甲醇生產循環水水質分析及改進

谷麗琴,張 軍

（1.山西大同大學工學院，山西大同037000；2.大同煤礦集團大優公司，山西大同037001）

甲醇生產循環水水質分析及改進

谷麗琴1,張 軍2

（1.山西大同大學工學院，山西大同037000；2.大同煤礦集團大優公司，山西大同037001）

對大同煤礦集團大優化工有限公司煤氣聯產5萬t／年甲醇生產循環水系統介紹，對固有循環水系統存在的問題進行分析并探討解決方法.

循環水系統 抗藻劑 阻垢劑 氧化性 非氧化性

甲醇在我國經濟發展中占有重要地位,不論是化工原料還是新型能源方面.目前甲醇市場十分火爆,需求增長強勁,因此,發展甲醇生產有著廣闊的前景，但甲醇生產又是高能耗高水耗的生產,無疑使其發展空間受到了一定的制約.

隨著日益嚴重的水環境污染問題,為緩解水資源的供需矛盾,迫切需要研究開發回用技術.因此污水再生處理與利用受到了國內外的重視和關注[1].節約用水、廢水回用是可持續發展的戰略要求,工業冷卻水占工業用水的80%以上,對冷卻水實行循環利用具有顯著的環境效益、經濟效益和社會效益.然而冷卻水在循環使用過程中會出現結垢腐蝕和微生物滋生等危害,需要妥善處理.要使工業冷卻水形成正常的循環系統,需要采取兩項關鍵技術措施：一是使高溫的水冷卻到可回用的溫度,以保持較好的冷卻效果,此過程稱循環水的冷卻；二是使循環水水質穩定,防止換熱設備與管路結垢和腐蝕.雖然循環水每次使用物理性狀變化很小,但長期循環使用后,會使某些物質濃縮或散失,塵土積累,微生物滋生等,造成設備內垢物沉積或金屬設備表面腐蝕.為防止循環冷卻水系統中垢物沉積或設備腐蝕對冷卻水進行處理的過程稱為循環水處理.

1 循環水生產系統工藝流程

工藝流程見圖1[2].同煤集團大優化工有限公司是用城市煤氣聯產甲醇,該系統循環冷卻水采用的是密閉式循環冷卻,水在一個閉合回路中循環而不暴露于空氣中,以一定類型的換熱設備用其他的冷卻介質進行冷卻,冷卻水損失極小,基本上不濃縮.因此,對于蒸發的影響、暴露在大氣中的影響和其他能夠改變系統中水的化學性質的影響,都可以忽略不計.系統中,被交換下來的熱量首先傳到密閉的冷卻水回路,然后再由第二個換熱器從密閉回路中傳入第二個冷卻回路系統.第二個冷卻回路是蒸發式的,需要高濃度的處理藥劑,通常只需補加少量補充水,補充水必須是含鹽量低的水,這樣才能使冷卻系統達到最佳操作狀態.大優公司是2006年9月投入生產,原水由高莊水廠1號、4號深水井提供,屬地下水系.原水先進入800 m3和300 m3兩個水池沉淀后,由潛水泵打入生產區水處理車間進行凈化后,注入到500 m3循環水池,經過三臺大功率冷水泵進入到生產裝置區的壓縮機、精餾工段、變換工段合成工段的冷卻器循環回到500 m3循環水池,定期對循環池投入阻垢劑、絮凝劑、抗藻劑用以改善循環水水質.

2 循環水的冷卻原理

換熱后溫度升高的冷卻水,其冷卻是通過水與空氣接觸,由蒸發散熱、接觸散熱和輻射散熱三個過程共同作用的結果[3].

