一、煤化工在我國的發(fā)展

　　煤化工過程是將煤炭轉換為氣體、液體和固體產品或半產品，而后進一步加工成化工、能源產品的工業(yè)。包括焦化、煤氣化、煤液化等。

　　在煤的各種化學加工過程中，焦化是應用較早且至今仍然是較重要的方法。其主要目的是制取冶金用焦炭，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。

　　煤氣化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生產城市煤氣及各種燃料氣（廣泛用于機械、建材等工業(yè)），是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環(huán)境保護；也用于生產合成氣（作為合成氨、合成甲醇等的原料），是合成液體燃料等多種產品的原料。

　　煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時，煤的液化產品可以替代目前的天然石油。

　　我國的能源稟賦特點是“缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”，而且煤炭價格相對低廉，煤化工行業(yè)在中國面臨著巨大的市場需求和發(fā)展機遇。

　　新型煤化工產業(yè)將在中國能源的可持續(xù)利用中扮演重要的角色，是今后二十年的重要發(fā)展方向，這對于中國減輕燃煤造成的環(huán)境污染，降低對進口石油的依賴保障能源安全有著重大意義。

　　新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主，如天然氣、柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術結合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業(yè)。

　　目前，我國的新型煤化工項目呈現(xiàn)迅速發(fā)展、遍地開花之勢，僅新疆一個省區(qū)，在建和擬建的煤制天然氣項目就達14個。據(jù)不完全統(tǒng)計全國煤制烯烴的在建及擬建產能達2800萬噸，煤制油達4000萬噸，煤制天然氣接近1500億立方米，煤制乙二醇超過500萬噸。這些項目全部建成之后，我國將是世界上產能較大的新型煤化工國家。

　　二、煤化工污水零排放的意義

　　2.1節(jié)約水資源?

　　新型煤化工耗水量巨大，大型煤化工項目，噸產品耗水在十噸以上，年用水量通常高達幾千萬立方米。煤化工的快速發(fā)展引發(fā)了區(qū)域水資源供需的失衡。我國煤炭資源主要集中在北方和西北，恰恰這些地方水資源嚴重不足。目前這些地方已出現(xiàn)了水權紛爭，這種情況如果發(fā)展下去，會影響當?shù)毓I(yè)和農業(yè)的正常發(fā)展，而且還會帶來很多社會問題。

　　煤化工污水零排放，將污水較大限度回用，可節(jié)約水資源，緩解水資源嚴重短缺的困境。

　　2.2保護生態(tài)環(huán)境，避免水體和地下水污染?

　　煤化工企業(yè)用水量大，其排放的廢水主要來源于煤煉焦、煤氣凈化及化工產品回收精制等過程。該類廢水水量大，水質復雜，含有大量的有機污染物、酚、硫和氨等，并且含有大量的聯(lián)苯、吡啶吲哚和喹啉等有毒污染物，毒性大。在煤炭資源豐富的地域，往往是既缺水又無環(huán)境容量、生態(tài)脆弱的地方，如新疆伊犁地區(qū)、寧夏、內蒙等煤化工基地，實施零排放能有效保護生態(tài)環(huán)境，避免水體和地下水污染。

　　2.3零排放意義?

　　“零排放”即對煤化工在生產中所產生的生產廢水、污水、清凈下水等經過處理，全部用于回用，對外界不排放廢水，稱作為“零排放”。對于目前西北地區(qū)在建和擬建的煤化工項目，“零排放”尤其重要，既解決一部分水資源問題，又不對當?shù)氐沫h(huán)境和生態(tài)造成污染和破壞。

　　三、煤氣化污水的特點

　　氣化廢水的來源及特性：在煤的氣化過程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金屬，在氣化時部分轉化為氨、氰化物和金屬化合物；一氧化碳和水蒸氣反應生成少量的甲酸，甲酸和氨又反應生成甲酸氨。這些有害物質大部分溶解在氣化過程的洗滌水、洗氣水、蒸汽分流后的分離水和貯罐排水中，一部分在設備管道清掃過程中放空等。

　　對于煤氣化工藝技術，目前主要有固定床、流化床和氣流床三種；對于爐型，有固定床間歇氣化爐、灰熔聚、德士古、恩德爐等多種。固定床、流化床和氣流床三種氣化工藝的排水水質情況見下表：

　　四、煤氣化污水處理技術

　　4.1煤氣化廢水經酚氨回收后的水質?

