1、 O desenvolvimento da indústria química do carvão na China
O processo químico do carvão é o processo industrial de conversão de carvão em gás, líquido e produtos sólidos ou produtos semiacabados, e então processá-los em produtos químicos e energéticos. Incluindo coqueificação, gaseificação de carvão, liquefação de carvão, etc.
Coqueificação é o método mais antigo e ainda o mais importante em vários processamentos químicos de carvão. Seu principal propósito é produzir coque metalúrgico, enquanto produz subprodutos como gás de carvão e hidrocarbonetos aromáticos como benzeno, tolueno, xileno, naftaleno, etc.
A gaseificação do carvão também desempenha um papel importante na indústria química do carvão, usada para a produção de gás urbano e vários gases combustíveis (amplamente usados em indústrias como máquinas e materiais de construção). É uma fonte de energia limpa que é propícia para melhorar os padrões de vida das pessoas e a proteção ambiental; Também é usada na produção de gás de síntese (como matéria-prima para a síntese de amônia, metanol, etc.) e é uma matéria-prima para a síntese de vários produtos, como combustíveis líquidos.
A liquefação direta de carvão, também conhecida como liquefação de hidrogenação de alta pressão de carvão, pode produzir petróleo artificial e produtos químicos. Em tempos de escassez de petróleo, os produtos de liquefação de carvão podem substituir o óleo natural atual.
As características da dotação energética da China são "falta de petróleo e gás, recursos de carvão relativamente abundantes" e preços de carvão relativamente baixos. A indústria química de carvão na China está enfrentando enorme demanda de mercado e oportunidades de desenvolvimento.
A nova indústria química de carvão desempenhará um papel importante na utilização sustentável de energia na China e é uma importante direção de desenvolvimento para os próximos 20 anos. Isso é de grande importância para a China reduzir a poluição ambiental causada pela combustão de carvão, reduzir a dependência de petróleo importado e garantir a segurança energética.
A nova indústria química de carvão produz principalmente energia limpa e produtos que podem substituir produtos petroquímicos, como gás natural, diesel, gasolina, querosene de aviação, gás liquefeito de petróleo, matérias-primas de etileno, matérias-primas de polipropileno, combustíveis alternativos (metanol, éter dimetílico), etc. Quando combinada com tecnologias energéticas e químicas, pode formar uma indústria emergente de integração química de energia de carvão.
Atualmente, novos projetos químicos de carvão na China estão se desenvolvendo e florescendo rapidamente em todos os lugares. Somente em Xinjiang, há 14 projetos de carvão para gás natural em construção ou planejados. De acordo com estatísticas incompletas, a capacidade de produção em construção e planejada de carvão para olefina na China atingiu 28 milhões de toneladas, carvão para óleo atingiu 40 milhões de toneladas, carvão para gás natural se aproximou de 150 bilhões de metros cúbicos e carvão para etilenoglicol ultrapassou 5 milhões de toneladas. Depois que todos esses projetos forem concluídos, a China se tornará o maior produtor mundial de nova indústria química de carvão.
2、 A importância da descarga zero de águas residuais químicas de carvão
2.1 Conservação de água
A nova indústria química de carvão consome uma quantidade enorme de água. Para projetos químicos de carvão em larga escala, o consumo de água por tonelada de produto é de mais de dez toneladas, e o consumo anual de água é geralmente tão alto quanto dezenas de milhões de metros cúbicos. O rápido desenvolvimento da indústria química de carvão desencadeou um desequilíbrio entre a oferta e a demanda de recursos hídricos regionais. Os recursos de carvão da China estão concentrados principalmente no norte e noroeste, onde os recursos hídricos são severamente escassos. Atualmente, disputas de direitos de água surgiram nessas áreas. Se essa situação continuar a se desenvolver, afetará o desenvolvimento normal da indústria e da agricultura locais, e também trará muitos problemas sociais.
A descarga zero de águas residuais químicas de carvão e a reutilização máxima de águas residuais podem economizar recursos hídricos e aliviar a grave escassez de recursos hídricos.
