石油化工企業(yè)水資源優(yōu)化配置研究

石油化工企業(yè)水資源優(yōu)化配置研究

水是儲(chǔ)罐生產(chǎn)的重要輔助資源。水資源的缺乏嚴(yán)重影響了該行業(yè)的發(fā)展。目前除長(zhǎng)江沿岸的企業(yè)供水情況較好外,其他地區(qū)的石油化工企業(yè)均存在不同程度的供水不足現(xiàn)象,特別是黃河流域、西北、華北地區(qū)的石油化工企業(yè),在生產(chǎn)和職工生活等方面都面臨水資源危機(jī)。實(shí)施節(jié)水減排措施,對(duì)實(shí)現(xiàn)石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保障我國(guó)水資源安全、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重大的意義。1石化企業(yè)取水總量分析我國(guó)工業(yè)用水是僅次于農(nóng)業(yè)用水的第二用水大戶,石油化工行業(yè)的取水量約占全國(guó)工業(yè)取水總量的5%,全國(guó)“十五”工業(yè)節(jié)水規(guī)劃中提出“2005年,工業(yè)取水量不超過(guò)1.25×1011m3,年均增長(zhǎng)率控制在1.2%以內(nèi)”。2005年,石油化工企業(yè)取水總量將控制在2.69×109m3以內(nèi),年均下降了1.1%。近年來(lái),由于各種新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用,各項(xiàng)節(jié)水措施的實(shí)施以及管理措施的不斷完善,使水的重復(fù)利用率不斷提高,新鮮水單耗逐年下降。1.1大型水回收處理1999年,我國(guó)噸油取水量平均為2.37t,最好水平為1.00t,噸油廢水排放量是1.84t,最低為0.52t。2004年,噸油取水量降至1.2t左右,最好水平達(dá)到0.38t,噸油廢水排放量下降到0.8t,最好水平是0.23t。鎮(zhèn)海石油煉化公司2004年與2001年相比,原油加工量增加了47%,新鮮水取水總量卻減少了10.4%,噸油取水量從0.97t下降至0.53t(含發(fā)電),達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。目前噸油廢水排放量的國(guó)際水平是0.15t,某些先進(jìn)的煉油廠甚至可以做到廢水全部回用,不向外排放。1.2節(jié)水減排系統(tǒng)石油化工企業(yè)比較合理的取水量分配結(jié)構(gòu)是:循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水約占50%,化學(xué)水使用系統(tǒng)約占40%,生產(chǎn)裝置直接用水量約占10%。節(jié)水減排的最大潛力在循環(huán)水系統(tǒng)和化學(xué)水使用系統(tǒng)。近年來(lái),很多石油化工企業(yè)加強(qiáng)了循環(huán)水系統(tǒng)和化學(xué)水使用系統(tǒng)的管理及技術(shù)改造,使新鮮水用量大幅度消減,用水結(jié)構(gòu)趨于合理。1.3建立明顯的提高近年來(lái),石油化工行業(yè)工業(yè)水重復(fù)利用率得到明顯的提高。1997年石油化工系統(tǒng)工業(yè)水重復(fù)利用率為87%,2004年工業(yè)水重復(fù)利用率上升至94%,最好水平是98%。1.4利用循環(huán)冷卻水代替直流冷卻水成網(wǎng)石油化工企業(yè)不斷加強(qiáng)管理,實(shí)施技術(shù)改造,絕大多數(shù)企業(yè)用循環(huán)冷卻水代替直流冷卻水。南京某石油化工企業(yè)將直流冷卻器更換為循環(huán)冷卻器后,新鮮水量減少50%。2主要問(wèn)題2.1源頭控制水平低,造成污染目前,我國(guó)石油化工企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備質(zhì)量、自控水平等方面還不能做到清潔化或廢物最小化。受社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和資源的限制,原料質(zhì)量下降;裝置受投資制約,規(guī)模偏小,造成單位產(chǎn)品的排污量和用水量大;工藝流程不盡合理,造成資源利用率不高,污染物排放量大,污染負(fù)荷高,處理難度大;設(shè)備質(zhì)量差造成泄漏,浪費(fèi)水資源,并且排水水質(zhì)變差、水量增大;自控水平低造成源頭控制水平低;人員不足,責(zé)任心不強(qiáng)時(shí),產(chǎn)生隨意排污的現(xiàn)象。