苗良
新疆庆华集团能源有限公司 新疆 伊宁 844500
摘要：受制于我国能源结构影响，煤化工产业类型不断朝着多元化方向发展，尤其是煤制油产业发展速度不断加快，为国民经济运行稳定性起着重要的保障作用。但是在煤制油技术体系运行中，需要以大量的水资源利用为支撑，由此带来严重的水资源浪费问题。本文以某企业煤化工脱盐水处理工艺技术应用为例，对工艺处理设计的单元和设备等进行简要说明，以此为相关企业技术应用提供参考。
关键词：煤化工；脱盐水处理；煤制油；环境保护
煤制油产业发展是改变我国能源运行结构，提升环境保护水平的重要支撑，但是受到煤炭资源分布特征影响，煤制油项目建设和运行环境较为复杂，对水资源利用提出更高要求。将浓盐水处理后进行重复利用，是实现煤制油项目成本控制目标，环境保护目标的重要举措[1]。国内企业在这方面的工艺应用已经较为成熟，但是在工艺运行细节方面还有待改进，利用反渗透膜处理工艺，结合混床调节出水质量，能够较好的提升水资源利用效率，实现企业经济效益和生态效益水平的提升[2]。
1、煤化工脱盐水处理工艺设计的基础工作
1.1 工艺设计总体方案
在本设计方案中，脱盐水处理流程所需要的水资源主要由新鲜水和回用水两部分组成，其中新鲜水主要是含盐量较高的地表水，回用水则是以市政处理中水为主。主要技术类型为反渗透水处理技术，同时结合离子交换工艺应用，以达到提升自动化应用，降低劳动强度，延长离子交换设备生命周期的目的。工艺方案在整体上包括预处理、一级脱盐水处理和二级脱盐水处理三部分，脱盐水制备工艺以多介质过滤器、超滤、一级反渗透、除碳器辅以二级反渗透、混床相结合的技术方案。
1.2 设计基础条件和指标设定
本案例研究企业位于西部地区，主要地形为地形，地貌简单，地下水含水层主要以砂岩为主，含量较小并且对随季节变动，地基土和地基岩层能够满足项目建设要求。依据现场勘查和化学药剂使用要求，在遵循科学设计理念前提下，基本设计指标确定如表1所示。经处理后设计出水水质能够满足工艺用水要求，达到循环利用目的。
表1 脱盐水处理系统运行指标
指标 参数
年操作天数 333d
年操作小时数 8000h
最大工况年新鲜水用量 约700×104m3/a
最大工况年回用水用量 约900×104m3/a
年生产脱盐水能力 1300 m3/h
每级回收率 85%
设计脱盐水供水压力 1.0Mpa
脱盐水供水温度 35°C
2、煤化工脱盐水处理工艺设计的单元和设备
2.1 预处理系统
预处理系统需要满足两个方面的运行要求，一是进一步提升微生物、可续凝去除等较难清除的杂质类型。二是通过降低反渗透膜的符合，提升系统运行效率，节省系统运行时间和费用。预处理系统的设备类型主要包括多介质过滤器、超滤系统两个部分。其中过滤器部分主要选用的滤料包括无烟煤、磁铁矿和石英砂等，单台过滤器处理量设定为150 m3/h，共设置15台设备，采用轮流反洗模式运行。为提升多介质过滤器运行稳定性，采用自动化控制与现场控制相结合的方式，实现系统的高效、稳定运行。超滤系统是本系统设计的关键环节，系统组成主要包括超滤主机、反洗系统、加药系统和化学清洗系统等，预处理出水在经过超滤系统后，能够将大部分浊度、色度去除，并且去除部分COD物质，为后续反渗透系统处理奠定良好基础。
2.2 反渗透处理系统
反渗透处理系统是本系统改进技术应用的关键环节，设计方案分为一级反渗透和二级反渗透两个组成部分，处理目标是取得产水率和脱盐率的平衡。影响二者平衡的主要参数在于二级之间的衔接、各段的膜通量和通量平衡状态。在实际运行中，反渗透系统在连续运行24h情形下，由于极化浓差作用影响，将会造成产水效率不断降低，甚至产生结晶水垢而对膜组件造成不同程度的污染。通过增设冲洗泵形式，对反渗透膜进行冲洗，是解决这一问题的重要方式。
