大型煤化工企业工艺用水回收技术分析

胡湖 黄赛

【摘 要】化工企业的节水工作包括用水、排水两方面，工艺用水节水技术主要通过反渗透浓水、浓浓水回收工艺；解析液、冷凝液的阶梯利用技术；锅炉排污回收措施；黄河水加温节约蒸汽等手段节水降耗并实现创收目的。排水方面主要通过中水回用和蒸发水汽回收等新型技术实现排水回收目标。此外通过工艺管理、制度监管等手段措施进一步加强节水工作。

【关键词】工艺用水；节水；反渗透浓水；循环水；解析液；冷凝液；中水回用

目前煤化工企业是当地用水和排污大户，随着取水费用的上涨，用、排水量的限额，以及环保控制的进一步严格，给企业的可持续发展和提升企业经济效益带来巨大的挑战。因此节约用水和提高水资源综合利用率是当前也是下一步努力的目标。

化工企业在用水方面正面临严峻考验，节水减排刻不容缓，要实现化工企业的节水减排目标，需要优化工艺流程，整合资源利用，引进新技术，新工艺等节能技术，同时还需要有清晰过程系统工程煤化工企业用水网络[1]加强管理。

1 工艺用水节水措施

工业用脱盐水的使用范围主要包括副产蒸汽、工艺用水、产品补充等方向，耗水情况包括：①反渗透制水的浓水排放；②工艺装置用二级水的补充如机泵密封水、设备检修冲洗、活性炭再生、交换器再生、产品配液、系统补水等；三、蒸汽消耗和损失，如锅炉排污、蒸汽伴随、疏水、解析用汽、外售等[2]。

1.1.反渗透浓水回收技术：

反渗透浓水电导在3100us/cm左右，产水率受到温度和反渗透膜使用寿命的影响[3-5]，浓水率占到总用水量的30%左右。为实现浓水的进一步回收，采用一种低压反渗透浓水淡化膜技术，型号为AK8040F-400其特点是利用反渗透浓水的余压而不需额外的动力来源，脱盐率较高，淡水回收量能实现浓水量的55%以上，电导在20-40us/cm，浓水量45%，电导在6800us/cm左右。其优点是能耗低、运行少，处理成本低。

1.2反渗透浓浓水的回收

反渗透浓水回收后使反渗透回收率达到85%以上，同样存在一部分浓浓水的排放，根据2.1所述，浓浓水的电导较高，采用高压反渗透浓水平板膜，此部分水进一步回收，高压平板膜抗污染性能高，浓浓水污染指数SDI<4，符合进水指标，无需进一步预处理直接进行膜处理工艺，产淡水电导率在200us/cm无法作为反渗透产品水，但可以优化原水水质，从而提高反渗透的产水率，浓水电导率在12800us/cm回收率实现55%以上。反渗透制水工艺最终实现92.5%的产水率。极大的节约了制化学二级水的成本。

产品水作为反渗透原水使用，高压反渗透膜使用寿命按照5年计算，1.5个月可回收投资。根据负荷每小时回收水量按照100m3/h计算，年实现经济效益70余万元/年，同时进一步浓缩浓水，为下一步中水回用提供良好的准备条件。

1.3尿素解析废液、化工冷凝液的综合利用

气化装置脱盐水的使用主要包括各低压机泵的机封密封水、灰水各闪蒸罐液位计的冲洗水、气化烧嘴冷却水及各流量计压力表的冲洗水总量在110m3/h左右（包括备泵防冻水），此部分水使用后随生产运行进行工艺系统无法回用。其水质要求相对不高，长期使用脱盐水作为补水略有浪费。

尿素装置在正常运行负荷下产生的解吸液压力在0.2Mpa左右；温度在60-80℃，外送至水站代替部分循环水补水，由于其水质良好且温度高，用于水质补水不仅增加水站热负荷而且解析液的优良水质用于补水过于浪费。通过对比工艺机泵密封等用水指标情况，解析液除PH偏低外，基本能够满足其使用。通过改造将解析液加碱调整到指标9-11后送入机泵密封和液位冲洗等工段，从而大大节约了除氧水用量。

化工冷凝液总量约220m3/h，温度为80-95℃，余热利用换热后温度为60℃，水质情况较为洁净，主要影响因素为COD、氨氮指标，总体水质较为清洁。化工冷凝液回收到气化车间、变换岗位等作为机泵密封水、灰水各闪蒸罐液位计的冲洗水、气化烧嘴冷却水及各流量计压力表的冲洗水使用，多余的冷凝液根据水质情况送到大氮肥脱盐水站进行精制处理。

