乙醇脱水制乙烯水资源循环利用研究

第36卷第4期能源化工VoL 36 No 42015年8月Energy Chemical IndustryAt015乙醇脱水制乙烯水资源循环利用研究何霖,程牧曦,谭亚南,韩伟,艾珍,潘相米,吴砚会(西南化工研究设计院有限公司国家碳一化学工程技术研究中心工业排放气综合利用国家重点实验室,四川成都61025)摘要:乙醇脱水制乙烯工艺废水蒸气中含有多种组分,其中催化剂粉末()≤0.2%、乙醇(u)1.5%、有机酸()≤0.5%、醇类(除乙醇)(u)≤0.8%、乙烯(u)≥48.5%;温度高达200℃。将废水蒸气冷却至105~10℃除去高浓度污泥后将气相组分冷却至常温,再通过汽提除去易挥发组分,然后进行均质调节、机械过滤、IC厌氧反应器厌氧处理、生物滤池好氧曝气处理、PAM絮凝过滤后,作为中水循环利用。关键词:乙醇乙烯水资源循环利用中图分类号:TE992.2文献标识码:A文章编号:2095-9834(2015)04-0066-03Study on recycling of waste water from ethanol dehydration to ethylene processHE Lin, CHENG Muxi, TAN Yanan, HAN Wei, Al Zhen, PAN Xiangmi, WU YanhuiState Key Laboratory of Industrial Vent Gas Reuse, National Center of Cl Chemical Engineering ResearchThe Southwest Research and Design Institute of Chemical Industry Co., Ltd, Chengdu 610225, ChinaAbstract: In the ethanol dehydration to ethylene process, the steam of waste water contains multiple components in which themass fraction of pulverized catalyst less than 0. 2%, ethanol less than 1. 5%, organic acid less than 0.5%, non-ethanol alcohol lessthan 0. 8% and ethylene higher than 67%. The temperature of the steam reaches up to 200 C. The waste water steam can be reused asrecycled water by treatment. The treatment process includes some steps as follows cooling waste water steam to 105-110 C and thenremoving bulk dirt contents, cooling gas phase to room temperature, and removing volatile components by steam stripping, A series ofsequential treatment includes homogeneous adjusting, mechanical filtration, IC anaerobic treatment, aerobic treatment in bacteriafilter, and PAM flocculation filtration.Key words: ethanol; ethylene; water resource; recycle and reuse乙醇脱水制乙烯曾经是主要的乙烯生产路线。进入独立的废水处理系统,处理达标后外排或排入由于石油化工的蓬勃发展,乙醇脱水制乙烯工艺逐工业园污水处理系统。废水的处理应当追求达到渐被淘汰。但在某些地区,如乙醇来源广泛,乙烯与工艺和谐统一,在大幅度减少新水用量和终端污消费量较小、运输不便等情况下,乙醇脱水制乙烯水排放量的前提下,做到“微”排放,甚至“零”排放。