以石油煉制為例,我國(guó)石油煉制規(guī)模最小的僅年產(chǎn)十幾萬(wàn)噸,平均也只有1.7Mt/a,發(fā)達(dá)國(guó)家一般都至少在10Mt/a;國(guó)外先進(jìn)石油煉制企業(yè)大多采用全加氫工藝,污染物產(chǎn)生量較少,產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)高,而我國(guó)石油煉制企業(yè),特別是小于1Mt/a的煉油企業(yè)較少采用加氫工藝,產(chǎn)品質(zhì)量和污染物產(chǎn)生量與國(guó)際水平存在差距;國(guó)外污水處理場(chǎng)進(jìn)口油質(zhì)量濃度在100mg/L以下,而國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)污水處理場(chǎng)進(jìn)口油質(zhì)量濃度高達(dá)500mg/L以上,有時(shí)高達(dá)數(shù)千mg/L。另外,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的廢水處理工藝及處理設(shè)備均存在不同程度的缺陷,如設(shè)計(jì)不盡合理、處理設(shè)備不能滿足處理要求、清污不分、污污不分等,導(dǎo)致廢水處理效果欠佳,未能實(shí)現(xiàn)廢水回用以降低新鮮水用量。2.2節(jié)水減排沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一管理目前,國(guó)內(nèi)的石油化工企業(yè)大部分采用末端處理的方式進(jìn)行廢水處理,即將各工藝單元產(chǎn)生的廢水收集起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一處理,節(jié)水減排工作也未從生產(chǎn)全過(guò)程來(lái)進(jìn)行,僅僅考慮了末端處理回用,沒(méi)有做到企業(yè)整體用水系統(tǒng)的優(yōu)化。有些石油化工企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)的廢水集中處理方式進(jìn)行了改進(jìn),增加了水的回用及再生工段,在減少新鮮水用量及廢水排放量方面取得了較好的效果,但是離真正的用水系統(tǒng)優(yōu)化還具有一定的差距。2.3廢水處理系統(tǒng)存在幾個(gè)問(wèn)題(1)廢水部分指標(biāo)不達(dá)標(biāo)清污分流不徹底造成污水處理場(chǎng)進(jìn)水量大,或出水不合格。污污分治不合理造成廢水部分指標(biāo)不達(dá)標(biāo),影響廢水回用。如高含鹽廢水和低含鹽廢水合流處理,使廢水處理系統(tǒng)負(fù)荷加大,處理后又因廢水含鹽量高,無(wú)法回用到用水大戶(如循環(huán)水系統(tǒng)),只能排放。(2)預(yù)處理廢水中、水石油化工企業(yè)廢水水量大,污染物成分復(fù)雜,水質(zhì)水量波動(dòng)較大,而廢水處理工藝對(duì)廢水污染負(fù)荷的承受能力有一定的限度,所以,必須對(duì)廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。(3)對(duì)于高、難生物降解的處理，缺乏處理高、難生物降解廢水的措施石油化工企業(yè)污染物的成分復(fù)雜,有些廢水具有污染物濃度高或難降解等特點(diǎn),處理難度較大,如腈綸廢水、對(duì)苯二甲酸廢水等。(4)廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)與能耗石油化工企業(yè)污水處理場(chǎng)多數(shù)不能對(duì)一些主要指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié),廢水處理工藝、裝置的運(yùn)行參數(shù)不能隨時(shí)掌握,造成其處理效率不能得到最佳發(fā)揮,處理水平低,能耗高。2.4水計(jì)量表計(jì)量結(jié)果在某些石油化工企業(yè),由于明漏、暗漏等現(xiàn)象,造成生產(chǎn)用水嚴(yán)重流失,產(chǎn)生的無(wú)效供水量很大。據(jù)統(tǒng)計(jì),有的企業(yè)漏失水量達(dá)到企業(yè)總?cè)∷康?0%以上。某些企業(yè)由于缺少計(jì)量設(shè)備、計(jì)量手段不健全以及計(jì)量失真等,造成很大的計(jì)量誤差,水計(jì)量表一級(jí)表配置率、二級(jí)表和三級(jí)表計(jì)量率均未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17167—1997的規(guī)定。另外,企業(yè)節(jié)水工作缺乏有效的綜合協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管理與嚴(yán)格的指標(biāo)考核,尚未建立激勵(lì)和約束機(jī)制,以及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化用水節(jié)水管理體系。