煤直接液化項(xiàng)目零排放裝置運(yùn)行及改進(jìn)探索

王偉

摘 要：零排放裝置采用兩套降膜蒸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)行，緩沖罐+換熱器+除氧器+降膜蒸發(fā)器+旋液分離器+主輔空冷器工藝處理煤制油生產(chǎn)裝置排放的高含鹽廢水和催化劑廢水，高含鹽廢水的TDS：19105 mg/L，催化劑廢水的TDS：46550 mg/L，硫酸根：33，000 mg/L，氨：10042 mg/L，處理后的出水水質(zhì)E1產(chǎn)品水COD<30 ppm、TDS<10 ppm，E2產(chǎn)品水COD<9 ppm、TDS<10 ppm，且運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：零排放 降膜蒸發(fā)器 高含鹽廢水 硫酸銨廢水 回用水

中圖分類號(hào)：X784 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0107-02

1 煤直接液化項(xiàng)目零排放裝置概況

神華煤直接液化項(xiàng)目是我國(guó)也是世界上第一個(gè)煤炭直接液化商業(yè)性建設(shè)項(xiàng)目。生產(chǎn)油品108萬(wàn)噸/年，建設(shè)地點(diǎn)在鄂爾多斯，其中煤液化裝置排放污水水量大、濃度高、國(guó)內(nèi)外沒(méi)有類似的污水處理經(jīng)驗(yàn)可借鑒，根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局關(guān)于神華煤直接液化項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審查意見(jiàn)的批復(fù)要求，貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節(jié)約用水的原則，對(duì)不同水質(zhì)的廢水分別進(jìn)行處理，最大限度地提高水的重復(fù)利用率及廢水資源化利用率，裝置產(chǎn)生的含油污水、高濃度有機(jī)廢水、含鹽廢水等經(jīng)處理后均要返回系統(tǒng)回用，高含鹽廢水處理后要求達(dá)到零排放要求。

2 ZLD裝置組成

零排放裝置簡(jiǎn)稱ZLD裝置，煤直接液化項(xiàng)目ZLD裝置采用兩效蒸發(fā)的原理處理高含鹽廢水。該裝置2006年建設(shè)，2008年底建成投產(chǎn)。

ZLD裝置組成：蒸汽減溫減壓器系統(tǒng)、催化劑廢水預(yù)處理系統(tǒng)、兩套蒸發(fā)器系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱E1蒸發(fā)器系統(tǒng)和E2蒸發(fā)器系統(tǒng)）、主輔空冷器系統(tǒng)和硫酸銨結(jié)晶系統(tǒng)組成。其中E1蒸發(fā)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理負(fù)荷129 m3/h，主要處理電廠廢水和RO濃液，E1產(chǎn)品水設(shè)計(jì)118 m3/h回用電廠，11 m3/hE1濃液排放至121單元蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)。E2蒸發(fā)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理負(fù)荷103 m3/h，主要處理催化劑廢水（即硫酸銨廢水），E2產(chǎn)品水設(shè)計(jì)有94 m3/h去污水汽提裝置脫氨處理后用于配置硫酸亞鐵溶液和主裝置用水，結(jié)晶系統(tǒng)采用單效蒸發(fā)處理硫酸銨廢水濃液，設(shè)計(jì)處理負(fù)荷9 m3/h，其產(chǎn)品是硫酸銨鹽類作為化肥外賣。

3 ZLD裝置流程簡(jiǎn)述

含鹽廢水和催化劑廢水進(jìn)入ZLD裝置后，分別經(jīng)加酸、預(yù)熱和脫氣處理。之后含鹽廢水進(jìn)入含鹽廢水蒸發(fā)器E1（154-C-4801），使用外部提供的低壓蒸汽將管殼內(nèi)部的濃水蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸汽接著進(jìn)入催化劑廢水蒸發(fā)器E2（154-C-5701）完成對(duì)催化劑廢水的蒸發(fā)。由于含鹽廢水設(shè)計(jì)處理水量大于催化劑廢水水量，因此將有部分多余的蒸汽從E1蒸發(fā)器中排出，送至副空冷器（154-E-5401A/B/C）冷凝后直接給換熱器換熱后回用至產(chǎn)品水罐送電廠。

