煤直接液化項目零排放裝置運行及改進探索

王偉

摘 要：零排放裝置采用兩套降膜蒸發器并聯運行，緩沖罐+換熱器+除氧器+降膜蒸發器+旋液分離器+主輔空冷器工藝處理煤制油生產裝置排放的高含鹽廢水和催化劑廢水，高含鹽廢水的TDS：19105 mg/L，催化劑廢水的TDS：46550 mg/L，硫酸根：33，000 mg/L，氨：10042 mg/L，處理后的出水水質E1產品水COD<30 ppm、TDS<10 ppm，E2產品水COD<9 ppm、TDS<10 ppm，且運行穩定。

關鍵詞：零排放 降膜蒸發器 高含鹽廢水 硫酸銨廢水 回用水

中圖分類號：X784 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0107-02

1 煤直接液化項目零排放裝置概況

神華煤直接液化項目是我國也是世界上第一個煤炭直接液化商業性建設項目。生產油品108萬噸/年，建設地點在鄂爾多斯，其中煤液化裝置排放污水水量大、濃度高、國內外沒有類似的污水處理經驗可借鑒，根據國家環境保護總局關于神華煤直接液化項目環境影響報告書審查意見的批復要求，貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節約用水的原則，對不同水質的廢水分別進行處理，最大限度地提高水的重復利用率及廢水資源化利用率，裝置產生的含油污水、高濃度有機廢水、含鹽廢水等經處理后均要返回系統回用，高含鹽廢水處理后要求達到零排放要求。

2 ZLD裝置組成

零排放裝置簡稱ZLD裝置，煤直接液化項目ZLD裝置采用兩效蒸發的原理處理高含鹽廢水。該裝置2006年建設，2008年底建成投產。

ZLD裝置組成：蒸汽減溫減壓器系統、催化劑廢水預處理系統、兩套蒸發器系統（簡稱E1蒸發器系統和E2蒸發器系統）、主輔空冷器系統和硫酸銨結晶系統組成。其中E1蒸發器系統設計處理負荷129 m3/h，主要處理電廠廢水和RO濃液，E1產品水設計118 m3/h回用電廠，11 m3/hE1濃液排放至121單元蒸發塘自然蒸發。E2蒸發器系統設計處理負荷103 m3/h，主要處理催化劑廢水（即硫酸銨廢水），E2產品水設計有94 m3/h去污水汽提裝置脫氨處理后用于配置硫酸亞鐵溶液和主裝置用水，結晶系統采用單效蒸發處理硫酸銨廢水濃液，設計處理負荷9 m3/h，其產品是硫酸銨鹽類作為化肥外賣。

3 ZLD裝置流程簡述

含鹽廢水和催化劑廢水進入ZLD裝置后，分別經加酸、預熱和脫氣處理。之后含鹽廢水進入含鹽廢水蒸發器E1（154-C-4801），使用外部提供的低壓蒸汽將管殼內部的濃水蒸發，蒸發后的蒸汽接著進入催化劑廢水蒸發器E2（154-C-5701）完成對催化劑廢水的蒸發。由于含鹽廢水設計處理水量大于催化劑廢水水量，因此將有部分多余的蒸汽從E1蒸發器中排出，送至副空冷器（154-E-5401A/B/C）冷凝后直接給換熱器換熱后回用至產品水罐送電廠。

由E2蒸發器排出的蒸汽送至主空冷器（154-E-6401A～F/154-E-6402A～F）冷凝。主空冷器及副空冷器的凝液混合經E-2換熱器（154-E-5601A/B）與催化劑廢水進料換熱后送入E-2蒸餾液罐（154-T-7002），再由泵送出界區至污水氣體裝置進行脫氨處理后直接回用。由E1蒸發器下部排出的一次蒸汽凝液經泵送蒸發器產品水罐T-8003；由E2蒸發器下部排出的蒸汽凝液經E-1換熱器（154-E-4701A/B）與含鹽廢水進料換熱后送入E-1蒸餾液罐（154-T-7001），再由泵輸送至T-8003罐后送至電廠回用。經E1蒸發器濃縮排出的含鹽濃液以及經E2蒸發器濃縮排出的催化劑廢水濃液分別送入含鹽廢水濃縮液儲罐（154-T-5001）以及催化劑廢水濃縮液儲罐（154-T-5901），之后經泵送至蒸發塘和結晶裝置進行處理。

4 設備和材質

ZLD裝置關鍵設備是降膜蒸發器、除氧器國內加工制造，合金材料從國外購買；循環泵、加藥泵等從國外采購。

5 進出水水質分析

E1進料水質（譜尼分析）（如表1所示）

E1產品水水質（譜尼分析）（如表2所示）

E2進料水質（譜尼分析）（如表3所示）

E2產品水水質（如表4所示）

汽提后的E2產品水水質（如表5所示）

通過分析數據可以看出，高含鹽廢水經蒸發后，E1/E2產品水水質完全滿足回用水水質要求，全部回收利用，E1濃液去蒸發塘自然蒸發，E2實現了污水零排放，達到了安全環保、節約用水的目的。

