CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀

CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀

????煤氣化廢水是在煤氣化過(guò)程中，由于冷卻、洗滌和凈化等工藝中產(chǎn)生的。其水質(zhì)組成十分復(fù)雜、多元酚含量高、水量大、生化處理困難。目前工業(yè)上通常采用萃取分離技術(shù)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，在回收廢水中大部分酚類物質(zhì)后，再進(jìn)一步生化處理，實(shí)現(xiàn)最終排放。

????本論文以某煤氣化廠產(chǎn)生的煤氣化廢水為研究對(duì)象。針對(duì)煤氣化廢水的特點(diǎn)，在比較了二異丙醚、甲基異丁基酮和MTBE這幾種萃取劑的萃取性能、溶劑回收能耗和經(jīng)濟(jì)性等因素后，最終選定MTBE作為萃取劑回收其中的酚類物質(zhì)。并對(duì)萃取溫度、pH值等影響萃取脫酚效果的因素進(jìn)行了研究。從而確定了較好的萃取工藝條件為:萃取溫度T=40-50℃?, ?pH=7-8。在合適的萃取工藝條件下，本文做了煤氣化廢水三級(jí)錯(cuò)流萃取實(shí)驗(yàn)，確定了較為合適的油水相比為R=1:3-1:4 。

????為了給煤氣化廢水萃取脫酚流程模擬和設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文分別測(cè)定了三元物系MTBE-苯酚-水、MTBE-對(duì)苯二酚-水和四元物系MTBE-苯酚-對(duì)苯二酚-水的液液相平衡數(shù)據(jù)，并用活度系數(shù)模型NRTL和UNIQUAC對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，得到了這兩個(gè)模型的二元交互參數(shù)。計(jì)算兩個(gè)模型計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值之間的均方根偏差，結(jié)果表明，偏差較小，兩個(gè)模型的預(yù)測(cè)精度高。（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

最后，本論文對(duì)建立的煤氣化廢水萃取脫酚工藝流程進(jìn)行了模擬和計(jì)算，并對(duì)流程中各個(gè)單元的操作參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。由煤氣化廢水萃取脫酚全流程模擬的結(jié)果可知，處理量為1 50t/hr的煤氣化廢水，在常壓、40℃和本論文確定的操作條件處理后，總酚濃度可由原來(lái)的12700 mg/L ,降低到300 mg/L以下。全流程模擬中所確定的萃取脫酚單元、溶劑回收單元和溶劑氣提單元的操作參數(shù)，為煤氣化廢水萃取脫酚流程的設(shè)計(jì)和工業(yè)化提供參考。（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

1煤氣化含酚廢水的來(lái)源和危害

????煤炭是中國(guó)的主要能源，也是許多重要化工產(chǎn)品的主要原料。在中國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭約占總能源的70%左右。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，近年來(lái)能源、化工產(chǎn)品的需求也出現(xiàn)較高的增長(zhǎng)速度，煤化工在我國(guó)能源、化工領(lǐng)域中占有著重要的地位。從資源、能源環(huán)境、國(guó)家安全以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看，煤炭資源的合理利用將是本世紀(jì)中國(guó)所面臨的一個(gè)重要課題。中國(guó)煤化工的發(fā)展對(duì)發(fā)揮豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)充國(guó)內(nèi)油、氣資源不足，保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

????目前，我國(guó)煤炭的利用仍以直接燃燒為主，煤的燃燒過(guò)程中將大量有害氣體(CO2,CO, ?H2S, NOx )和粉塵排入大氣，造成大氣環(huán)境污染，形成酸雨和溫室效應(yīng)，已成為世界關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。而天然氣相對(duì)煤炭不僅潔凈且利用方便，另外天然氣利用排放的CO2僅是煤炭利用的一半。而據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2015年，我國(guó)天然氣需求量將達(dá)2000億立方米至2200億立方米，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)量只有1200億立方米至1600億立方米，供需缺口為600億立方米至800億立方米，對(duì)外依存度將達(dá)30%至35%。因此，煤制合成天然氣作為液化石油氣和天然氣的替代和補(bǔ)充，對(duì)于緩解國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)短缺，保障我國(guó)能源安全具有重要的意義.（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

????煤氣化是煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤制氣、合成氨、煤發(fā)電等工業(yè)過(guò)程中。煤氣化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是以氧氣、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將難以加工處理、難以脫除無(wú)用組分的固體煤，轉(zhuǎn)化為易于凈化、易于利用的過(guò)程。然而在該工藝中，煤氣在氣化爐出口處需要用循環(huán)冷卻水噴淋冷卻，同時(shí)把煤氣攜帶的有機(jī)雜質(zhì)、未分解的氣化劑、焦油和煤氣灰份洗滌下來(lái)，從而產(chǎn)生大量的煤氣化廢水。該廢水水量大、成分復(fù)雜，外觀呈褐色，偏中堿性，有濃烈的酚氨臭味，主要有酚、氨、二氧化碳、硫化氫、脂肪酸、焦油及粉塵顆粒等。