法仍然具有一定的优势。这就需要对生产工艺和废水处理工艺进行双重改山西某化工企业乙醇脱水制乙烯工业装置中进,采用生命周期分析的方法,对于整个生产线、废得到的废水成分复杂,COD值和BOD值高,其中催水处理站整体做出水平衡,达到分段处理、物尽其化剂粉末()≤0.2%、乙醇(n)≤1.5%、有机酸用的目的2()≤0.5%醇类(除乙醇)(w)≤0.8%、乙烯(v)目前还没有乙醇脱水制乙烯的水处理相关报道。≥485%的工艺水蒸气温度高达200℃。若直接本文主要介绍可行的处理回用工艺其流程如下:多换热到较低温度,工艺废水中就会含有较高的有机级冷却分离一汽提均质调节一厌氧一好氧一絮物加大废水的处理难度;若采用阶段性换热冷却凝一保安过滤。该工艺可以尽可能回收乙醇原料回分离,则能回收绝大部分的乙醇减少原料投入,增收稿日期:2015-04-15。加效益,减小废水的处理难度作者简介:何霖(1984),男,四川达州人,研究生,工程师,现从事现阶段的废水处理常常是单一的废水排放后,化工研发工作。Emil:geng124@l63.com何霖等乙醇脱水制乙烯水资源循环利用研究67用,并副产其他有机物销售给深加工企业,从而提升济效益。回用中水标准见表1(参照GBT19923乙醇脱水制乙烯废水处理厂的经济效益。2005《城市污水再生利用工业用水水质》1方案选择及处理工艺的确定表1回用中水的标准1.1方案选择项目数值针对乙醇脱水制乙烯工厂的废水特点,通过考COD值/(mg:L)察分析,选定的废水处理思路为:废水先阶段性冷BOD值/(mg·L)却处理,然后进行汽提除易挥发物,再进行均质调悬浮物(SS)质量浓度/(mgL)节,最后进行生物处理、过滤,对废水进行物化法和C质量浓度/(mgL)≤350生化法多种组合方案试验。由于废水COD值高,采9042质量浓度/(mgL)250用“多级冷却分离-汽提”处理,可除去绝大部分的dH值6-8.5有机物,且这部分有机物可分离作为原料或粗产品进行深加工处理;经过“均质调节一厌氧一好氧1.2工艺流程絮凝一保安过滤”后得到的中水可循环进行回用。乙醇脱水制乙烯水资源循环利用工艺流程见采用上述处理方法大幅减少了原料投入,增加了经图1。乙醇制乙烯反应器热器分离塔液机提塔「均质L「机槭回用中水←过滤器沉淀池滤池下厌氧池图1乙醇脱水制乙烯水资源循环利用工艺流程示意2处理工序设计的杂质,对烯烃进一步提纯,水洗水绝大部分由本由于乙醇制乙烯废水中含有较多催化剂粉末,水处理装置所得清液提供。水洗水用量根据产品质量分数约0.2%,若不对其处理,对后续的多级冷气流量、纯度进行适时调变。却分离影响较大。催化剂粉末会覆盖在分离塔的2.3汽提工序内壁,长期会堵塞管道,不利于水处理的正常运行。汽提工序主要由汽提塔、鼓风机等组成。汽提2.1多级冷却分离工序塔塔底温度控制在100~120℃,汽提时间由塔底出多级冷却分离工序主要由分离塔、回流设备、低浓度水有机物含量决定,进一步除去有机物,将冷却循环设备压缩机等组成,本单元采用不锈钢有机物含量控制在2gL以下,并降温至20-30℃材质。该废水中有机物浓度高,采用多级冷却分离作进一步生化处理。可有效回收大部分有机物,产物可作为原料回用或粗产品进行销售;在多级冷却分离操作过程中,温2.4均质调节工序均质调节工序主要由加药装置、混合池组成度区间变化较小,不但有利于易挥发有机物的分离,且能降低后续废水的处理难度,间接提高废水混合池采用钢砼结构,汽提塔出来的废水与的处理能力。通过工程技术软件计算,同时通过试Ca(OH)2和碳酸钠在搅拌装置混合后进入中和沉验验证后,本工序采用的最佳工艺条件为:①一级淀池。本工序操作条件:pH值调至6-8,调节时间分离塔:塔顶温度控制在105~110℃,分离出有机物含量高的高浓度废水;②二级分离塔:塔顶温度2.51C厌氧反应工序控制在85~95℃,分离出绝大多数的乙醇和烯烃混IC厌氧反应工序是一种借助IC厌氧反应器进合物;③三级分离塔:常温冷却。经过多级冷却分行高效厌氧反应处理废水污染物的工艺。lC厌氧离汽提后,废水的COD可降至2gL以下。