慮隨著國家進一步限制工業用水，企業將面臨無水可用的處境，給生產運行帶來了巨大的挑戰。中水回用則從一定程度上改善了用水供給矛盾，給企業可持續發展提供了有利支持。促使企業在經濟杠桿的作用下，積極采取有效的措施節約用水。除了技術措施，日常管理水平也是有效節水的重要手段，包括：開展水平衡測試，計算每個生產單位所需的水量，然后設立查驗措施，控制耗水量；設法縮短熱水管，并將冷水管遷離蒸汽管及其他發熱的地方。盡量降低水壓；定期檢查隱蔽水管，以防漏損，檢查內部供水系統，修理有毛病的水箱、水龍頭及其他的供水設施；大力推廣節水型設備工藝等。

參考文獻：

[1]《過程系統工程方法在煤化工節水優化中的應用》.宏曉晶、劉雪鵬、吳盛文.工業水處理..2015年第8期；

[2]《化肥生產污水超低排放項目實施總結》.顧朝繪、崔增濤.化肥工業..2016年1月；

（作者單位：山東華魯恒升化工股份公司）