煤制乙二醇廢水處理技術(shù)

乙二醇是化工生產(chǎn)中常用的有機原料，主要運用在聚酯塑料的生產(chǎn)中。煤制乙二醇工藝路線(xiàn)主要是將煤制合成氣經(jīng)過(guò)酯化、羰基化反應，從而生產(chǎn)出草酸酯，接著(zhù)將草酸酯與氫氣進(jìn)行反應，生產(chǎn)出乙二醇。由于我國對乙二醇需求量較大，結合我國煤炭資源豐富的現狀，煤制乙二醇技術(shù)應運而生并且達到了快速發(fā)展。據統計，到2020年煤制乙二醇將達到1000萬(wàn)t的產(chǎn)能。隨著(zhù)煤制乙二醇項目的快速上馬，煤制乙二醇技術(shù)本身的缺陷逐漸暴露，突出表現在廢水的處理上，成為限制煤制乙二醇項目達標達產(chǎn)甚至穩定運行的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)煤制乙二醇人的艱苦努力，煤制乙二醇廢水處理技術(shù)也得到了快速發(fā)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，主要反應原理如下：

　　第一步：

　　酯化反應

　　羰基化反應

　　第二步：

　　加氫反應

　　經(jīng)過(guò)以上反應，制得粗乙二醇，在經(jīng)過(guò)乙二醇精制單元，制得聚酯級乙二醇產(chǎn)品。

　　2、煤制乙二醇廢水的來(lái)源

　　在發(fā)生酯化反應生成主要產(chǎn)物亞硝酸甲酯的同時(shí)伴隨著(zhù)水的生成，年產(chǎn)20萬(wàn)t的乙二醇裝置，酯化系統氧氣的加入量約為5000Nm3/h，酯化系統生成的水為8t/h，年產(chǎn)30萬(wàn)t的乙二醇裝置，酯化系統氧氣的加入量約為8000Nm3/h，酯化系統生成的水為12.86t/h。

　　3、煤制乙二醇廢水的復雜性

　　在酯化系統內除了發(fā)生生成亞硝酸甲酯的主反應外，還會(huì )發(fā)生如下副反應生成硝酸，造成廢水中含有硝酸。

　　為了防止硝酸、甲醇在高溫下發(fā)生反應產(chǎn)生爆炸性事故，在進(jìn)行甲醇回收之前，采用堿液將硝酸進(jìn)行中和，從而造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)主反應均會(huì )發(fā)生副反應生成甲酸甲酯、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)生反應生成甲酸鈉、草酸鈉、碳酸鈉等鈉鹽，造成廢水中鹽分的復雜性。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，造成廢水的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、鹽分復雜、高COD的特性。

　　4、煤制乙二醇廢水處理技術(shù)

　　4.1 催化硝酸還原技術(shù)

　　4.1.1 處理方案及原理

　　在催化劑的作用下，硝酸、甲醇、NO反應生成亞硝酸甲酯，達到回收硝酸的目的，反應原理：

　　4.1.2 催化劑

　　催化劑的形狀和強度：直徑Φ2～3mm，長(cháng)2～6mm的擠壓長(cháng)條，強度>60N。堆密度0.5～0.6kg/L，液相空速為0.3～1.5h-1。使用壽命>2年，硝酸轉化率92%～95%。工藝條件：操作壓力0.35MPa，操作溫度80～110℃。工藝物料設計流向氣相、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。處理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

　　溫度，80～85℃，壓力，0.38MPa，氣流方式，氣液相并流，上進(jìn)下出，硝酸轉化率92%～95%。

　　4.2 無(wú)催化硝酸還原反應釜

　　4.2.1 處理方案及原理

　　增加廢水在反應器的停留時(shí)間，硝酸、甲醇、NO反應生成亞硝酸甲酯，達到回收硝酸的目的，反應原理：

　　4.2.2 操作參數

　　入硝酸還原反應釜氣相流量3000Nm3/h，NO含量10%～14%。液相流量2.5m3/h，硝酸含量5%～7%，反應釜操作壓力0.25MPa，溫度為60～70℃，液位50%。