　　三種氣化工藝產生的廢水，氨含量均很高；固定床工藝產生的酚含量高，其它兩種較低；固定床工藝焦油含量高，其它兩種較低；氣流爐工藝中產生的甲酸化合物較高，其它兩種工藝基本不產生；氰化物在三種工藝中均產生；有機污染物COD，固定床工藝產生較多，污染較嚴重，其它兩種工藝污染較輕。

　　上述三種工藝的廢水如不經過預處理直接進行生化處理是不行的，尤其是氨特別高，魯奇爐的酚含量也很高。

　　對于魯奇爐廢水需要進行酚氨回收裝置進行回收預處理；流化床和氣流床工藝煤氣化廢水需要進行氨回收預處理。經過預處理后的各廢水水質如下：

　　4.2煤氣化（固定床工藝）廢水生化處理工藝?

　　固定床工藝煤氣化廢水CODcr濃度高，屬有機污水，含有大量氨氮和酚，有一定的色度，具有如下特點：

　?。?）污水中有機物濃度高，B/C值約0.33，可采用生化處理工藝。

　　（2）污水中含有難降解有機物如單元酚、多元酚等含苯環(huán)和雜環(huán)類物質，有一定的生物毒性，這些物質在好氧環(huán)境下分解較困難，需要在厭氧/兼氧環(huán)境下開環(huán)和降解。

　?。?）污水中氨氮濃度高，處理難度較大，需要選用硝化和反硝化能力均很強的處理工藝。煤氣化廢水處理技術

　　（4）污水中含有浮油、分散油、乳化油類和溶解油類物質，溶解油的主要組分為苯酚類的芳香族化合物。乳化油需要采用氣浮方式加以去除，溶解性的苯酚類物質需要通過生化、吸附的方法去除。

　?。?）含有毒性抑制物質，污水中酚、多元酚、氨氮等毒性抑制物質，需要通過馴化提高微生物的抗毒能力，需要選擇合適的工藝提高系統(tǒng)抗沖擊能力。

　?。?）非正常污水排放的影響，當工藝生產過程出現(xiàn)問題時，會導致污染物濃度高的非正常污水排放，該污水不能直接進入生化處理系統(tǒng)，需要設置事故調節(jié)等措施。

　　（7）污水色度較高，含有一部分帶有顯色基團的物質。

　　由此，為確保工藝污水處理出水水質，工藝污水選用以去除CODcr、BOD 5、氨氮等為主體的生化處理工藝（主要考慮硝化和反硝化），選用以除油、脫色為主要目的的預處理工藝，選用以物化為主的后處理強化工藝。采用的工藝如下：

　　4.3煤氣化（流化床及氣流床）廢水生化處理工藝?

　　流化床及氣流床工藝產生的廢水，其COD并不高，生化性較好（尤其是氣流床工藝產生的廢水），這些廢水主要特點是氨氮高，應選用硝化和反硝化效果好的處理工藝。

　　但生化處理僅去除污水中的有機污染、油、氨、酚、氰化物等，其污水中鹽并不能去除。

　　五、煤氣化污水零排放

　　5.1煤化工排水的分類

　　?

