承壓一體化污水處理設備省時省力

MVR機械蒸汽再壓縮技術又可稱之為熱泵技術，指的是重新借助蒸發濃縮環節形成的二次蒸汽的冷凝潛熱，進一步縮減蒸發濃縮環節能源損耗的一種先進節能技術，基本原理為把蒸發器蒸發形成的二次蒸汽，在蒸汽壓縮機機械壓縮作用下，使得二次蒸汽溫度、壓力得以提升，進而使提升了熱焓的二次蒸汽轉至蒸發系統，以對生蒸汽進行補充，即利用機械壓縮對二次蒸汽回用，減少新鮮蒸汽的補充，大幅度降低蒸發能耗成本，為避免蒸發過程中，濃縮溶液堵塞蒸發設備，主流采用泵送強制循環模式。

該蒸發除開車需補充新鮮蒸汽外，主熱量來自二次蒸汽，能耗低，處理成本低，主要核心設備為壓縮機，2006年國外MVR設備進入中國市場，經長足的國內設備技術攻關及產業化進步，目前國內蒸汽MVR設備技術日趨成熟，基本形成國產替代進口的格局，大幅度的降低了設備投資費用。

3．3．2 蒸發除鹽工藝分析

近幾十年來,隨著社會經濟的飛速發展，我國對于資源和能源的消耗急劇增加。作為一個“富煤貧油”國家，發展煤化工對我國降低能源依賴、緩解環境污染具有積極的推動意義。

煤化工產業主要是以煤作為原料，經加工轉換成氣體、液體、固體能源或化工產品。近年來，眾多大型煤化工項目尤其是煤氣化項目在我國各地不斷出現，使我國成為發展煤化工的國家。數據顯示，當前我國煤制天然氣產能約為1500億立方米、煤制烯烴產能將近3000萬噸。

1、煤化工廢水”的重要意義

煤化工產業的迅猛發對于我國經濟社會發展帶來了重要的推動力，但同時對于水資源的消耗也急劇攀升。有數據顯示，我國煤化工產業中，每噸產品的耗水量超過10噸。而我國煤炭儲量大的西北地區，卻普遍存在水資源較為短缺的問題。同時，這些地區缺少受納水體，且環境脆弱，廢水經處理后無處排放。因此，要解決該地區水資源短缺的問題，同時避免對當地環境帶來破壞，對于煤化工廢水處理后回用，實現“”顯得尤為必要。

2、煤化工廢水處理

2.1 煤化工廢水的特點

煤化工生產工藝多樣，不同的工藝裝置均會產生大量的廢水，但廢水組分也有所差異，具有污染物種類多、濃度高，并且存在大量有毒有害污染物質等特征。通常其來源主要包括氣化廢水、工藝裝置廢水，車間沖洗水等。此外，還含有雨水、生活污水及部分清凈下水。其中，氣化廢水是煤化工廢水的主要來源，占比超過60%。作為原料的煤中通常含有氮、硫及一些金屬等物質。其中一部分氮被轉化為氨、等；而金屬則轉化為金屬化合物。此外，廢水中還含有一些難降解化合物如吡啶類化合物、油類物質等。

2.2 煤化工廢水“”處理技術

我國具備較為豐富的煤炭資源，傳統意義上的煤炭利用較為粗放，因此也帶來了嚴重的污染。而發展煤制天然氣，對于緩解我國原油短缺的能源結構形勢具有重要意義。此外，煤制天然氣還具有熱能利用率較高的優勢，對于廢熱還可進行循環利用，對于我國天然氣氣源也具有良好的補充作用。作為現代煤化工產業的龍頭，煤氣化消耗水量大，產生的廢水也多。

煤氣化工藝可分為高溫和低溫氣化兩種，其中高溫氣化廢水中COD、酚等含量較低。而隨著魯奇爐煤氣化工藝裝置越來越成熟，其應用也日益廣泛。但由于魯奇爐煤氣化工藝煤氣化溫度較低，因此，其廢水成分更復雜，廢水處理難度加大。魯奇爐工藝廢水中氨和酚含量較高，因此需要在預處理階段對氨和酚進行回收處理。通常魯奇爐煤氣化廢水COD可高達4000-6000mg/L，氨氮含量可達200-250mg/L，總酚約為800-1000mg/L。此外，廢水的色度大，含有大量油類物質。因此，在對廢水的預處理系統中還要設置焦油回收裝置。而流化床和氣流床等煤化工工藝廢水中氨含量高，因此需對氨進行回收處理。

