石油化工企业水资源优化配置研究

石油化工企业水资源优化配置研究

水是储罐生产的重要辅助资源。水资源的缺乏严重影响了该行业的发展。目前除长江沿岸的企业供水情况较好外,其他地区的石油化工企业均存在不同程度的供水不足现象,特别是黄河流域、西北、华北地区的石油化工企业,在生产和职工生活等方面都面临水资源危机。实施节水减排措施,对实现石油化工企业的可持续发展、保障我国水资源安全、建设节约型社会具有重大的意义。1石化企业取水总量分析我国工业用水是仅次于农业用水的第二用水大户,石油化工行业的取水量约占全国工业取水总量的5%,全国“十五”工业节水规划中提出“2005年,工业取水量不超过1.25×1011m3,年均增长率控制在1.2%以内”。2005年,石油化工企业取水总量将控制在2.69×109m3以内,年均下降了1.1%。近年来,由于各种新技术、新材料、新工艺的应用,各项节水措施的实施以及管理措施的不断完善,使水的重复利用率不断提高,新鲜水单耗逐年下降。1.1大型水回收处理1999年,我国吨油取水量平均为2.37t,最好水平为1.00t,吨油废水排放量是1.84t,最低为0.52t。2004年,吨油取水量降至1.2t左右,最好水平达到0.38t,吨油废水排放量下降到0.8t,最好水平是0.23t。镇海石油炼化公司2004年与2001年相比,原油加工量增加了47%,新鲜水取水总量却减少了10.4%,吨油取水量从0.97t下降至0.53t(含发电),达到国际先进水平。目前吨油废水排放量的国际水平是0.15t,某些先进的炼油厂甚至可以做到废水全部回用,不向外排放。1.2节水减排系统石油化工企业比较合理的取水量分配结构是:循环水系统补充水约占50%,化学水使用系统约占40%,生产装置直接用水量约占10%。节水减排的最大潜力在循环水系统和化学水使用系统。近年来,很多石油化工企业加强了循环水系统和化学水使用系统的管理及技术改造,使新鲜水用量大幅度消减,用水结构趋于合理。1.3建立明显的提高近年来,石油化工行业工业水重复利用率得到明显的提高。1997年石油化工系统工业水重复利用率为87%,2004年工业水重复利用率上升至94%,最好水平是98%。1.4利用循环冷却水代替直流冷却水成网石油化工企业不断加强管理,实施技术改造,绝大多数企业用循环冷却水代替直流冷却水。南京某石油化工企业将直流冷却器更换为循环冷却器后,新鲜水量减少50%。2主要问题2.1源头控制水平低,造成污染目前,我国石油化工企业的工艺设计、生产运行、设备质量、自控水平等方面还不能做到清洁化或废物最小化。受社会经济条件和资源的限制,原料质量下降;装置受投资制约,规模偏小,造成单位产品的排污量和用水量大;工艺流程不尽合理,造成资源利用率不高,污染物排放量大,污染负荷高,处理难度大;设备质量差造成泄漏,浪费水资源,并且排水水质变差、水量增大;自控水平低造成源头控制水平低;人员不足,责任心不强时,产生随意排污的现象。以石油炼制为例,我国石油炼制规模最小的仅年产十几万吨,平均也只有1.7Mt/a,发达国家一般都至少在10Mt/a;国外先进石油炼制企业大多采用全加氢工艺,污染物产生量较少,产品质量等级高,而我国石油炼制企业,特别是小于1Mt/a的炼油企业较少采用加氢工艺,产品质量和污染物产生量与国际水平存在差距;国外污水处理场进口油质量浓度在100mg/L以下,而国内炼油企业污水处理场进口油质量浓度高达500mg/L以上,有时高达数千mg/L。另外,国内现有的废水处理工艺及处理设备均存在不同程度的缺陷,如设计不尽合理、处理设备不能满足处理要求、清污不分、污污不分等,导致废水处理效果欠佳,未能实现废水回用以降低新鲜水用量。