2.3 除碳系统和混床
在本项目建设中，除碳系统采用鼓风填料式为主的工艺类型。通过有效去除废水中含有的溶解性二氧化碳，能够较好的降低混床运行负荷。由于反渗透处理流程中，无法将水中含有的二氧化碳过滤掉，使得水中碳酸性物质重新平衡而造成酸性增加。因此通过鼓风和填料处理，能够在增加空气和水接触面积基础上，实现更好的除碳效果。而混床流程的增加，则是为了更好的实现脱盐水的精制，将水中含有的可溶性无机盐离子和有机杂质清除掉，满足后续工艺和锅炉系统使用脱盐水的要求。混床再生通常是采用氢氧化钠和盐酸溶液进行处理，确保再生液流量和浓度保持恒定状态。
2.4 加药和辅助系统
在煤化工企业传统的脱盐水处理系统中，技术应用类型相对较为简单，并且由于水体营养和温度等因素影响，使得水体中会出现大量的微生物繁殖，在循环系统运行较为缓慢的情形下，将会造成滤膜膜孔的堵塞。因此在本系统设计中，采用添加氧化杀菌剂和非氧化杀菌剂的形式，有效降低水中微生物含量。在设计加药装置时，需要考虑投药量和投药时间等方面参数设计，结合阻垢剂的应用，确保膜系统运行效率保持稳定状况，增加设备运行寿命。而辅助系统设计，主要是通过增加压缩空气装置、气动装置、仪表设备和电动葫芦等，满足各个环节设备运行的实际需求。
2.5 仪表控制系统
仪表控制系统的设计，主要是通过DSC控制系统设计，实时采集除盐水处理系统中各个单元运行的回收率、能耗、性能等数据，确保在化学处理单元，系统能够依照设定参数安全稳定运行[3]。在系统出现运行异常时，能够在仪表控制系统中显示对应的参数异常数据，并进行报警。
2.6 高浓盐水的处理
高浓盐水是至在经过脱盐水系统处理后，所排出的反洗水、化学反洗及再生水等废水类型，这些废水中的无机物已经处理至最低水平，但是含盐量依然保持在较高水平，无法满足二次利用要求。通过反渗透膜浓缩、电渗析和蒸发结晶等综合处理后，不仅能够将水回收使用率提升至70%以上，蒸发结晶而来的硫酸钠和氯化钠等，还能够达到工业用盐回收利用标准，实现良好的经济效益。
3、煤化工脱盐水处理工艺系统运行结果分析
根据设计运行参数计算，盐脱水处理工艺系统多个环节运行效果都有明显提升，能够达到较好的应用效果。其中多介质过滤系统能够较好的去除废水中含有的悬浮物、有机物、胶质颗粒及微生物等，可以将出水污染指数控制在4以下；经过超滤系统处理，能够将出水污染指数控制在2以下，并且经小颗粒物、大分子凝胶等有效处理，浊度小幅下降。在经过反渗透系统处理后，每一级产水脱盐率都可以达到99%以上，二级反渗透系统出水导电率能够控制在1 μs/cm。混床过滤系统则能够更好的去除水中含有的盐离子，将出水电导率控制在0.2 1μs/cm以下。该套系统建设运行中，动力费用是成本投入的主要方面，占到总费用比例在50%以上，设备固定投资和维护费用占总费用的30%左右。在未来运行中，随着部分设备和消耗品的国产化水平提升，总运行费用还有降低空间，能够为企业进一步降低经济投入。
4、结论
煤化工企业脱盐水处理工艺流程整体管理还较为粗放，自动化控制程度低，在未来随着自动化工艺改进水平的不断提升，相关企业盐脱水处理水平将逐步提升，为企业运行成本控制和环境保护奠定良好基础。
参考文献
[1]李瀚潇. 煤化工脱盐水处理工艺设计[D].内蒙古大学,2019.
[2]吴志刚.脱盐水处理工艺技术的经济学思考[J].民营科技,2012(10):199.
[3]路宗升,王希革,薛轶明.PLC在脱盐水处理自动控制系统中的应用[J].石油化工自动化,2006(06):54-56.