（1）有機廢水處理。

由于煤化工廢水有機物含量高，因此主要以生化法對有機物進行去除。通常采用預處理+生化法+深度處理系統對廢水進行處理。固定床工藝中，氨、酚含量高。由于這兩種物質無法直接生化處理，因此，需對其進行回收處理。可采用蒸氨工藝對廢水中的氨進行回收，采用萃取法分離酚。通過降低氨酚濃度，確保后續生化處理順利進行。而流化床和氣流床主要是氨濃度較高，則主要需進行氨回收。

通過生化法處理，可以去除大部分有機物。煤化工廢水中有機物含量高，但還存在一些難降解的有機物。因此，通常采用厭氧-好氧工藝，即結合硝化和反硝化機理來進行難降解有機物處理。對于油類，則采用隔油、氣浮等工藝來進行去除。由于經生化法處理后廢水指標并不能完達標回用要求。因此，要實現廢水的回用和“，還需對廢水進行深度處理。常用的深度處理工藝有過濾、混凝沉淀，超濾、納濾、反滲透等處理技術。

（2）濃鹽水處理。

煤化工濃鹽水主要來自除鹽水系統排放、回用系統濃水等。濃鹽水處理通常包含濃鹽水濃縮處理及固化兩個步驟，以及結晶鹽的處理。而這也是對煤化工廢水實現“”處理的難點。對于濃鹽水的濃縮處理，常用的處理工藝有反滲透、納濾膜濃縮工藝等。此外，對于高濃度鹽水的固化處理，還有熱法濃縮工藝技術，如多效蒸發、膜蒸發等。通過上述濃鹽水濃縮處理的方式，可以實現良好的清水回收率。但有研究顯示，目前我國煤化工濃鹽水蒸發結晶工藝技術尚不成熟。要最終實現濃鹽水的“，還需配套蒸發塘等工藝，即利用太陽能來使承壓一體化污水處理設備省時省力高濃鹽水蒸發結晶。

3、“”處理技術在煤制天然氣項目中的應用

3.1 項目概況

以我國西部某省某煤制天然氣項目為研究對象，該項目年產煤制天然氣20×108Nm3。該項目主要采用魯奇爐氣化工藝技術裝置進行生產，所采用的原料和燃料均為褐煤。項目主要產品為天然氣，副產品包括硫磺和石腦油等。產品主要制取工藝為：加壓氣化+變換冷卻+甲醇洗+甲烷化。本項目污水主要來源是工藝裝置中的煤氣洗滌水。廢水經氣水分離、脫酚除氨及酸性氣后送至污水處理系統。

3.2 項目廢水“”處理工藝

本研究中，該煤制天然氣項目采用魯奇爐氣化工藝，屬于中低溫工藝。因此該項目廢水中氨酚含量高，并存在大量焦油。而氨酚的存在對生化處理具有抑制，因此，對于項目廢水首先采用萃取法和蒸氨法分別對酚和氨進行脫除處理。再采用隔油沉淀池和氣浮等工藝裝置進行除油處理。之后，采用兩級生化法和深度處理工藝來實現廢水的達標回用和“。

除鹽路線可選擇多效除鹽及MVR結晶除鹽，兩者的優缺點在于，多效除鹽設備簡單，工藝成熟可靠，投資較低，但占地面積大，能耗高，MVR設備占地小，能耗具有明顯優勢，但核心設備壓縮機投資較高，長期穩定運行可靠性需重點關注，不同應用廠家應根據需要進行測算，選擇合適設備。