3處理措施3.1凝結(jié)水回收利用采用源頭控制是實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的重要的、有效的措施,不僅可以節(jié)約新鮮水,還可以減少?gòu)U水產(chǎn)生量,為廢水回用創(chuàng)造條件。目前,國(guó)內(nèi)一些石油化工企業(yè)的清潔生產(chǎn)和源頭控制已經(jīng)取得了很好的成效,如采用加氫工藝淘汰堿洗、酸堿洗等耗水量大的工藝,柴油堿洗電精制裝置的廢水產(chǎn)生量為每噸原油0.1t,而采用加氫精制,每噸原油廢水產(chǎn)生量?jī)H為0.025t;采用分子篩替代氯化鋁做苯歧化催化劑,每噸產(chǎn)品新鮮水用量由13t降至1t;另外,還可以采用循環(huán)冷卻和空氣冷卻代替直流冷卻和水冷卻;實(shí)現(xiàn)裝置間熱聯(lián)合,回收低溫余熱,減少冷卻水用量;實(shí)行凝結(jié)水回收等。凝結(jié)水回收是石油化工企業(yè)節(jié)水減排的重要措施,在節(jié)約高品質(zhì)脫鹽水的同時(shí)可回收利用熱能,效益較好,很值得推廣。一般煉油廠制備蒸汽所用水量大約占總?cè)∷康?0%~40%,石油化工生產(chǎn)裝置(含自備電站)有多種產(chǎn)蒸汽設(shè)備和各種用蒸汽點(diǎn),蒸汽冷凝水的來(lái)源和性質(zhì)很不相同,凝結(jié)水的回收原則是分質(zhì)、分級(jí)、充分利用熱量。凝結(jié)水回收分兩大類:透平凝結(jié)水回收和工藝凝結(jié)水回收。透平凝結(jié)水回收采用過(guò)濾技術(shù)去除水中的鐵銹等固體顆粒物及懸浮物,直接作為高壓鍋爐給水,目前回收率達(dá)95%以上。工藝凝結(jié)水的水溫、水質(zhì)參差不齊,去除凝結(jié)水中的雜質(zhì),特別是油,使其達(dá)到鍋爐給水的水質(zhì)指標(biāo),是工藝凝結(jié)水回收應(yīng)用的難點(diǎn)。工藝凝結(jié)水除油除鐵工藝有阻截過(guò)濾、懸浮隔油、活性炭吸附、精密過(guò)濾、電磁過(guò)濾等,當(dāng)油含量較低時(shí),上述方法處理后出水中油含量基本能達(dá)到指標(biāo)。當(dāng)油含量高時(shí),出水中油含量超標(biāo)或嚴(yán)重超標(biāo)。近年來(lái),采用特種耐高溫吸附樹(shù)脂除油,取得了較好的應(yīng)用效果。北京燕山石油化工股份有限公司采用該技術(shù)回收蒸汽凝結(jié)水,同時(shí)可回收熱量及節(jié)約脫鹽水,預(yù)計(jì)每回收1t凝結(jié)水經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)19.8元,以工藝凝結(jié)水回收量140t/h計(jì)算,其經(jīng)濟(jì)效益每年可達(dá)2218萬(wàn)元。3.2水夾點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用目前,國(guó)內(nèi)石油化工企業(yè)采用的仍然是傳統(tǒng)的末端集中處理方式,尚未對(duì)企業(yè)總體用水和排水系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化,造成局部用水的水質(zhì)量過(guò)高,排水量大。一些企業(yè)對(duì)廢水集中處理系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的改造,如增加水回用、再生等過(guò)程,但還沒(méi)有做到全廠水系統(tǒng)的優(yōu)化。國(guó)外從20世紀(jì)90年代開(kāi)始在石油化工企業(yè)成功地使用了水夾點(diǎn)技術(shù)。水夾點(diǎn)技術(shù)由英國(guó)UMIST(曼切斯特理工學(xué)院)的Wang教授在1994年首次提出,其核心思想是使水的回用量和出水中的污染物濃度達(dá)到最大,從而使新鮮水用量降到最低,達(dá)到全廠水系統(tǒng)的優(yōu)化。水夾點(diǎn)技術(shù)就是通過(guò)對(duì)工廠各單元的用水和排水的水質(zhì)、水量分析,通過(guò)綜合平衡,將一個(gè)工序的排水作為其他工序的進(jìn)水,最大限度地實(shí)現(xiàn)水的串級(jí)使用和多次利用。我國(guó)臺(tái)灣某石油化工工業(yè)區(qū)1996—1997年度應(yīng)用水夾點(diǎn)技術(shù)后,水的回用比例從18.6%增加到了37.0%。石油煉制企業(yè)的含硫廢水串級(jí)使用是一個(gè)很好的水夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。