2.2节水减排没有进行统一管理目前,国内的石油化工企业大部分采用末端处理的方式进行废水处理,即将各工艺单元产生的废水收集起来进行统一处理,节水减排工作也未从生产全过程来进行,仅仅考虑了末端处理回用,没有做到企业整体用水系统的优化。有些石油化工企业对传统的废水集中处理方式进行了改进,增加了水的回用及再生工段,在减少新鲜水用量及废水排放量方面取得了较好的效果,但是离真正的用水系统优化还具有一定的差距。2.3废水处理系统存在几个问题(1)废水部分指标不达标清污分流不彻底造成污水处理场进水量大,或出水不合格。污污分治不合理造成废水部分指标不达标,影响废水回用。如高含盐废水和低含盐废水合流处理,使废水处理系统负荷加大,处理后又因废水含盐量高,无法回用到用水大户(如循环水系统),只能排放。(2)预处理废水中、水石油化工企业废水水量大,污染物成分复杂,水质水量波动较大,而废水处理工艺对废水污染负荷的承受能力有一定的限度,所以,必须对废水进行适当的预处理。(3)对于高、难生物降解的处理，缺乏处理高、难生物降解废水的措施石油化工企业污染物的成分复杂,有些废水具有污染物浓度高或难降解等特点,处理难度较大,如腈纶废水、对苯二甲酸废水等。(4)废水处理系统运行指标与能耗石油化工企业污水处理场多数不能对一些主要指标进行自动检测、自动调节,废水处理工艺、装置的运行参数不能随时掌握,造成其处理效率不能得到最佳发挥,处理水平低,能耗高。2.4水计量表计量结果在某些石油化工企业,由于明漏、暗漏等现象,造成生产用水严重流失,产生的无效供水量很大。据统计,有的企业漏失水量达到企业总取水量的20%以上。某些企业由于缺少计量设备、计量手段不健全以及计量失真等,造成很大的计量误差,水计量表一级表配置率、二级表和三级表计量率均未达到国家标准GB/T17167—1997的规定。另外,企业节水工作缺乏有效的综合协调、统一管理与严格的指标考核,尚未建立激励和约束机制,以及规范化、标准化用水节水管理体系。3处理措施3.1凝结水回收利用采用源头控制是实现节水减排的重要的、有效的措施,不仅可以节约新鲜水,还可以减少废水产生量,为废水回用创造条件。目前,国内一些石油化工企业的清洁生产和源头控制已经取得了很好的成效,如采用加氢工艺淘汰碱洗、酸碱洗等耗水量大的工艺,柴油碱洗电精制装置的废水产生量为每吨原油0.1t,而采用加氢精制,每吨原油废水产生量仅为0.025t;采用分子筛替代氯化铝做苯歧化催化剂,每吨产品新鲜水用量由13t降至1t;另外,还可以采用循环冷却和空气冷却代替直流冷却和水冷却;实现装置间热联合,回收低温余热,减少冷却水用量;实行凝结水回收等。凝结水回收是石油化工企业节水减排的重要措施,在节约高品质脱盐水的同时可回收利用热能,效益较好,很值得推广。一般炼油厂制备蒸汽所用水量大约占总取水量的30%~40%,石油化工生产装置(含自备电站)有多种产蒸汽设备和各种用蒸汽点,蒸汽冷凝水的来源和性质很不相同,凝结水的回收原则是分质、分级、充分利用热量。凝结水回收分两大类:透平凝结水回收和工艺凝结水回收。透平凝结水回收采用过滤技术去除水中的铁锈等固体颗粒物及悬浮物,直接作为高压锅炉给水,目前回收率达95%以上。工艺凝结水的水温、水质参差不齐,去除凝结水中的杂质,特别是油,使其达到锅炉给水的水质指标,是工艺凝结水回收应用的难点。工艺凝结水除油除铁工艺有阻截过滤、悬浮隔油、活性炭吸附、精密过滤、电磁过滤等,当油含量较低时,上述方法处理后出水中油含量基本能达到指标。当油含量高时,出水中油含量超标或严重超标。近年来,采用特种耐高温吸附树脂除油,取得了较好的应用效果。北京燕山石油化工股份有限公司采用该技术回收蒸汽凝结水,同时可回收热量及节约脱盐水,预计每回收1t凝结水经济效益可达19.8元,以工艺凝结水回收量140t/h计算,其经济效益每年可达2218万元。3.2水夹点技术的应用目前,国内石油化工企业采用的仍然是传统的末端集中处理方式,尚未对企业总体用水和排水系统进行全面优化,造成局部用水的水质量过高,排水量大。