MVR及多效蒸發進行高鹽水處理常規處理方法為，采用濃縮結晶除鹽工藝進行固液分離，可分為兩種方式，一種為隨濃縮程度增加，達到結晶飽和濃度，熱條件下結晶，另一種是將一定濃度熱溶液對其降溫，降低溫度到對應飽和鹽溶液的溫度下冷結晶。該方法在聚苯硫醚廢水工業化應用中存在三個問題，一是由于NaCl在水中的溶解度受溫度的影響不大，NaCl的結晶方法不能采用冷卻結晶法，而只能使用蒸發法，易產生細碎晶體從而在換熱器結垢∞刮，或堵塞換熱器，或影響傳熱效果；二是由于蒸發物主要是水，蒸發溫度基本是水的汽化溫度，高沸點溶劑NMP不會在蒸發過程中發生明顯蒸發脫除，隨運行時間的增加，其濃度增加，破壞物料及能量的平衡，需要定期對高沸點有機物NMP進行排放；三是在NaCl結晶鹽的生成過程中，由于高鹽水組份的復雜性，除有機物外，還含氯化鋰鹽，生成鹽份就單一組分來說，純度并不高，不能達到外售標準，一般只能作為混鹽固廢處理，由于采用的是水溶液結晶法，結晶固體至少含10％以上的結晶水隨固廢排出，而危固處理成本一般在3000～5000元／噸，從成本計算來說，危固處理所占成本對廢水處理總成本具有舉足輕重的作用。

對此綜合考慮，提出利用三效蒸發或MVR蒸發節能作用，對含鹽溶液進行連續提濃，大部分水蒸發與鹽分離，剩下的濃溶液不在蒸發器中濃縮，即不進行結晶生成固鹽，防止堵塞以保證此處蒸發系統的連續穩定運行性，高沸點溶劑隨提濃溶液連續排出，避免高沸點有機物積存系統需間歇排出引起的停車。由于在此處工序進行了大部分水的蒸發，從節能上考慮，基本完成了廢水蒸發除水的節能要求。蒸發出的水含鹽量極少，對生化處理工序影響極小。剩下的再考慮濃液的有機物COD去除及固鹽成形。

3．3．3 濃液的COD有機物去除及固鹽成形

通過三效蒸發或MVR處理后形成的高鹽，高COD溶液已脫除大部分水，數量極少，可選擇進一步蒸發熱處理工序進行固鹽成形及有機物脫除，其中有機物NMP應考慮回用，以降低物耗，減少生產成本，同時減排。由于有機物NMP沸點高，且具有高溫下易氧化變質的特點，宜采用真空蒸發或采用惰性氣體直接加熱溶液的方式，以脫除NMP，并可通過冷凝方式回收NMP。

采取惰性氣體加熱，設備龐大，惰性氣體溫度需要在NMP沸點以上(203℃)，熱源需采用導熱油或電加熱，系統較復雜，熱源單價高，能耗成本高，同時惰性氣體需回收循環使用，以避免環保問題，可采用的設備為噴霧干燥機，其氣流對溶液進行蒸發濃縮結晶，加熱氣流直接接觸液體傳熱，熱效率較高，物料不與設備內壁接觸，基本不存在結垢現象。

采用真空蒸發避免了對氧氣的接觸，可有效保證回收NMP品質，且操作溫度低，在絕壓10kPa時，NMP沸點約120℃，可直接采用蒸汽加熱，熱源便宜，可采用設備為真空結片機，通過刮刀對鹽份進行刮除，避免了鹽份結垢現象，同時由于結片機蒸發過程利用的是鼓面膜蒸發原理，傳熱系數高。

兩種方式均對生成固鹽進行了深度干燥，所得固廢含濕量較小，減少了固廢處理成本，綜合考慮，宜采用真空結片機，流程簡單且工藝可靠性好，設備簡單易操作。

另外通過蒸發熱處理脫除鹽分中有機物后，需增加相應尾氣處理設施，既回收有機物節約成本，又避免尾氣非烷總烴超標，達到國家環保要求，根據NMP水溶性的特點，可采用噴淋塔進行循環噴淋回收，當NMP在水中達到一定濃度時，進行回用。固體混鹽作為固廢的處理會大幅增加廢水處理總成本，可跟蹤研究混鹽(NaCL、LiCL)分鹽技術，形成可對外銷售的鹽類產品銷售，目前國內該部分工作正在起步，可重點關注。