6 公用工程消耗

（如表6所示）

雖然運行能耗較高，但在運行費用中，蒸汽占主導，用于做ZLD裝置的蒸汽來源于PSA尾氣回收產生的蒸汽，應該是廢氣綜合利用產生熱能用于蒸發，ZLD裝置做到了清污分流、污污分治、一水多用、節約用水的原則，減少了一次用水量，最大限度地提高水的重復利用率及廢水資源化利用率，特別是對于鄂爾多斯水資源匱乏，要求零排放，尤期重要，同時造福于環境，符合國家環保政策。

7 ZLD裝置運行及改造情況

ZLD裝置自2009年底開車調試，運行過程中出現一些問題，通過技術人員的攻關，實現了較長周期運轉，相對來說比較平穩。針對這幾年出現的問題和改造歸納如下：

（1）存在問題：催化劑廢水中氯根含量高，對E2蒸發器產生腐蝕。原設計催化劑廢水中氯離子的含量為5.50 mg/L，而實際運行過程中，催化劑廢水中氯離子的含量為50 mg/L，遠遠超過設計值，氯離子來源主要是催化劑制備過程采用的煤、水和硫酸亞鐵，而配催化劑的水采用的是生產水。蒸發器鹽水槽的操作條件是溫度90～100℃，PH值3～4，廢水濃縮倍數10～12，水中氯離子達到500 mg/L以上。催化劑廢水處理采用的主要設備材質是316L，在設計條件下運行氯離子腐蝕十分嚴重。

解決方案：將催化劑制備用的配水改為RO產品水，從根本上解決氯根含量。同時與GE專家研究，提出將底槽中PH改為6～7，這將會增大氫氧化鈉的消耗量，同時E2產品水中氨含量將會很高，無法達到回用水指標。通過研究討論，針對此方案，我們將E2產品水送至汽提裝置脫氨處理后，產品水回用于循環水或膜處理系統（處理完后回用于電廠）。

（2）存在問題：E2蒸發器去主空冷器的蒸汽管線（DN1650）抽癟。在蒸發器調試過程中，由于E2去主空冷蒸汽管線（DN1650）設計壁厚較?。?.5 mm）。至使在試蒸汽引射器抽真空時將管線抽癟。

解決方案：經核算，在蒸汽管線上每隔1米做一個加強圈，修復了該管線，運行至今比較平穩。

（3）存在問題：進口泵密封水的改造，設計上進口泵采用新鮮水做為機械密封水，在實際運行中，由于泵輸送的是97～99℃的熱水，所以用新鮮水做密封水會在泵機械密封面上產生結垢，致使泵無法運行。

解決方案：將新鮮水改為除鹽水，解決了這一問題。

（4）存在問題：在調試過程中，提出其濃液排放線在不排放濃液時，管線上存在死端，易結晶堵塞管線，從而使蒸發器無法運行。

解決方案：提出在E1、E2蒸發器濃液排放線上調節閥前加一回流線，這一方案被現場調試技術人員采納，實施后投入運行后，效果較好。

（5）存在問題：E2加堿泵無法滿足工藝要求，在調試過程中，由于E2鹽水槽內工藝操作條件的改變，PH值由原來的3～4更改為6～7，將會增大氫氧化鈉的消耗量，目前的堿泵無法滿足工藝要求，需要將E1蒸發器的2臺加堿泵給E2供應。

解決方案：將E1/E2加堿泵出口管線上加跨線，同時增大E2加堿泵出口管線管徑。

（6）存在問題：由于催化劑廢水來水水量和TDS含量比設計值高，E2蒸發器主空冷和E2鹽種旋流分離器能力不足，E2蒸發器無法滿負荷運行，造成來水無法完全處理。

解決方案：E2旋液分離器擴能，增加一組鹽種旋液分離器系統，和原有的旋液分離器并聯運行，以降低E2鹽水槽內TDS的含量，保證系統穩定運行，投用后運行比較平穩。

主空冷器系統擴能，運行過程中負壓達不到設計值，造成系統負荷達不到設計值。研究后增加了一組空冷器，同時增加一組引射器并改造主空冷噴淋系統更換泄露管束，以解決主空冷能力不足問題。夏季溫度較高，對空冷影響很大。

8 需要解決的問題及后期的改造和探索

E1/E2蒸發器內管束的清洗疏通還需要進一步研究。從近年來停車檢修經驗來看，我們通過高壓清洗和化學清洗，效果不是很明顯。還需要進一步找原因。煤直接液化項目零排放裝置自2008年底投運以來，總體運行情況比較良好，但是運行中還需要進一步優化，更好地降低運行成本。

9 結語

（1）煤直接液化項目零排放裝置主要用于處理高含鹽廢水，其處理成本高、長周期運行受限，為了提高系統運行周期，降低廢水噸水處理成本，還需要進一步的技術攻關。（2）E2蒸發器濃鹽液經過硫酸銨結晶系統處理后，其產品硫酸銨直接外賣給化肥廠，而E1蒸發器濃鹽液設計直接外排蒸發塘進行自然蒸發，需要進一步研究E1濃鹽液結晶系統，對雜鹽進行分質分離，減少廢水外排量。

參考文獻

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