蒸發散熱是水在冷卻設備中形成大大小小的水滴或極薄的水膜,擴大其與空氣的接觸面積和延長接觸時間,可加強水的蒸發.冷卻效果與水的蒸發量有直接聯系,當蒸發量為循環水總量的1%時,冷卻水約降低5.6℃;當蒸發量為循環水總量的2%時,冷卻水的溫度可降低11.2℃.另外水汽也能帶走一定的熱量.接觸散熱是借傳導和對流的原理由水與空氣存在的溫差散熱的,溫差越大,散熱效果越好.輻射散熱不需要傳媒介質的作用，是一種由電磁波形式來傳播熱能的現象,只在大面積的冷卻池內才起作用.

這三種散熱在冷卻中所起的作用,隨空氣的物理性質不同而有差異.如在春、夏、秋三季,室外氣溫較高,表面蒸發起主要作用,最炎熱的夏季蒸發散熱量可達總散熱量的90%以上；而冬季由于氣溫降低,接觸散熱的作用增大,從夏季10%～20%增加到40%～50%,嚴寒天氣甚至可增加到70%左右.

3 循環水系統水質狀況分析

冷卻循環水中有很多雜質,如懸浮膠體物質、溶解物質、有機物質等,懸浮膠體物質會造成濁度.因此通過沉淀、過濾、投加絮凝劑等使水體未進入工藝介質前先進行預處理.它對改善水質尤為重要,所以電廠、化工廠循環水系統都設有沉淀池、過濾池、旁過濾池等.

溶解質中的某些陰離子和陽離子,分別造成堿度和硬度.在濃縮、溫度等選定條件下超出水的溶解度,析出水垢,影響設備的運行[4].水中的某些有機物為微生物滋生帶來養分,菌藻大量滋生,造成生物粘泥的危害.

使用冷卻循環水主要有三個方面的問題.一因溶解氧的低飽和等,造成金屬電化學腐蝕;二因蒸發濃縮、含鹽量增加,造成結垢傾向;三因與空氣接觸,吸收了大量的灰塵、泥沙、微生物,加上塔內適宜的光照,溫度、氧氣、養分下大量菌藻滋生,系統污泥增加,造成生物粘泥的危害.而且,污垢微生物會大大增加腐蝕的機率,微生物粘泥對光滑的金屬表面腐蝕,也會加劇污垢沉積.因此運行中的冷卻循環水系統主要是防結垢、防腐蝕、防菌藻,俗稱水處理的“三要素”.所以水體的凈化預處理、微生物控制、緩蝕阻垢必須統籌考慮,否則會影響整個冷卻循環水系統安全運行.循環水因蒸發,含鹽量不斷增加,經濃縮的循環水含鹽量和補充的新鮮水含鹽量不同,兩者的比值就是濃縮增數.一個現場或一種特殊情況,選擇多大的濃縮倍數為合適,應首先分析濃縮后的水質情況,若水中有害離子增多,產生結垢或腐蝕傾向,就要調整濃縮倍數.

4 目前循環水系統存在的問題

1）系統補充水為深井水,泥沙量大,陰離子含量比較高,存在嚴重結垢傾向.

2）原水進入水處理車間后,由于設計原因,每40 m3原水只能制20 m3脫鹽水,浪費嚴重,改為直接加到循環水池,導致循環水氯根嚴重超標.

3）無閥過濾器安裝在室外,由于沒有保溫措施,冬季無法正常使用,不能很好地對循環水過濾.

4）阻垢劑、緩蝕劑、抗藻劑在選型上存在問題.由于該廠是新建廠,在循環水投入使用前就購進了藥品,藥劑缺乏針對性.另外由于一些冷卻器滲漏,一部分含碳物質進入了循環水系統,為菌藻類滋生提供了富營養物質.

5）在5月份天氣轉暖,菌藻類物質嚴重滋生,水質嚴重惡化;精餾冷卻器、合成冷卻器降不下溫度,嚴重影響生產.壓縮冷卻器列管,粘泥堵塞,存在安全隱患.

化驗數據表明:冷卻器、換熱器界面有磷酸鹽垢析出,此類物質一旦嚴重析出,對冷卻水系統是致命的,常規藥物難以清洗,而高氯含量的水質必然帶來高腐蝕機率.