1.4锅炉排污水的综合利用

1.4.1锅炉排污水一般温度、压力较高，根据压力情况设置闪蒸槽，闪蒸出低压蒸汽回用或用于锅炉给水除氧。按照副产9.8MPa蒸汽，总负荷960t/h，计算，排污量在15m3/h左右，设置副产0.5MPa蒸汽闪蒸槽后可回收低压蒸汽5-8m3/h，用于工艺装置使用，低压蒸汽价值按照80元/t计算，年创造效益为384万元/年。

1.5黄河水加温项目节约蒸汽项目

回收利用空压机汽轮机循环水废热，实现反渗透黄河水冬季升温（25℃可满足反渗透产水高效率），替代目前1.0Mpa蒸汽直接加热黄河水，冷却后的循环水不用上塔节电（停风机）、节水（无蒸发、散失、浓缩等损失）。

2 循环水、污水系统的节水措施

2.1.冷却水塔顶水汽回收节水技术

循环冷却水蒸发水汽回收技术是下一步循环水站节水的重要研究方向。凉水塔顶蒸汽的回收有非常可观的回用水量，化工企业作为用水户有70%的新鲜水用于冷却塔补水，补水的80%通过换热形成水汽蒸发到大气中损失，按照单塔循环水量为4000m3/h计算，蒸发所带走的水汽量用经验公式计算：

E=（0.1+0.002×T）×R×（T1-T2）/100，

E：蒸发水量m3/h

T：大气干球温度℃（全年平均气温为20℃）

R：冷却循环水量m3/h（单塔按4000m3/h计算）

T1-T3：冷却水塔上、回水温差（平均10℃）

蒸发量为56m3/h，按照30%的回收率计算，可回收纯净水汽16.8m3/h用于循环水冷却塔的补水，按照浓缩倍数5倍计算，实际补水量R=E*5/（5-1）=70，回用冷凝水后浓缩倍数可以提高到6.5倍，补水量为R= E*6.5（6.5-1）-16.8=49m3/h，节约用水量21m3/h。单塔回收效益37万元/年。按照全厂56台塔计算，全部回收效益为2070万元/年。

2.2.中水回用技术

循环水、生化处理等排污水的深度处理回用，依托中水回用技术，结合运行装置的实际情况，统筹规划，择优选择较为经济合理的处理工艺。当前中水回用的技术主力还是反渗透膜脱盐，因其脱盐率高、浓水量小，污二次污染等优势广泛被用于污水回用工艺。

两种水质基本相似，均质后需先进行预处理脱除硬度、碱度、悬浮物浓度，較为洁净的水送入一级反渗透脱盐处理，浓水进入二级浓水反渗透，浓浓水含盐量达到TDS：38700mg/L，最终实现双效蒸发结晶形成固盐外运。由于当前对排水总盐浓度未严格要求，浓浓水达标排放。

3 节水综述

由于工业用水量大、供水比较集中、节水潜力相对较大且易于采取节水措施，因此，工业节水是实现企业节能降耗的重要手段。通过以上节水措施 实现了企业提质增效、节能降耗的目标，并为企业创造了较为可观的效益。

中水回用、回收蒸发水汽等技术具有长远效益，当前新鲜水的取水费用较低没有明显优势，但是从长远考虑随着国家进一步限制工业用水，企业将面临无水可用的处境，给生产运行带来了巨大的挑战。中水回用则从一定程度上改善了用水供给矛盾，给企业可持续发展提供了有利支持。促使企业在经济杠杆的作用下，积极采取有效的措施节约用水。除了技术措施，日常管理水平也是有效节水的重要手段，包括：开展水平衡测试，计算每个生产单位所需的水量，然后设立查验措施，控制耗水量；设法缩短热水管，并将冷水管迁离蒸汽管及其他发热的地方。尽量降低水压；定期检查隐蔽水管，以防漏损，检查内部供水系统，修理有毛病的水箱、水龙头及其他的供水设施；大力推广节水型设备工艺等。

参考文献：

[1]《过程系统工程方法在煤化工节水优化中的应用》.宏晓晶、刘雪鹏、吴盛文.工业水处理..2015年第8期；

[2]《化肥生产污水超低排放项目实施总结》.顾朝绘、崔增涛.化肥工业..2016年1月；

（作者单位：山东华鲁恒升化工股份公司）