　　4.3 無(wú)催化硝酸還原反應塔

　　4.3.1 處理方案及原理

　　增加廢水在反應器的停留時(shí)間，硝酸、甲醇、NO反應生成亞硝酸甲酯，達到回收硝酸的目的，反應原理：

　　4.3.2 操作參數

　　入硝酸還原塔反應的氣流量為8000～10000Nm3/h，NO含量10%～14%。入硝酸還原塔液相流量10m3/h，硝酸含量5%～7%，反應器操作壓力0.25MPa，溫度60～80℃，液位50%。

　　4.4 無(wú)催化硝酸還原配套硝酸濃縮技術(shù)

　　4.4.1 處理方案及原理

　　硝酸濃縮技術(shù)為物理過(guò)程，主要原理為蒸餾，在負壓[30kPa(A)]條件下，將酯化系統的含酸廢液進(jìn)行蒸餾，將硝酸進(jìn)行濃縮，濃縮之后的硝酸返至硝酸還原進(jìn)行回收利用，硝酸濃縮塔頂采出水和甲醇，送至甲醇回收塔進(jìn)行分離，可實(shí)現廢水鹽分的*和COD的有效降低。

　　4.4.2 操作參數

　　主要操作參數：壓力為30kPa(A)，塔釜溫度為70℃。

　　4.5 反滲透膜分離+蒸發(fā)結晶技術(shù)

　　碟管式反滲透(DTRO)技術(shù)是一種高效反滲透技術(shù)，相對于卷式反滲透，DTRO技術(shù)耐高壓、抗污染特點(diǎn)更加明顯，即使在高濁度、高SDI值、高鹽分、高COD的情況下，也能經(jīng)濟有效穩定運行，更加適應高鹽廢水的處理。碟管式反滲透DTRO膜濃縮后的濃鹽水TDS含量為100000～150000mg/L，回收70%～80%蒸餾水，并采用結晶技術(shù)將鹽分結晶成固體進(jìn)行回收利用，多效蒸發(fā)工藝和蒸汽機械再壓縮工藝，產(chǎn)生的二次蒸汽，壓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使用，充分利用能量。其產(chǎn)水經(jīng)過(guò)次優(yōu)分級，分別回用于脫鹽水處理和循環(huán)水處理系統。DTRO鹽截留率為98%～99.8%，結晶的干化固體資源化回收利用，最終達到液體*要求。

　　4.6 反硝化+IC+AO(HBF)生化處理技術(shù)

　　對高濃鹽廢水設置調節池，保證一定的停留時(shí)間，均質(zhì)水質(zhì)水量，設置在線(xiàn)電導率監測，電導率高時(shí)則開(kāi)啟稀釋水泵對高濃原水進(jìn)行稀釋進(jìn)水。達到進(jìn)入主體處理單元水質(zhì)要求后，廢水進(jìn)入反硝化池，通過(guò)反硝化反應去除大部分的硝態(tài)氮，在反硝化配水池中設置在線(xiàn)pH值監測系統，在反硝化產(chǎn)生堿度和原水的酸度中和后合理調控進(jìn)入到后續反應系統的pH值。反硝化反應器出水進(jìn)入IC厭氧反應器，去除大部分的COD。IC出水進(jìn)入改進(jìn)型A/O工藝(HBF)，進(jìn)一步去除COD、NH3—N、TN等污染物質(zhì)，HBF生化工藝出水可達標排放。

　　5、廢水處理技術(shù)的對比

　　將以上廢水處理技術(shù)總結對比如下。

　?、俅呋跛徇€原技術(shù)。

　　處理指標：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，可實(shí)現酯化副產(chǎn)物硝酸的回收利用，在一定程度上降低廢水的鹽含量，降低廢水的處理難度。

　　缺點(diǎn)：操作溫度較高，具有一定的風(fēng)險性，受反應平衡的影響，廢水出口仍含有一定的硝酸，0.15%～0.2%，需堿中和處理，廢水中仍含有一定的鹽分，處理仍較為困難，催化劑具有一定的使用壽命，需更換。