反应器是一种高效的多级内循环反应器,为第三代2.2水洗工序厌氧反应器的代表类型,与第二代厌氧反应器水洗工序主要是为了去除产品气烯烃中含有(UASB为第二代厌氧反应器的代表类型)相比,具能源化工2015年第36卷第4期有占地少、成本低、有机负荷高、抗冲击能力强的特表2中水水质指标点,性能更稳定,操作更简单。反应器由下而上共数值分为5个区:混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀COD值/(mgLBOD值/(mg·L区和气液分离区。为了增强处理效果,需限制水力悬浮物(S)质量浓度/(m:L”)负荷的大小,使污水具有足够的停留时间,同时减C质量浓度/(mgL)68268轻好氧负担。并且反应器内部通过大量产生的沼O42质量浓度/(mgL)气和内循环的剧烈扰动,使废水内部具有良好的传pH值质效果,不需要另加搅拌装置。此工序可有效降低4主要经济技术指标废水的COD值,且IC反应器耐低温、缓冲pH效果1)以5万/a乙烯工业装置为例,该废水处理好、稳定性较好,产生的沼气可做燃料进行利用。站工程总投资311万,具体分配见表3。主要控制参数如下:COD容积负荷2~14kg/(m3表3废水处理站投资构成d),污泥质量浓度0.2-1gL,反应器出水进行外循序号费用名称金额/万元投资比例%环,循环比(2~4):1,反应温度控制在20~30℃,土建工程COD值、芬顿试剂和O3的质量比控制在设备购置安装工程5718.33(100383:其中芬顿试剂和臭氧投加比例根4其他30965据COD值确定45。经均质调节的废水采用C厌氧反应器进行厌氧处理后,COD可降至0.5g/L2)吨废水运行成本(包括电费、人工、管理费以下。药剂费等):0.48元。2.6生物滤池(CSBR)妤氧处理工序3)吨废水折旧费成本(按10年折旧):3.01元。生物滤池含有1个连续进水、连续出水的恒水4)吨废水维修成本:0.77元。5结论位生物反应池和2个污泥回流、间歇反应、静止沉淀采用“多级冷却分离一汽提一均质调节一厌和滗水的布置对称的恒水位SBR池。采用钢砼结氧一好氧一絮凝一保安过滤”工艺处理乙醇脱水制构,先进可靠、投资省、占地少、运行管理简便,能有乙烯的工艺废水效果良好、各项指标均能达到回用效降低COD、BOD、SS、NH-N、总氮、总磷等,与普至原料水的标准,处理工序稳定简单可靠投资通活性污泥法相比,具有有机负荷高、占地面积小省、操作维修简单,具有较好的工业化应用前景。(是普通活性污泥法的1/3)、投资少(节约30%)、所获得的中水还可作为其他用途,应用较为广泛。不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点。曝气方法采用鼓风曝气,主要控制参数如参考文献:下:BOD容积负荷0.6-1kg(m3d),污泥质量浓1乌锡康.有机水污染治理技术[M].上海:华东化工度0.4~2gL6。经此工序处理后,COD值可降学院出版社,1989:271-276至50mg/L以下,BOD值可降至10mg/L以下2]宋乐平,顾国维.混合化工废水集中预处理提高可生2.7PMM絮凝工序化性的研究[].上海环境科学,1996,15(11):14-17PAM作为絮凝剂起的是吸附架桥作用,使悬浮[3]吕炳南陈志强.污水生物处理新技术[M]哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,2005:2-3的粒子产生絮凝沉淀,达到净化水的目的。同样该4]张希衡。废水厌氧生物处理工程[M中国环境科学池采用钢砼结构。絮凝后产品水达到中水的标准,出版社.1996:12可进行回用,水质质量较好。[5]周律.厌氧生物反应器的启动及其影响因素[J].工3处理效果业水处理,1996,16(5):1-3该废水处理工程经过一段时间稳定运行后,处6]张忠祥,钱易,废水生物处理新技术[M.,北京:清华理效果良好,中水水质指标结果见表2。大学出版社,2004:1-2.此水质完全满足作为乙醇脱水原料水的要求,[7]郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京:化学工业出版社,2005:82-89也具有其他广泛的用途,如冷却水、洗涤水、锅炉用8]梁晨辉吉风蓉庞春霞,改进型SBR法处理高盐度有机水等。磷农药废水[J].污染防治技术,2003,16(1):44-45