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乙二醇是化工生產(chǎn)中常用的有機(jī)原料,主要運(yùn)用在聚酯塑料的生產(chǎn)中。煤制乙二醇工藝道路主要是將煤制合成氣經(jīng)過(guò)酯化、羰基化反響,從而生產(chǎn)出草酸酯,接著將草酸酯與氫氣實(shí)行反響,生產(chǎn)出乙二醇。由于我國(guó)對(duì)乙二醇需求量較大,分離我國(guó)煤炭資源豐厚的現(xiàn)狀,煤制乙二醇技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并且到達(dá)了快速開(kāi)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),到2020年煤制乙二醇將到達(dá)1000萬(wàn)t的產(chǎn)能。隨著煤制乙二醇項(xiàng)目的快速上馬,煤制乙二醇技術(shù)自身的缺陷逐步暴露,突出表如今廢水的處置上,成為限制煤制乙二醇項(xiàng)目達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)以至穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素。近年來(lái),經(jīng)過(guò)煤制乙二醇人的艱辛努力,煤制乙二醇廢水處置技術(shù)也得到了快速開(kāi)展。
1、煤制乙二醇生產(chǎn)原理
煤制乙二醇技術(shù)為兩步法合成乙二醇技術(shù),首先經(jīng)過(guò)酯化、羰基化偶聯(lián)制得草酸二甲酯,然后草酸二甲酯加氫制得乙二醇,主要反響原理如下:
第一步:
酯化反響
羰基化反響
第二步:
加氫反響
經(jīng)過(guò)以上反響,制得粗乙二醇,在經(jīng)過(guò)乙二醇精制單元,制得聚酯級(jí)乙二醇產(chǎn)品。
2、煤制乙二醇廢水的來(lái)源
在發(fā)作酯化反響生成主要產(chǎn)物亞硝酸甲酯的同時(shí)隨同著水的生成,年產(chǎn)20萬(wàn)t的乙二醇設(shè)備,酯化系統(tǒng)氧氣的參加量約為5000Nm3/h,酯化系統(tǒng)生成的水為8t/h,年產(chǎn)30萬(wàn)t的乙二醇設(shè)備,酯化系統(tǒng)氧氣的參加量約為8000Nm3/h,酯化系統(tǒng)生成的水為12.86t/h。
3、煤制乙二醇廢水的復(fù)雜性
在酯化系統(tǒng)內(nèi)除了發(fā)作生成亞硝酸甲酯的主反響外,還會(huì)發(fā)作如下副反響生成硝酸,形成廢水中含有硝酸。
為了避免硝酸、甲醇在高溫下發(fā)作反響產(chǎn)生爆炸性事故,在實(shí)行甲醇回收之前,采用堿液將硝酸實(shí)行中和,從而形成甲醇回收之后的廢水中含有大量的硝酸鈉。
另煤制乙二醇羰基化和加氫兩個(gè)主反響均會(huì)發(fā)作副反響生成甲酸甲酯、甲縮醛、碳酸二甲酯、二乙二醇、二甲醚等,甲酸甲酯、甲縮醛、碳酸二甲酯等酸性物質(zhì)在堿性環(huán)境下也會(huì)發(fā)作反響生成甲酸鈉、草酸鈉、碳酸鈉等鈉鹽,形成廢水中鹽分的復(fù)雜性。而二乙二醇、二甲醚在甲醇回收塔屬于重組分,殘留在廢水中,形成廢水的COD在8000~10000mg/L,居高不下。綜上所述,煤制乙二醇廢水具有高鹽分、鹽分復(fù)雜、高COD的特性。
4、煤制乙二醇生產(chǎn)廢水處理技術(shù)
4.1 催化硝酸復(fù)原技術(shù)
4.1.1 處置計(jì)劃及原理
在催化劑的作用下,硝酸、甲醇、NO反響生成亞硝酸甲酯,到達(dá)回收硝酸的目的,反響原理:
4.1.2 催化劑
催化劑的外形和強(qiáng)度:直徑Φ2~3mm,長(zhǎng)2~6mm的擠壓長(zhǎng)條,強(qiáng)度>60N。堆密度0.5~0.6kg/L,液相空速為0.3~1.5h-1。運(yùn)用壽命>2年,硝酸轉(zhuǎn)化率92%~95%。工藝條件:操作壓力0.35MPa,操作溫度80~110℃。工藝物料設(shè)計(jì)流向氣相、液相均為上進(jìn)下出,催化劑床層裝填高度每段3m,共3段,催化劑裝填量25m3。處置物料中的硝酸濃度為0.2%~15%,氣相NO與液相中硝酸的物質(zhì)的量比為4∶1或略大一點(diǎn)。
4.1.3 操作參數(shù)
溫度,80~85℃,壓力,0.38MPa,氣流方式,氣液相并流,上進(jìn)下出,硝酸轉(zhuǎn)化率92%~95%。
4.2 無(wú)催化硝酸復(fù)原反響釜
4.2.1 處置計(jì)劃及原理