2.2 Proteger o ambiente ecológico e evitar a poluição das águas e das águas subterrâneas
As empresas químicas de carvão consomem uma grande quantidade de água, e as águas residuais que elas descarregam vêm principalmente de processos como coqueificação de carvão, purificação de gás e reciclagem e refino de produtos químicos. Esse tipo de água residual tem um grande volume e qualidade de água complexa, contendo uma grande quantidade de poluentes orgânicos, como fenóis, enxofre e amônia, bem como poluentes tóxicos, como bifenil, piridina indol e quinolina, que são altamente tóxicos. Em áreas com recursos abundantes de carvão, como a região de Yili em Xinjiang, Ningxia, Mongólia Interior e outras bases químicas de carvão, a implementação de emissões zero pode proteger efetivamente o ambiente ecológico e evitar a poluição da água e das águas subterrâneas.
2.3 Significado das Emissões Zero
Emissões zero "refere-se ao tratamento de águas residuais de produção, esgoto e águas residuais limpas geradas durante a indústria química de carvão, todas as quais são reutilizadas sem descarregar águas residuais para o mundo exterior, conhecido como" emissões zero ". Para os projetos químicos de carvão atualmente em construção ou planejados na região noroeste, "emissões zero" são particularmente importantes, o que não apenas resolve alguns problemas de recursos hídricos, mas também não causa poluição e danos ao meio ambiente e ecologia locais.
3、 Características das águas residuais da gaseificação do carvão
Fonte e características das águas residuais de gaseificação: durante a gaseificação do carvão, algum nitrogênio, enxofre, cloro e metais contidos no carvão são parcialmente convertidos em amônia, cianeto e compostos metálicos durante a gaseificação; O monóxido de carbono reage com o vapor de água para produzir uma pequena quantidade de ácido fórmico, que então reage com a amônia para produzir amônia de ácido fórmico. A maioria dessas substâncias nocivas é dissolvida na água de lavagem, água de lavagem de gás, água separada após a separação do vapor e drenagem do tanque durante o processo de gaseificação, e algumas são ventiladas durante a limpeza da tubulação do equipamento.
Para a tecnologia de gaseificação de carvão, existem atualmente três tipos principais: leito fixo, leito fluidizado e leito fluidizado; Para os tipos de fornalhas, existem vários tipos, como fornalhas de gaseificação de intervalo de leito fixo, fornalhas de fusão de cinzas, fornalhas Texaco e fornalhas Ende. A qualidade da água de drenagem dos processos de gaseificação de leito fixo, leito fluidizado e leito fluidizado é mostrada na tabela a seguir:
4、 Tecnologia de tratamento de águas residuais por gaseificação de carvão
4.1 Qualidade da água do efluente da gaseificação de carvão após recuperação de fenol amoníaco
As águas residuais geradas pelos três processos de gaseificação têm um alto teor de amônia; O teor de fenol produzido pelo processo de leito fixo é alto, enquanto os outros dois são relativamente baixos; O processo de leito fixo tem um alto teor de alcatrão, enquanto os outros dois têm um teor de alcatrão menor; Os compostos de ácido fórmico produzidos no processo do forno de fluxo de gás são relativamente altos, enquanto os outros dois processos não produzem muito; O cianeto é produzido em todos os três processos; O processo de leito fixo produz o DQO mais poluente orgânico e causa a poluição mais severa, enquanto os outros dois processos têm menos poluição.
As águas residuais dos três processos acima não podem ser submetidas diretamente ao tratamento bioquímico sem pré-tratamento, especialmente com alto teor de amônia e alto teor de fenol no forno Lurgi.