石油煉制二次加工裝置的排水和洗滌水含有高濃度硫化物、氨、酚、氰化物、石油類等,被稱為含硫廢水,不能將其直接排入廢水處理場(chǎng),必須進(jìn)行汽提處理,并回收有用資源。含硫廢水汽提凈化水中不含Ca2+和Mg2+,可作為工藝水回用。實(shí)際運(yùn)行中,可將低濃度的含硫廢水直接用于工藝過(guò)程中,如將催化裂化裝置分餾塔頂油水分離器的切出水直接回注到富氣壓縮機(jī)作為富氣水洗水,然后送至含硫廢水汽提處理裝置得到凈化水。煉油廠的常減壓蒸餾工藝中需要電脫鹽,若以含硫廢水汽提凈化水代替新鮮水使用,不僅節(jié)水,而且通過(guò)原油的抽提作用可減少污染物排放總量,其中酚去除率達(dá)85%以上,COD去除率達(dá)60%。其他如加氫類裝置的濕式空冷注水,也可以使用汽提凈化水代替軟化水,這些工藝水再成為含硫廢水回到廢水汽提裝置,形成閉路循環(huán),直接減少?gòu)U水排放量。現(xiàn)有企業(yè)凈化水回用率可達(dá)60%~85%。以每年加工原油2.5~6Mt的煉油廠計(jì)算,含硫廢水汽提水量平均65t/h,凈化水回用量420kt/a,節(jié)約取水量200kt/a,節(jié)約軟化水220kt/a,減少排放到廢水處理場(chǎng)的廢水量350kt/a。3.3高含鹽廢水回用預(yù)處理目前,廢水處理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果與設(shè)計(jì)目標(biāo)差距較大,廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)化具有較大的潛力。可以通過(guò)以下措施來(lái)改善廢水處理系統(tǒng):(1)實(shí)行清污分流。將經(jīng)過(guò)中和后的化學(xué)水系統(tǒng)正洗和反洗水、循環(huán)水系統(tǒng)的非事故排水、后期雨水、部分試壓水、球罐夏季噴淋水等作為清凈下水排放,減輕廢水處理場(chǎng)的水力負(fù)荷。(2)實(shí)施污污分治。將不同廢水分開(kāi)處理或根據(jù)情況將不同的廢水按比例混合后進(jìn)行處理,對(duì)廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。如石油煉制企業(yè)電脫鹽過(guò)程產(chǎn)生的廢水、原油罐區(qū)切水、催化劑硫化產(chǎn)生的含堿廢水和油品堿精制產(chǎn)生的堿渣等作為高含鹽、高濃度廢水單獨(dú)進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放,其他低濃度含油廢水經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo),再經(jīng)過(guò)適度處理結(jié)合水質(zhì)穩(wěn)定劑的配伍性試驗(yàn),可以作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水等。(3)提高循環(huán)水的處理水平,減少排污和新鮮水補(bǔ)充量。目前,石油化工企業(yè)成功應(yīng)用的提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)的措施有提高溫差、減少系統(tǒng)保有水量、強(qiáng)化旁濾、開(kāi)發(fā)適合水質(zhì)的穩(wěn)定劑和殺菌劑、配備在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)加藥設(shè)施、減少系統(tǒng)泄漏等,有的企業(yè)循環(huán)水濃縮倍數(shù)已達(dá)到5倍以上。根據(jù)計(jì)算,循環(huán)水濃縮倍數(shù)由3提高到5,可以減少新鮮水補(bǔ)充量15%以上,排污量可以減少60%以上。(4)對(duì)廢水進(jìn)行深度處理,從而更大程度地將處理后的出水回用于生產(chǎn)系統(tǒng),提高工業(yè)水的利用效率。目前石油化工企業(yè)已經(jīng)采用了達(dá)標(biāo)廢水適度處理回用技術(shù),對(duì)優(yōu)質(zhì)的達(dá)標(biāo)廢水進(jìn)行過(guò)濾、殺菌后回用于循環(huán)水系統(tǒng)做補(bǔ)充水。一般的達(dá)標(biāo)廢水經(jīng)過(guò)強(qiáng)化生物處理,如膜生物反應(yīng)器(MBR)、曝氣生物濾池(BAF)或生物活性炭,再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、殺菌作為循環(huán)水補(bǔ)充水。對(duì)于硬度較高的廢水采用除硬除鈣技術(shù),如采用北京某公司研制的三法一體化除硬技術(shù)。對(duì)于含鹽較高的廢水,也有嘗試采用電滲析或超濾—反滲透技術(shù)進(jìn)行處理回用的實(shí)例