由E2蒸發(fā)器排出的蒸汽送至主空冷器（154-E-6401A～F/154-E-6402A～F）冷凝。主空冷器及副空冷器的凝液混合經(jīng)E-2換熱器（154-E-5601A/B）與催化劑廢水進(jìn)料換熱后送入E-2蒸餾液罐（154-T-7002），再由泵送出界區(qū)至污水氣體裝置進(jìn)行脫氨處理后直接回用。由E1蒸發(fā)器下部排出的一次蒸汽凝液經(jīng)泵送蒸發(fā)器產(chǎn)品水罐T-8003；由E2蒸發(fā)器下部排出的蒸汽凝液經(jīng)E-1換熱器（154-E-4701A/B）與含鹽廢水進(jìn)料換熱后送入E-1蒸餾液罐（154-T-7001），再由泵輸送至T-8003罐后送至電廠回用。經(jīng)E1蒸發(fā)器濃縮排出的含鹽濃液以及經(jīng)E2蒸發(fā)器濃縮排出的催化劑廢水濃液分別送入含鹽廢水濃縮液儲(chǔ)罐（154-T-5001）以及催化劑廢水濃縮液儲(chǔ)罐（154-T-5901），之后經(jīng)泵送至蒸發(fā)塘和結(jié)晶裝置進(jìn)行處理。

4 設(shè)備和材質(zhì)

ZLD裝置關(guān)鍵設(shè)備是降膜蒸發(fā)器、除氧器國(guó)內(nèi)加工制造，合金材料從國(guó)外購(gòu)買；循環(huán)泵、加藥泵等從國(guó)外采購(gòu)。

5 進(jìn)出水水質(zhì)分析

E1進(jìn)料水質(zhì)（譜尼分析）（如表1所示）

E1產(chǎn)品水水質(zhì)（譜尼分析）（如表2所示）

E2進(jìn)料水質(zhì)（譜尼分析）（如表3所示）

E2產(chǎn)品水水質(zhì)（如表4所示）

汽提后的E2產(chǎn)品水水質(zhì)（如表5所示）

通過(guò)分析數(shù)據(jù)可以看出，高含鹽廢水經(jīng)蒸發(fā)后，E1/E2產(chǎn)品水水質(zhì)完全滿足回用水水質(zhì)要求，全部回收利用，E1濃液去蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)，E2實(shí)現(xiàn)了污水零排放，達(dá)到了安全環(huán)保、節(jié)約用水的目的。

6 公用工程消耗

（如表6所示）

雖然運(yùn)行能耗較高，但在運(yùn)行費(fèi)用中，蒸汽占主導(dǎo)，用于做ZLD裝置的蒸汽來(lái)源于PSA尾氣回收產(chǎn)生的蒸汽，應(yīng)該是廢氣綜合利用產(chǎn)生熱能用于蒸發(fā)，ZLD裝置做到了清污分流、污污分治、一水多用、節(jié)約用水的原則，減少了一次用水量，最大限度地提高水的重復(fù)利用率及廢水資源化利用率，特別是對(duì)于鄂爾多斯水資源匱乏，要求零排放，尤期重要，同時(shí)造福于環(huán)境，符合國(guó)家環(huán)保政策。

7 ZLD裝置運(yùn)行及改造情況

ZLD裝置自2009年底開(kāi)車調(diào)試，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)一些問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)人員的攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了較長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平穩(wěn)。針對(duì)這幾年出現(xiàn)的問(wèn)題和改造歸納如下：

（1）存在問(wèn)題：催化劑廢水中氯根含量高，對(duì)E2蒸發(fā)器產(chǎn)生腐蝕。原設(shè)計(jì)催化劑廢水中氯離子的含量為5.50 mg/L，而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，催化劑廢水中氯離子的含量為50 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值，氯離子來(lái)源主要是催化劑制備過(guò)程采用的煤、水和硫酸亞鐵，而配催化劑的水采用的是生產(chǎn)水。蒸發(fā)器鹽水槽的操作條件是溫度90～100℃，PH值3～4，廢水濃縮倍數(shù)10～12，水中氯離子達(dá)到500 mg/L以上。催化劑廢水處理采用的主要設(shè)備材質(zhì)是316L，在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行氯離子腐蝕十分嚴(yán)重。

解決方案：將催化劑制備用的配水改為RO產(chǎn)品水，從根本上解決氯根含量。同時(shí)與GE專家研究，提出將底槽中PH改為6～7，這將會(huì)增大氫氧化鈉的消耗量，同時(shí)E2產(chǎn)品水中氨含量將會(huì)很高，無(wú)法達(dá)到回用水指標(biāo)。通過(guò)研究討論，針對(duì)此方案，我們將E2產(chǎn)品水送至汽提裝置脫氨處理后，產(chǎn)品水回用于循環(huán)水或膜處理系統(tǒng)（處理完后回用于電廠）。

（2）存在問(wèn)題：E2蒸發(fā)器去主空冷器的蒸汽管線（DN1650）抽癟。在蒸發(fā)器調(diào)試過(guò)程中，由于E2去主空冷蒸汽管線（DN1650）設(shè)計(jì)壁厚較?。?.5 mm）。至使在試蒸汽引射器抽真空時(shí)將管線抽癟。