增加廢水在反響器的停留時(shí)間,硝酸、甲醇、NO反響生成亞硝酸甲酯,到達(dá)回收硝酸的目的,反響原理:
4.2.2 操作參數(shù)
入硝酸復(fù)原反響釜?dú)庀嗔髁?/font>3000Nm3/h,NO含量10%~14%。液相流量2.5m3/h,硝酸含量5%~7%,反響釜操作壓力0.25MPa,溫度為60~70℃,液位50%。
4.3 無(wú)催化硝酸復(fù)原反響塔
4.3.1 處置計(jì)劃及原理
增加廢水在反響器的停留時(shí)間,硝酸、甲醇、NO反響生成亞硝酸甲酯,到達(dá)回收硝酸的目的,反響原理:
4.3.2 操作參數(shù)
入硝酸復(fù)原塔反響的氣流量為8000~10000Nm3/h,NO含量10%~14%。入硝酸復(fù)原塔液相流量10m3/h,硝酸含量5%~7%,反響器操作壓力0.25MPa,溫度60~80℃,液位50%。
4.4 無(wú)催化硝酸復(fù)原配套硝酸濃縮技術(shù)
4.4.1 處置計(jì)劃及原理
硝酸濃縮技術(shù)為物理過(guò)程,主要原理為蒸餾,在負(fù)壓[30kPa(A)]條件下,將酯化系統(tǒng)的含酸廢液實(shí)行蒸餾,將硝酸實(shí)行濃縮,濃縮之后的硝酸返至硝酸復(fù)原實(shí)行回收應(yīng)用,硝酸濃縮塔頂采出水和甲醇,送至甲醇回收塔實(shí)行別離,可完成廢水鹽分的零排放和COD的有效降低。
4.4.2 操作參數(shù)
主要操作參數(shù):壓力為30kPa(A),塔釜溫度為70℃。
4.5 反浸透膜別離+蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)
碟管式反浸透(DTRO)技術(shù)是一種高效反浸透技術(shù),相關(guān)于卷式反浸透,DTRO技術(shù)耐高壓、抗污染特性愈加明顯,即便在高濁度、高SDI值、高鹽分、高COD的狀況下,也能經(jīng)濟(jì)有效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),愈加順應(yīng)高鹽廢水的處置。碟管式反浸透DTRO膜濃縮后的濃鹽水TDS含量為100000~150000mg/L,回收70%~80%蒸餾水,并采用結(jié)晶技術(shù)將鹽分結(jié)晶成固體實(shí)行回收應(yīng)用,多效蒸發(fā)工藝和蒸汽機(jī)械再緊縮工藝,產(chǎn)生的二次蒸汽,緊縮后使壓力和溫度升高,熱焓增加,然后送入蒸發(fā)器的加熱室作加熱蒸汽運(yùn)用,充沛應(yīng)用能量。其產(chǎn)水經(jīng)過(guò)次優(yōu)分級(jí),分別回用于脫鹽水處置和循環(huán)水處置系統(tǒng)。DTRO鹽截留率為98%~99.8%,結(jié)晶的干化固體資源化回收應(yīng)用,最終到達(dá)液體零排放請(qǐng)求。
4.6 反硝化+IC+AO(HBF)生化處置技術(shù)
對(duì)高濃鹽廢水設(shè)置調(diào)理池,保證一定的停留時(shí)間,均質(zhì)水質(zhì)水量,設(shè)置在線電導(dǎo)率監(jiān)測(cè),電導(dǎo)率高時(shí)則開(kāi)啟稀釋水泵對(duì)高濃原水實(shí)行稀釋進(jìn)水。到達(dá)進(jìn)入主體處置單元水質(zhì)請(qǐng)求后,廢水進(jìn)入反硝化池,經(jīng)過(guò)反硝化反響去除大局部的硝態(tài)氮,在反硝化配水池中設(shè)置在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在反硝化產(chǎn)生堿度和原水的酸度中和后合理調(diào)控進(jìn)入到后續(xù)反響系統(tǒng)的pH值。反硝化反響器出水進(jìn)入IC厭氧反響器,去除大局部的COD。IC出水進(jìn)入改良型A/O工藝(HBF),進(jìn)一步去除COD、NH3—N、TN等污染物質(zhì),HBF生化工藝出水可達(dá)標(biāo)排放。
5、廢水處置技術(shù)的比照
將以上工業(yè)廢水處理技術(shù)總結(jié)比照如下。
①催化硝酸復(fù)原技術(shù)。
處置指標(biāo):廢水出口硝酸降至0.15%~0.2%,COD約為8000mg/L。
優(yōu)點(diǎn):固定投資小,可完成酯化副產(chǎn)物硝酸的回收應(yīng)用,在一定水平上降低廢水的鹽含量,降低廢水的處置難度。
缺陷:操作溫度較高,具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性,受反響均衡的影響,廢水出口仍含有一定的硝酸,0.15%~0.2%,需堿中和處置,廢水中仍含有一定的鹽分,處置仍較為艱難,催化劑具有一定的運(yùn)用壽命,需改換。