Para as águas residuais do forno Lurgi, um dispositivo de recuperação de fenol amônia é necessário para pré-tratamento e recuperação; As águas residuais de gaseificação de leito fluidizado e processos de leito fluidizado requerem pré-tratamento de recuperação de amônia. A qualidade da água de cada água residual após o pré-tratamento é a seguinte:
4.2 Gaseificação de carvão (processo de leito fixo) processo de tratamento bioquímico de águas residuais
A concentração de CODcr de efluentes de gaseificação de processo de leito fixo é alta, pertence a efluentes orgânicos e contém uma grande quantidade de nitrogênio amoniacal e fenol. Tem uma certa cromaticidade e as seguintes características:
(1) A concentração de matéria orgânica no esgoto é alta, com um valor B/C de cerca de 0,33, e a tecnologia de tratamento bioquímico pode ser usada.
(2) As águas residuais contêm compostos orgânicos recalcitrantes, como monofenóis, polifenóis e outras substâncias contendo anéis de benzeno e heterociclos, que têm certa toxicidade biológica. Essas substâncias são difíceis de decompor em ambientes aeróbicos e requerem abertura de anel e degradação em ambientes anaeróbicos/facultativos.
(3) A concentração de nitrogênio amoniacal no esgoto é alta, dificultando o tratamento. Portanto, é necessário usar processos de tratamento com fortes capacidades de nitrificação e desnitrificação. Tecnologia de tratamento de águas residuais de gaseificação de carvão
(4) As águas residuais contêm óleo flutuante, óleo disperso, óleo emulsionado e substâncias de óleo dissolvido, com os principais componentes do óleo dissolvido sendo compostos aromáticos, como fenóis. O óleo emulsionado precisa ser removido por flotação de ar, enquanto as substâncias fenólicas solúveis precisam ser removidas por métodos bioquímicos e de adsorção.
(5) Contendo substâncias inibidoras tóxicas, como fenóis, polifenóis e nitrogênio amoniacal em águas residuais, é necessário melhorar a capacidade antitoxicidade dos microrganismos por meio da domesticação e selecionar processos apropriados para aumentar a resistência ao impacto do sistema.
(6) O impacto da descarga anormal de esgoto, quando há problemas no processo de produção, pode levar à descarga de alta concentração de poluentes em esgoto anormal, que não pode entrar diretamente no sistema de tratamento bioquímico e requer medidas como regulamentação de acidentes.
(7) O efluente apresenta alta cromaticidade e contém algumas substâncias com grupos de desenvolvimento de cor.
Portanto, para garantir a qualidade do efluente do tratamento de águas residuais do processo, um processo de tratamento bioquímico com foco principal na remoção de CODcr, BOD5, nitrogênio amoniacal, etc. (considerando principalmente nitrificação e desnitrificação) é selecionado para as águas residuais do processo, um processo de pré-tratamento com o objetivo principal de remoção de óleo e descoloração é selecionado, e um processo de aprimoramento pós-tratamento com foco principal no tratamento físico-químico é selecionado. O processo adotado é o seguinte:
4.3 Processo de tratamento bioquímico para águas residuais de gaseificação (leito fluidizado e leito fluidizado)
As águas residuais geradas por leito fluidizado e processos de leito fluidizado têm baixa DQO e boas propriedades bioquímicas (especialmente as águas residuais geradas por processos de leito fluidizado). A principal característica dessas águas residuais é o alto teor de nitrogênio amoniacal, e processos de tratamento com bons efeitos de nitrificação e desnitrificação devem ser selecionados.
No entanto, o tratamento bioquímico remove apenas poluentes orgânicos, óleo, amônia, fenóis, cianetos, etc. das águas residuais, e não pode remover sais das águas residuais.
5、 Descarga zero de águas residuais de gaseificação de carvão
5.1 Classificação da Drenagem Química do Carvão
A drenagem da indústria química de carvão na produção inclui: águas residuais de produção, águas residuais domésticas, esgoto limpo, águas pluviais iniciais, etc. As principais águas residuais de produção são águas residuais de gaseificação; As águas residuais limpas vêm principalmente da descarga de água circulante e da água salgada concentrada descarregada de estações de dessalinização; A água da chuva inicial é coletada principalmente nos primeiros dez minutos de áreas contaminadas.