　　煤化工在生產中的排水包括：生產污水、生活污水、清凈下水、初期雨水等。生產污水主要是氣化污水；清凈下水主要來自循環(huán)水排污以及脫鹽水站排放的濃鹽水；初期雨水主要是受污染區(qū)域的前十分鐘收集雨水。

　　上述排水中水量較大的是清凈下水和生產污水，一般考慮將清凈下水與生產污水、生活污水、初期雨水等分開收集，即分為清凈水和污水兩大類。

　　5.2污水的回用

　　煤化工生產過程中需要大量的循環(huán)水，循環(huán)水站的規(guī)模一般很大，需要的補充水量很大。在考慮將清凈下水和污水處理的出水回用時，一般考慮回用于循環(huán)水站的補充水。

　　污水處理站的出水雖然去除了大量的有機污染、氨、酚等物質，但其鹽分并沒有減少。而清凈下水以及脫鹽水站的濃鹽水中的鹽分較高，一般是原水的4～5倍。故要將污水回用，就需要對污水進行脫鹽處理，否則鹽會在系統(tǒng)中循環(huán)累積。

　　5.3中水回用工藝種類?

　　目前在我國已經應用的水的除鹽工藝方法有化學除鹽（即離子交換法除鹽）、膜分離技術、蒸餾法除鹽水處理以及膜法和離子交換法結合的脫鹽工藝等。

　?。?）離子交換法除鹽工藝

　　離子交換法水處理技術已相當成熟，適合用于水中含鹽量不高的場合，但在處理高氯高鹽高硬水、苦咸水、海水時，該技術有樹脂再生過程中需消耗大量酸、堿，其排放液又會污染環(huán)境的缺點。

　?。?）膜除鹽工藝

　　隨著膜研究的進展，膜分離技術已迅速發(fā)展，膜使用領域愈來愈廣，現(xiàn)已成為產業(yè)化的高新技術，它有操作方便，設備緊湊，工作環(huán)境安全，節(jié)約能耗和藥劑的優(yōu)點，其主體分離工藝是反滲透技術，為反滲透作預處理工藝的有超濾和精濾技術?？梢愿鶕?jù)原水不同的水質組合成各種不同的流程。

　?。?）膜法和離子交換法結合的脫鹽工藝

　　反滲透膜法與離子交換法聯(lián)合組成的除鹽系統(tǒng)是目前使用較為廣泛的除鹽水處理系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，反滲透作為離子交換的預脫鹽系統(tǒng)，除去原水中約95%以上的鹽分和絕大部分的其他雜質，如膠體、有機物、細菌等；反滲透產水中剩余的鹽分則通過后繼的離子交換系統(tǒng)除去。

　　5.4污水回用工藝的選擇?

　　將污水處理站的出水和清凈下水的混合水進行回用，其水量一般較大，鹽含量不高一般為1000～3000mg/L之間。若直接采用蒸餾法，需要大量的熱源浪費能源，不合適。由于污水中仍含有一定的有機污染物，若采用離子交換樹脂，會污堵樹脂，且由于回用水循環(huán)水補充水，水質要求并不高，采用離子交換不合適；隨著膜分離技術和膜生產工藝的提高，膜的使用壽命在不斷提高，而且使用價格在不斷降低，膜的使用越來越普及，推薦污水回用的主體工藝中優(yōu)先采用雙膜法（超濾+反滲透），根據(jù)水質的不同特點對污水進行預處理，以滿足雙膜的使用條件。

　　5.5濃鹽水膜濃縮?

　　國內外有不少公司在研究將雙膜法產生的濃鹽水進行膜再濃縮，使鹽含量達到6～8萬mg/L，即盡可能將污水中鹽分提高，減小后續(xù)蒸發(fā)器的規(guī)模，減少投資以及節(jié)約能源。

　　目前國際上常用的工藝有阿奎特的HERO膜濃縮工藝、GE公司納濾膜濃縮工藝、威立雅的OPUS膜濃縮工藝、麥王公司的震動膜濃縮工藝。上述工藝在國外的鹽濃縮中均有業(yè)績。國內也有部分公司在研究膜濃縮工藝，但目前尚未有使用的業(yè)績和工程實例。

　　5.6蒸發(fā)?