②無(wú)催化硝酸復(fù)原反響釜。
處置指標(biāo):廢水出口硝酸仍處于1%的較高程度,COD約為8000mg/L。
優(yōu)點(diǎn):可完成酯化副產(chǎn)物硝酸的回收應(yīng)用,降低廢水的鹽含量,降低廢水的處置難度,反響較為溫和,操作較為煩瑣,無(wú)需催化劑。
缺陷:受反響均衡的影響,出口硝酸含量仍處于較高的程度,約1%,需堿中和處置,即廢水中鹽分含量仍較高,單臺(tái)設(shè)備轉(zhuǎn)化率有限,需多臺(tái)設(shè)備羅列,一次性投資較大,反響釜設(shè)置攪拌器和夾套熱水伴熱,由于反響釜為多臺(tái)羅列,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。
③無(wú)催化硝酸復(fù)原反響塔。
處置指標(biāo):廢水出口硝酸可降至0.1%的較好程度,COD約為8000mg/L。
優(yōu)點(diǎn):可完成酯化副產(chǎn)物硝酸的回收應(yīng)用,降低廢水的鹽含量,降低廢水的處置難度,反響較為溫和,操作較為煩瑣,無(wú)需催化劑,由于采用專(zhuān)有塔內(nèi)件,液體在復(fù)原塔內(nèi)的停留時(shí)間大幅度增加,出口硝酸含量可降至0.1%,廢水中的鹽分大幅度降落。
缺陷:由于該項(xiàng)技術(shù)為專(zhuān)利技術(shù),專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓費(fèi)較高,一次性投資較大,該技術(shù)雖可大幅度降低廢水中的鹽含量,但仍受反響均衡的影響,無(wú)法到達(dá)為零的目的,仍需繼續(xù)處置,另外關(guān)于廢水中COD降低的效果不明顯。
④無(wú)催化硝酸復(fù)原配套硝酸濃縮技術(shù)。
處置指標(biāo):廢水出口簡(jiǎn)直不含硝酸,COD約為4000mg/L。
優(yōu)點(diǎn):可完成酯化副產(chǎn)物硝酸的回收應(yīng)用,廢水鹽含量的零排放,降低廢水的處置難度,反響較為溫和,操作較為煩瑣,無(wú)需催化劑。
缺陷:一次性投資較大,由于需求將甲醇、水全部蒸發(fā)從塔頂采出,蒸汽、循環(huán)水、冷凍水耗費(fèi)量較大,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用太高。
⑤反浸透膜別離+蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。
處置指標(biāo):廢水出口簡(jiǎn)直不含硝酸,COD超越10000mg/L。
優(yōu)點(diǎn):技術(shù)較為成熟,無(wú)需技術(shù)專(zhuān)利提供商,技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用低。
缺陷:處置過(guò)程產(chǎn)生的雜鹽屬危化品,難以處置。且在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程易形成COD的累積以及反浸透膜極易梗塞,形成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)較為艱難,且一次性投入較大。
⑥反硝化+IC+AO(HBF)生化處置技術(shù)。
處置指標(biāo):鹽含量降至800mg/L,COD降至500mg/L。
優(yōu)點(diǎn):設(shè)備一次性投資較低。
缺陷:該技術(shù)將酯化反響副產(chǎn)的硝酸經(jīng)過(guò)反硝化轉(zhuǎn)化為氮?dú)?,無(wú)法完成硝酸的回收應(yīng)用。目前厭氧型菌種耐鹽度有限,需經(jīng)過(guò)稀釋降低鹽濃度才干進(jìn)入該設(shè)備,水循環(huán)大,能耗較高。
6、結(jié)語(yǔ)
綜上,隨著煤制乙二醇技術(shù)的提升,煤制乙二醇廢水處置技術(shù)也在順應(yīng)時(shí)期請(qǐng)求快速開(kāi)展,固然目前技術(shù)還存在不盡人意的方面,但將來(lái)煤制乙二醇廢水處置技術(shù)必定向著低能耗、低COD、硝酸充沛回收應(yīng)用、鹽分零排放的方向開(kāi)展。催化硝酸復(fù)原技術(shù)的開(kāi)發(fā)是煤制乙二醇廢水處置技術(shù)邁出的重要一步,無(wú)催化硝酸復(fù)原塔技術(shù)的開(kāi)發(fā)可為煤制乙二醇廢水處置的一大打破,也為煤制乙二醇技術(shù)的開(kāi)展奠定良好的根底條件。