As maiores quantidades de água na drenagem acima mencionada são águas residuais limpas e águas residuais de produção. Geralmente, considera-se coletar águas residuais limpas separadamente de águas residuais de produção, águas residuais domésticas, águas pluviais iniciais, etc., que são divididas em duas categorias: água limpa e esgoto.
5.2 Reutilização de esgoto
O processo de produção química de carvão requer uma grande quantidade de água circulante, e a escala da estação de água circulante é geralmente grande, exigindo uma grande quantidade de água suplementar. Ao considerar a reutilização de águas residuais limpas e efluentes de tratamento de esgoto, geralmente é considerado reutilizá-la como água suplementar para estações de água circulante.
Embora o efluente da estação de tratamento de esgoto remova uma grande quantidade de poluentes orgânicos, amônia, fenóis e outras substâncias, seu teor de sal não diminuiu. O teor de sal em águas residuais limpas e água salgada concentrada de estações de dessalinização é geralmente 4-5 vezes maior do que o da água bruta. Portanto, para reutilizar o esgoto, é necessário o tratamento de dessalinização, caso contrário, o sal circulará e se acumulará no sistema.
5.3 Tipos de processos de reutilização de água recuperada
Atualmente, os processos de dessalinização de água aplicados na China incluem dessalinização química (ou seja, dessalinização por troca iônica), tecnologia de separação por membrana, tratamento de água por dessalinização e processos de dessalinização que combinam métodos de membrana e troca iônica.
(1) Processo de dessalinização por troca iônica
A tecnologia de tratamento de água por troca iônica é bastante madura e adequada para aplicações com baixo teor de sal na água. No entanto, ao tratar água com alto teor de cloreto, alto teor de sal, alta dureza, água salobra e água do mar, essa tecnologia tem as desvantagens de consumir uma grande quantidade de ácido e álcali durante a regeneração da resina e poluir o ambiente com seu líquido descarregado.
(2) Processo de dessalinização por membrana
Com o progresso da pesquisa de membrana, a tecnologia de separação de membrana se desenvolveu rapidamente, e o campo de uso de membrana está se tornando cada vez mais extenso. Tornou-se uma alta tecnologia industrializada, com as vantagens de fácil operação, equipamento compacto, ambiente de trabalho seguro, economia de energia e economia química. Seu principal processo de separação é a tecnologia de osmose reversa, e as tecnologias de ultrafiltração e filtragem fina são usadas como processos de pré-tratamento para osmose reversa. Pode ser combinado em vários processos com base nas diferentes qualidades de água da água bruta.
(3) Processo de dessalinização combinando método de membrana e método de troca iônica
O sistema de dessalinização composto pelo método de membrana de osmose reversa e método de troca iônica é atualmente um sistema de tratamento de água de dessalinização amplamente utilizado. Neste sistema, a osmose reversa serve como um sistema de pré-desalinização para troca iônica, removendo mais de 95% do sal e a vasta maioria de outras impurezas, como colóides, matéria orgânica, bactérias, etc. da água bruta; O sal restante na água produzida por osmose reversa é removido por meio de sistemas de troca iônica subsequentes.
5.4 Seleção do Processo de Reuso de Águas Residuais
A água misturada de estações de tratamento de esgoto e águas residuais limpas é reutilizada, com um volume de água geralmente grande e um baixo teor de sal entre 1000-3000mg/L. Se o método de destilação for usado diretamente, ele requer uma grande quantidade de fonte de calor e desperdiça energia, o que não é adequado. Devido à presença de certos poluentes orgânicos em águas residuais, o uso de resina de troca iônica pode obstruir a resina. Além disso, como os requisitos de qualidade da água para água reciclada não são altos, a troca iônica não é adequada; Com a melhoria da tecnologia de separação por membrana e dos processos de produção de membrana, a vida útil das membranas está aumentando constantemente e o preço de uso está diminuindo constantemente. O uso de membranas está se tornando cada vez mais popular. Recomenda-se priorizar o uso de métodos de membrana dupla (ultrafiltração + osmose reversa) no processo principal de reutilização de águas residuais e pré-tratar as águas residuais de acordo com as diferentes características da qualidade da água para atender às condições para o uso de membranas duplas.
