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面对国家能源安全和煤炭和水资源在地势上呈逆向分布的现状,中国既要大力发展煤化工产业,又要解决煤转化工业因巨大耗水量而带来的严峻挑战,煤化工废水的“零液排放”俨然成为亟待解决的关键问题之一。在工业设计上基本形成并认同了“污水预处理–生化处理–深度处理–盐水处理–固化零排放”的设计框架,但是对于部分煤化工废水,该流程仍存在预处理效率低、回用水水质差、处理成本高、水资源回用率低且处理系统缺乏顶层设计等问题,制约着我国煤转化工业的清洁利用和可持续性发展。为此,本文基于生命周期模型调研分析了典型的九类煤化工废水处理的生命周期成本,通过引入虚拟成本法对比分析了“零液排放”和综合废水一级排放的成本优势,并基于2018年现代煤化工项目规划和煤化工项目取用水水平对未来煤化工项目耗水水平进行了核算。结果表明,煤化工废水实现“零液排放”具有7.17元/t水的成本优势,已规划的煤化工项目总耗水水平将达到工业耗水量的2.8%,通过对经济成本、环境影响和各地区水资源总量的分析,本文总结归纳了一些改进措施,推动煤化工项目能源转化效率的提升和水资源的合理利用。碎煤加压气化技术虽然具有非常高的冷煤气效率,但实现废水“零液排放”困难,相比之下,水煤浆气化技术实现“零液排放”较为容易,但该技术用于生产清洁燃料或化工产品时,对碳元素的利用效率仍然较低。因此,本文耦合了两种气化技术的优点以期实现优势互补。结果显示,在控制各工艺流程能够实现全流程“零液排放”的基础上,提升煤制烯烃和煤制乙二醇流程碳元素转化效率提高24.95%和13.55%,降低烯烃和乙二醇的单位成本19.72%和9.27%,而且降低了CO2排放量83.1%和83.5%,具有很好的应用前景,而煤制天然气项目实现较低成本“零液排放”仍有待进一步探索。当前煤制兰炭废水预处理过程对油、尘和酚类等污染物脱除效率不足,而且消耗大量的高品位蒸汽。这不仅污堵各单元设备组件并大大降低过程的传质传热效率,而且蒸汽要求远高于兰炭厂的蒸汽副产能力。本文总结归纳了该流程的几点不足之处,针对性地提出了新型处理流程并通过工业废水的小试实验研究验证了其可靠性和可行性,并对产水量为240 m3/d的兰炭废水处理流程进行了工业设计。结果表明,新型流程通过改变废水体系中稳定存在的油滴表面ζ电位使其斥力减少而聚并沉降,油尘含量均降至20mg/L以下;分离脱酸塔和脱氨塔有效降低了塔底热负荷和蒸汽品位需求;而溶剂回收塔的负压操作不仅降低了再沸器蒸汽品位,而且减少了粗酚在高温条件下对塔釜的腐蚀。最终出水中油、酸性气、总酚、氨氮和COD浓度分别降至20 mg/L、10 mg/L、270mg/L、50 mg/L和3050 mg/L以下,节省固定投资成本约57.9%,吨水操作成本由53.40元降至50.69元。煤化工高浓含酚氨有机废水均需采用酚氨回收单元汽提脱除废水中的酸性气、氨氮并回收稀氨水,萃取脱除水中有机物并回收粗酚产品。华南理工大学酚氨回收工艺获得了工业界普遍的认可,该工艺采用单塔同时脱除酸性气和氨氮,MIBK萃取脱除酚类并精馏回收萃取剂和粗酚,但在此过程中消耗了大量的蒸汽。本文通过引入蒸汽再压缩式热泵精馏,借助夹点分析方法,在不改变现流程的操作参数的条件下,提出了两种能量集成方案,基于技术经济分析结果,发现新流程降低了53.7%热公用工程、57.5%冷公用工程、增加了662 k W电耗。新流程吨水处理成本由35.53元/t降至27.34元/t水,年节省公用工程费用655.2万元,减少CO2排放5237 t/y。