　　將濃鹽水中的鹽分達到6～8萬mg/L后再進行蒸發(fā)，國外對廢水的蒸發(fā)工藝一般采用“降膜式機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術”，是目前世界上處理高鹽分廢水較可靠、較有效的技術解決方案。采用機械壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術處理廢水時，蒸發(fā)廢水所需的熱能，主要由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放或交換的熱能所提供。在運行過程中，沒有潛熱的流失。運行過程中所消耗的僅是驅動蒸發(fā)器內廢水、蒸汽、和冷凝水循環(huán)和流動的水泵、蒸汽壓縮機、和控制系統(tǒng)所消耗的電能。

　　利用蒸汽作為熱能時，蒸發(fā)每千克水需消耗熱能554千卡。采用機械壓縮蒸發(fā)技術時，典型的能耗為處理每噸含鹽廢水需20至30度電，即蒸發(fā)每千克水僅需28千卡或更少的熱能。即單一的機械壓縮蒸發(fā)器的效率，理論上相當于20效的多效蒸發(fā)系統(tǒng)。采用多效蒸發(fā)技術，可提高 效率，但是多效蒸發(fā)增加了設備投資和操作的復雜性。蒸發(fā)器一般可將廢水中鹽含量提高至20%以上。通常被送往蒸發(fā)塘進行自然蒸發(fā)、結晶；或送至結晶器，結晶干燥成固體，外送處置。

　　六、國內零排放項目案例簡介?

　　?伊犁新天年產20億立方米煤制天然氣項目

　　?中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克化肥項目一期年產100萬噸合成氨、175萬噸尿素工程

　　?中電投伊南3×20億Nm 3/a煤制天然氣項目一期20億Nm 3/a工程

　　?神華煤直接液化項目

　　零排放項目業(yè)績

　　6.1伊犁新天年產20億立方米煤制天然氣項目(總承包)

　　?氣化工藝：碎煤加壓固定床氣化技術（魯奇爐）

　　?項目產品：年產20億Nm 3天然氣

　　?污水處理系統(tǒng)內容：

　　污水處理裝置：1200m 3/h

　　污水回用：

　?、偕鬯赜脝卧?200m 3/h

　　②含鹽污水回用單元：1200m 3/h

　?、鄱嘈д舭l(fā)單元：300m 3/h

　　6.2中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克化肥項目(總承包)

　　?氣化工藝：碎煤熔渣加壓氣化技術（BGL）

　　?項目產品：合成氨100萬噸/年，尿素175萬噸/年

　　?污水處理系統(tǒng)內容：

　　污水處理裝置：360m 3/h

　　回用水處理裝置：1200m 3/h

　　濃鹽水處理裝置：200m 3/h

　　處理工藝：

　　污水處理工藝流程

　　6.3中電投伊南3×20億Nm 3/a煤制天然氣項目一期20億Nm 3/a工程（總體設計+基礎設計）

　　?氣化工藝：純氧氣流床氣化技術（GSP爐）

　　?項目產品：年產20億Nm 3天然氣

　　?污水處理系統(tǒng)內容：

　　污水處理裝置：280m 3/h

　　回用水處理裝置：900m 3/h

　　濃鹽水處理裝置：120m 3/h

　　?處理工藝：

　　污水處理裝置：預處理+二級生化+深度處理

　　回用水處理裝置：預處理+超濾+反滲透

　　濃鹽水處理裝置：膜濃縮+蒸發(fā)結晶

　　6.4神華煤直接液化（煤制油）項目

　　?污水處理系統(tǒng)內容：

　　生化處理部分：包括含油污水系統(tǒng)、高濃度污水系統(tǒng)

　　含鹽處理部分：包括含鹽污水系統(tǒng)、催化劑制備廢水系統(tǒng)、蒸發(fā)器濃縮液處理系統(tǒng)

　　?處理規(guī)模：

　　含油污水系統(tǒng)：204m 3/h

　　高濃度污水系統(tǒng)：150m 3/h

　　含鹽污水系統(tǒng)：286m 3/h

　　催化劑制備廢水系統(tǒng)：103m 3/h

　　濃鹽水處理系統(tǒng)：蒸發(fā)器、結晶、蒸發(fā)塘面積約12公