一些企业对废水集中处理系统进行了简单的改造,如增加水回用、再生等过程,但还没有做到全厂水系统的优化。国外从20世纪90年代开始在石油化工企业成功地使用了水夹点技术。水夹点技术由英国UMIST(曼切斯特理工学院)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浓度达到最大,从而使新鲜水用量降到最低,达到全厂水系统的优化。水夹点技术就是通过对工厂各单元的用水和排水的水质、水量分析,通过综合平衡,将一个工序的排水作为其他工序的进水,最大限度地实现水的串级使用和多次利用。我国台湾某石油化工工业区1996—1997年度应用水夹点技术后,水的回用比例从18.6%增加到了37.0%。石油炼制企业的含硫废水串级使用是一个很好的水夹点技术应用实例。石油炼制二次加工装置的排水和洗涤水含有高浓度硫化物、氨、酚、氰化物、石油类等,被称为含硫废水,不能将其直接排入废水处理场,必须进行汽提处理,并回收有用资源。含硫废水汽提净化水中不含Ca2+和Mg2+,可作为工艺水回用。实际运行中,可将低浓度的含硫废水直接用于工艺过程中,如将催化裂化装置分馏塔顶油水分离器的切出水直接回注到富气压缩机作为富气水洗水,然后送至含硫废水汽提处理装置得到净化水。炼油厂的常减压蒸馏工艺中需要电脱盐,若以含硫废水汽提净化水代替新鲜水使用,不仅节水,而且通过原油的抽提作用可减少污染物排放总量,其中酚去除率达85%以上,COD去除率达60%。其他如加氢类装置的湿式空冷注水,也可以使用汽提净化水代替软化水,这些工艺水再成为含硫废水回到废水汽提装置,形成闭路循环,直接减少废水排放量。现有企业净化水回用率可达60%~85%。以每年加工原油2.5~6Mt的炼油厂计算,含硫废水汽提水量平均65t/h,净化水回用量420kt/a,节约取水量200kt/a,节约软化水220kt/a,减少排放到废水处理场的废水量350kt/a。3.3高含盐废水回用预处理目前,废水处理系统实际运行效果与设计目标差距较大,废水处理系统的优化具有较大的潜力。可以通过以下措施来改善废水处理系统:(1)实行清污分流。将经过中和后的化学水系统正洗和反洗水、循环水系统的非事故排水、后期雨水、部分试压水、球罐夏季喷淋水等作为清净下水排放,减轻废水处理场的水力负荷。(2)实施污污分治。将不同废水分开处理或根据情况将不同的废水按比例混合后进行处理,对废水进行适当的预处理。如石油炼制企业电脱盐过程产生的废水、原油罐区切水、催化剂硫化产生的含碱废水和油品碱精制产生的碱渣等作为高含盐、高浓度废水单独进行处理达标排放,其他低浓度含油废水经过处理达标,再经过适度处理结合水质稳定剂的配伍性试验,可以作为循环冷却水系统的补充水等。(3)提高循环水的处理水平,减少排污和新鲜水补充量。目前,石油化工企业成功应用的提高循环水浓缩倍数的措施有提高温差、减少系统保有水量、强化旁滤、开发适合水质的稳定剂和杀菌剂、配备在线水质监测和自动加药设施、减少系统泄漏等,有的企业循环水浓缩倍数已达到5倍以上。根据计算,循环水浓缩倍数由3提高到5,可以减少新鲜水补充量15%以上,排污量可以减少60%以上。(4)对废水进行深度处理,从而更大程度地将处理后的出水回用于生产系统,提高工业水的利用效率。目前石油化工企业已经采用了达标废水适度处理回用技术,对优质的达标废水进行过滤、杀菌后回用于循环水系统做补充水。一般的达标废水经过强化生物处理,如膜生物反应器(MBR)、曝气生物滤池(BAF)或生物活性炭,再经过过滤、杀菌作为循环水补充水。对于硬度较高的废水采用除硬除钙技术,如采用北京某公司研制的三法一体化除硬技术。对于含盐较高的废水,也有尝试采用电渗析或超滤—反渗透技术进行处理回用的实例