解決方案：經(jīng)核算，在蒸汽管線上每隔1米做一個(gè)加強(qiáng)圈，修復(fù)了該管線，運(yùn)行至今比較平穩(wěn)。

（3）存在問(wèn)題：進(jìn)口泵密封水的改造，設(shè)計(jì)上進(jìn)口泵采用新鮮水做為機(jī)械密封水，在實(shí)際運(yùn)行中，由于泵輸送的是97～99℃的熱水，所以用新鮮水做密封水會(huì)在泵機(jī)械密封面上產(chǎn)生結(jié)垢，致使泵無(wú)法運(yùn)行。

解決方案：將新鮮水改為除鹽水，解決了這一問(wèn)題。

（4）存在問(wèn)題：在調(diào)試過(guò)程中，提出其濃液排放線在不排放濃液時(shí)，管線上存在死端，易結(jié)晶堵塞管線，從而使蒸發(fā)器無(wú)法運(yùn)行。

解決方案：提出在E1、E2蒸發(fā)器濃液排放線上調(diào)節(jié)閥前加一回流線，這一方案被現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試技術(shù)人員采納，實(shí)施后投入運(yùn)行后，效果較好。

（5）存在問(wèn)題：E2加堿泵無(wú)法滿足工藝要求，在調(diào)試過(guò)程中，由于E2鹽水槽內(nèi)工藝操作條件的改變，PH值由原來(lái)的3～4更改為6～7，將會(huì)增大氫氧化鈉的消耗量，目前的堿泵無(wú)法滿足工藝要求，需要將E1蒸發(fā)器的2臺(tái)加堿泵給E2供應(yīng)。

解決方案：將E1/E2加堿泵出口管線上加跨線，同時(shí)增大E2加堿泵出口管線管徑。

（6）存在問(wèn)題：由于催化劑廢水來(lái)水水量和TDS含量比設(shè)計(jì)值高，E2蒸發(fā)器主空冷和E2鹽種旋流分離器能力不足，E2蒸發(fā)器無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行，造成來(lái)水無(wú)法完全處理。

解決方案：E2旋液分離器擴(kuò)能，增加一組鹽種旋液分離器系統(tǒng)，和原有的旋液分離器并聯(lián)運(yùn)行，以降低E2鹽水槽內(nèi)TDS的含量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，投用后運(yùn)行比較平穩(wěn)。

主空冷器系統(tǒng)擴(kuò)能，運(yùn)行過(guò)程中負(fù)壓達(dá)不到設(shè)計(jì)值，造成系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)值。研究后增加了一組空冷器，同時(shí)增加一組引射器并改造主空冷噴淋系統(tǒng)更換泄露管束，以解決主空冷能力不足問(wèn)題。夏季溫度較高，對(duì)空冷影響很大。

8 需要解決的問(wèn)題及后期的改造和探索

E1/E2蒸發(fā)器內(nèi)管束的清洗疏通還需要進(jìn)一步研究。從近年來(lái)停車檢修經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我們通過(guò)高壓清洗和化學(xué)清洗，效果不是很明顯。還需要進(jìn)一步找原因。煤直接液化項(xiàng)目零排放裝置自2008年底投運(yùn)以來(lái)，總體運(yùn)行情況比較良好，但是運(yùn)行中還需要進(jìn)一步優(yōu)化，更好地降低運(yùn)行成本。

9 結(jié)語(yǔ)

（1）煤直接液化項(xiàng)目零排放裝置主要用于處理高含鹽廢水，其處理成本高、長(zhǎng)周期運(yùn)行受限，為了提高系統(tǒng)運(yùn)行周期，降低廢水噸水處理成本，還需要進(jìn)一步的技術(shù)攻關(guān)。（2）E2蒸發(fā)器濃鹽液經(jīng)過(guò)硫酸銨結(jié)晶系統(tǒng)處理后，其產(chǎn)品硫酸銨直接外賣給化肥廠，而E1蒸發(fā)器濃鹽液設(shè)計(jì)直接外排蒸發(fā)塘進(jìn)行自然蒸發(fā)，需要進(jìn)一步研究E1濃鹽液結(jié)晶系統(tǒng)，對(duì)雜鹽進(jìn)行分質(zhì)分離，減少?gòu)U水外排量。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝曉，凌怡敏.煤化工廢水零排放策略探討[J].水處理信息報(bào)道，2010（12）：15-20.

[2] 魏江波.煤制油廢水零排放實(shí)踐與探索[J].工業(yè)用水與廢水，2011（5）：70-75.