????煤氣化含酚廢水中含有高濃度的酚類物質(zhì)。酚是一種原型質(zhì)毒物，對(duì)各種生物個(gè)體都有毒害作用。它可通過(guò)眼睛或皮膚接觸而快速吸收或經(jīng)口腔浸入生物體內(nèi)，對(duì)人體的肝臟、腎、肺和血管等造成危害。過(guò)度暴露于含酚的環(huán)境中會(huì)引起昏迷、抽搐、黃萎病及死亡。人體攝入1g苯酚可致死。人類長(zhǎng)期飲用被酚類物質(zhì)污染的水源，會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，出現(xiàn)頭痛、頭暈、疲勞、失眠、耳鳴、貧血及記憶力衰退等癥狀。而且酚類物質(zhì)對(duì)水體水源、水生生物、農(nóng)作物也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，工業(yè)含酚廢水的治理是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的問(wèn)題之一，各國(guó)對(duì)工業(yè)含酚廢水的排放制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。酚類物質(zhì)一直被美國(guó)環(huán)保局和歐盟列為優(yōu)先控制污染物之一。在我國(guó)，環(huán)保法規(guī)規(guī)定工業(yè)污水的揮發(fā)酚一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)為0.5mg/L;生活飲用水的揮發(fā)酚含量須小于0.002mg/L。因此，含酚廢水的處理對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有重要的意義。

煤氣化廢水水質(zhì)極為復(fù)雜，不但含有單元酚，還有多元酚，且pH值高，造成許多煤氣化廠的酚脫除的效果不理想，經(jīng)過(guò)處理后污水中的酚濃度還相當(dāng)高，無(wú)法滿足國(guó)家含酚廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。以某新能源有限公司為例，該公司在煤制氣過(guò)程中，生產(chǎn)的煤氣化廢水為每小時(shí)150噸。這些廢水的污染負(fù)荷非常高，其中總酚濃度12700mg/L，揮發(fā)酚濃度8450mg/L?，F(xiàn)有的萃取劑無(wú)法將水中酚濃度降到生化所要求的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致外排的污水達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。本課題就是在這樣的工業(yè)背景下產(chǎn)生的。（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

2煤氣化含酚廢水處理現(xiàn)狀

????對(duì)于含酚廢水的治理，國(guó)內(nèi)外做了大量的研究工作，并且已經(jīng)研究出許多種脫酚的工藝方法，比如吸附法,蒸汽脫酚法、電解法、焚燒法、液膜法等。但是，由于煤氣化廢水組成十分復(fù)雜，處理量較大，且這些方法都存在一定的局限性，因而不能有效的對(duì)廢水進(jìn)行處理。目前在煤氣化廢水處理廠，采用的主要方法是溶劑萃取和生化處理相結(jié)合的方式進(jìn)行處理。煤氣化廢水首先經(jīng)過(guò)溶劑萃取，此時(shí)，大部分的酚類物質(zhì)被除去，總酚濃度降到大約300mg/L左右之后，再經(jīng)過(guò)生化處理最終凈化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)之后排放。下面主要介紹溶劑萃取法和生化處理法。

????(1)溶劑萃取法

????溶劑萃取又稱液一液萃取，其原理是通過(guò)向廢水中加入一種與其不互溶的萃取劑，利用酚在萃取劑中的溶解度大于在水中的溶解度的特性，使酚類物質(zhì)從廢水中轉(zhuǎn)移至萃取劑中，從而實(shí)現(xiàn)酚的脫除。其中，萃取劑可以通過(guò)精餾和堿洗反萃取等方式回收后循環(huán)使用。溶劑萃取法由于具有處理能力大、選擇性好、節(jié)約能耗、操作簡(jiǎn)單和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且可以有效回收廢水中的酚類物質(zhì)，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)和自動(dòng)控制，因而在含酚廢水的處理中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于溶劑萃取工藝，萃取劑的選擇十分重要。目前，煤氣化廠普遍使用的萃取劑有焦油洗油、重苯溶劑油、粗苯、苯乙酮、煤油、醋酸乙酷、異丙醚、磷酸三甲酚等。

????溶劑萃取一般分為物理萃取和化學(xué)萃取兩大類。物理萃取是基本不涉及化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)傳遞過(guò)程，它利用溶質(zhì)在兩種互不相容的液相中不同的分配系數(shù)將其分離開(kāi)來(lái)。依據(jù)“相似相溶”原理，在不形成化合物的條件下，溶質(zhì)與溶劑的分子大小組成結(jié)構(gòu)愈相似，它們之間的相互溶解度就愈大。物理萃取過(guò)程一般適合于回收和處理親油性較強(qiáng)的溶質(zhì)體系。

????與物理萃取方法不同，對(duì)于伴有化學(xué)反應(yīng)，即溶劑與溶質(zhì)之間存在化學(xué)作用的過(guò)程稱為化學(xué)萃取。20世紀(jì)80年代初，King等提出了一種基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的分離方法

??(簡(jiǎn)稱絡(luò)合萃取法)。該方法是屬于伴有化學(xué)反應(yīng)的萃取過(guò)程，對(duì)于極性有機(jī)物稀溶液的分離具有高效性和高選擇性。在基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的萃取工藝中，溶液中的待分離組分與含有絡(luò)合劑的萃取溶劑接觸，絡(luò)合劑與待分離的溶質(zhì)結(jié)合形成絡(luò)合物，并轉(zhuǎn)移到萃取相內(nèi)，從而達(dá)到分離的目的。然后在進(jìn)行逆向反應(yīng)，使萃取劑再生和溶質(zhì)回收。常用的絡(luò)合萃取劑有三辛胺、磷酸三丁酷和QH混合型絡(luò)合萃取劑等。近年來(lái)，絡(luò)合萃取法的研究工作，已經(jīng)成為化工分離技術(shù)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。（CWL-M高效萃取設(shè)備處理煤氣化含酚廢水的現(xiàn)狀）

????(2)生化處理法

????生化處理法是目前應(yīng)用比較普遍的含酚廢水處理技術(shù)。其原理是利用微生物新陳代謝的作用，將廢水中的酚類物質(zhì)降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)。生化處理法具