　?、跓o(wú)催化硝酸還原反應釜。

　　處理指標：廢水出口硝酸仍處于1%的較高水平，COD約為8000mg/L。

　　優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現酯化副產(chǎn)物硝酸的回收利用，降低廢水的鹽含量，降低廢水的處理難度，反應較為溫和，操作較為簡(jiǎn)便，無(wú)需催化劑。

　　缺點(diǎn)：受反應平衡的影響，出口硝酸含量仍處于較高的水平，約1%，需堿中和處理，即廢水中鹽分含量仍較高，單臺設備轉化率有限，需多臺設備羅列，一次性投資較大，反應釜設置攪拌器和夾套熱水伴熱，由于反應釜為多臺羅列，設備運行費用較高。

　?、蹮o(wú)催化硝酸還原反應塔。

　　處理指標：廢水出口硝酸可降至0.1%的較好水平，COD約為8000mg/L。

　　優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現酯化副產(chǎn)物硝酸的回收利用，降低廢水的鹽含量，降低廢水的處理難度，反應較為溫和，操作較為簡(jiǎn)便，無(wú)需催化劑，由于采用專(zhuān)有塔內件，液體在還原塔內的停留時(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下降。

　　缺點(diǎn)：該技術(shù)雖可大幅度降低廢水中的鹽含量，但仍受反應平衡的影響，無(wú)法達到為零的目的，仍需繼續處理，另外對于廢水中COD降低的效果不明顯。

　?、軣o(wú)催化硝酸還原配套硝酸濃縮技術(shù)。

　　處理指標：廢水出口幾乎不含硝酸，COD約為4000mg/L。

　　優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現酯化副產(chǎn)物硝酸的回收利用，廢水鹽含量的*，降低廢水的處理難度，反應較為溫和，操作較為簡(jiǎn)便，無(wú)需催化劑。

　　缺點(diǎn)：一次性投資較大，由于需要將甲醇、水全部蒸發(fā)從塔頂采出，蒸汽、循環(huán)水、冷凍水消耗量較大，運行費用太高。

　?、莘礉B透膜分離+蒸發(fā)結晶技術(shù)。

　　處理指標：廢水出口幾乎不含硝酸，COD超過(guò)10000mg/L。

　　優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)較為成熟，無(wú)需技術(shù)提供商，技術(shù)轉讓費用低。

　　缺點(diǎn)：處理過(guò)程產(chǎn)生的雜鹽屬?；?，難以處理。且在運行過(guò)程易造成COD的累積以及反滲透膜極易堵塞，造成系統運行較為困難，且一次性投入較大。

　?、薹聪趸?IC+AO(HBF)生化處理技術(shù)。

　　處理指標：鹽含量降至800mg/L，COD降至500mg/L。

　　優(yōu)點(diǎn)：裝置一次性投資較低。

　　缺點(diǎn)：該技術(shù)將酯化反應副產(chǎn)的硝酸通過(guò)反硝化轉化為氮氣，無(wú)法實(shí)現硝酸的回收利用。目前厭氧型菌種耐鹽度有限，需通過(guò)稀釋降低鹽濃度才能進(jìn)入該裝置，水循環(huán)大，能耗較高。

　　6、結語(yǔ)

　　綜上，隨著(zhù)煤制乙二醇技術(shù)的進(jìn)步，煤制乙二醇廢水處理技術(shù)也在順應時(shí)代要求快速發(fā)展，雖然目前技術(shù)還存在不盡人意的地方，但未來(lái)煤制乙二醇廢水處理技術(shù)必定向著(zhù)低能耗、低COD、硝酸充分回收利用、鹽分*的方向發(fā)展。催化硝酸還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)是煤制乙二醇廢水處理技術(shù)邁出的重要一步，無(wú)催化硝酸還原塔技術(shù)的開(kāi)發(fā)可為煤制乙二醇廢水處理的一大突破，也為煤制乙二醇技術(shù)的發(fā)展奠定良好的基礎條件。