5 針對存在問題采取的措施

5.1 藥品的選型

控制冷卻水系統中的微生物生長最有效和最常用的方法是向冷卻水中投殺生劑,微生物毒物有很多,用于冷卻水系統的殺生劑應具備以下一些條件:廣譜高效,能夠有效地控制和殺死范圍較廣的微生物,適用范圍寬,在不同的冷卻水和操作條件下、在寬的酸堿度和溫度內不分解,與冷卻水中的緩蝕劑、阻垢劑能彼此相容,不互相干擾,具有剝離和藻層層落能力，不污染環境.該廠選用河北藍星集團的產品,基本上可以滿足生產要求.

5.2 藥品的使用

改變以前藥品的在線滴加法,使用大排大補方法.就是通過計算一次需要加入的藥量,沖擊性加入,運行48 h后,置換出清水為止.氧化性抗藻劑和非氧化性抗藻劑交替使用,避免菌產生抗藥性.

5.3 原水補充

該公司屬下的井源較多，所以甲醇廠屬多井點補水,原水水質不穩定,通過一段時間的生產實踐,近來采取化驗計算原水水質,確定多井店補水比例,使補水有一個大體穩定的水質指標范圍.

5.4 原水水質改善

由于原設施沒有沉淀過濾池,原水含泥沙量較大,為生物粘泥提供溫床,該廠在800 m3水池中,新增加折流墻和圍堰,減少了泥沙的帶入.

5.5 定期清潔

定期給系統洗澡,清除真菌、污泥、膠體混合物,15 d進行一次殺菌和粘泥剝離.

5.6 調整化驗指標和頻率

確定日常水質監測項目,調整濃縮倍數為1.7.用化驗數據指導生產.改原水氯根1周1次為1天1次化驗,循環水氯根控制在小于26 mg／L.

6 結語

循環冷卻水作為工業生產裝置中的冷卻介質，其應用非常廣泛,冷卻水在循環使用的過程中會發生設備腐蝕、結垢、污泥沉積等危害[5].所以各生產廠家一定要根據自己廠子的特點,用化驗數據指導生產,實現循環水水質的控制.目前大優公司甲醇廠通過幾年的生產經驗得出：鐵離子增加,說明系統腐蝕程度;氯離子含量反映循環水濃縮情況;總磷反映系統藥量投入的大小.

總之,該廠循環水系統通過一系列改造和控制,基本上趨于穩定,為甲醇生產提供了一個良好的環境.

[1]肖羽堂,張愛勇,張萌,等.甲醇工業廢水處理回用作循環冷卻水研究[J].生態環境,2007,16(4):1171-1174.

[2]余經海.工業水處理技術[M].北京:化學工業出版社,2003:113-159.

[3]馮元琦.甲醇生產操作問答[M].北京:化學工業出版社,2000:1-5.

[4]李鷹,郭虹.電子水處理器處理循環冷卻水的原理和應用[J].同濟大學學報,2000,28(1):70-72，77.

[5]周本省.工業循環冷卻水處理技術進展[J].清洗世界,2004,20(11):21-23.

Abstract:This article discusses the circulating water system for methanol production of 50,000 tons per year in Dayou Chemical Company of Datong Coal Mines Group,and probes into the existing problems in this system and countermeasures.

Key words:circulating water;anti-algae dose;anti-scale dose;oxidative;non-oxidative

〔編輯 楊德兵〕

Analysis of Circulating Water Quality in Methanol Production and Improvement

GU Li-qin1,ZHANG Jun2
(1.School of Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003 2.Dayou Company of Datong Coal Mines Group,Datong Shanxi,037001)

TB6

A

2010-06-12

谷麗琴(1963-),女,山西大同人,副教授,研究方向:煤化工教學與研究.

1674-0874(2010)06-0048-03