5.5 Concentração de membrana de água salgada concentrada
Muitas empresas, tanto nacionais quanto internacionais, estão pesquisando a reconcentração de membrana de água salgada concentrada produzida pelo método de membrana dupla para atingir um teor de sal de 60.000 a 80.000 mg/L. Isso visa aumentar o teor de sal em águas residuais o máximo possível, reduzir a escala de evaporadores subsequentes, diminuir o investimento e economizar energia.
Os processos comumente usados internacionalmente incluem o processo de concentração de membrana HERO da Aquatech, o processo de concentração de membrana de nanofiltração da GE, o processo de concentração de membrana OPUS da Veolia e o processo de concentração de membrana vibratória da Maiwang. O processo acima obteve sucesso na concentração de sal no exterior. Algumas empresas nacionais também estão pesquisando processos de concentração de membrana, mas atualmente não há realizações ou exemplos de engenharia de seu uso.
5.6 Evaporação
Após atingir uma concentração de sal de 60000 a 80000 mg/L em água salina concentrada, a evaporação é realizada. Em países estrangeiros, o processo de evaporação para águas residuais geralmente adota a "tecnologia de evaporação de recirculação de compressão de vapor mecânico de película descendente", que atualmente é a solução técnica mais confiável e eficaz para tratar águas residuais com alto teor de sal no mundo. Ao usar a tecnologia de evaporação de recirculação de compressão mecânica para tratar águas residuais, a energia térmica necessária para evaporar águas residuais é fornecida principalmente pela energia térmica liberada ou trocada durante a condensação de vapor e resfriamento do condensado. Durante a operação, não há perda de calor latente. A única energia consumida durante a operação é a bomba de água, o compressor de vapor e o sistema de controle que acionam a circulação e o fluxo de águas residuais, vapor e condensado no evaporador.
Ao usar vapor como energia térmica, 554 kcal de energia térmica são necessárias para evaporar cada quilo de água. Ao usar a tecnologia de evaporação por compressão mecânica, o consumo típico de energia para tratar uma tonelada de águas residuais salinas é de 20 a 30 kWh de eletricidade, o que significa que apenas 28 kcal ou menos de energia térmica são necessárias para evaporar um quilo de água. A eficiência de um único evaporador de compressão mecânica é teoricamente equivalente à de um sistema de evaporação multiefeito de 20 efeitos. Adotar a tecnologia de evaporação multiefeito pode melhorar a eficiência, mas aumenta o investimento em equipamentos e a complexidade operacional. Os evaporadores geralmente podem aumentar o teor de sal nas águas residuais para mais de 20%. Normalmente enviado para uma lagoa de evaporação para evaporação natural e cristalização; Alternativamente, pode ser enviado para um cristalizador para cristalização e secagem em um sólido e, em seguida, enviado para descarte.
6、 Introdução aos casos de projetos nacionais de emissão zero
Projeto de carvão para gás natural de 2 bilhões de metros cúbicos da Yili Xintian
Ø Projeto de fertilizantes Tuke Fase I da Ordos Energy and Chemical Co., Ltd., de carvão médio, com uma produção anual de 1 milhão de toneladas de amônia sintética e 1,75 milhão de toneladas de ureia
Ø China Power Investment Corporation Yinan 3 × 2 bilhões de Nm 3/a Projeto de carvão para gás natural Fase I Projeto de 2 bilhões de Nm 3/a
Projeto de Liquefação Direta de Carvão Shenhua
Desempenho do projeto de emissão zero
6.1 Yili Xintian Produção Anual 2 bilhões de metros cúbicos Projeto de Carvão para Gás Natural (Contratação Geral)
Ø Processo de gaseificação: Tecnologia de gaseificação de leito fixo pressurizado de carvão triturado (forno Luqi)
Ø Produto do Projeto: Produção anual de 2 bilhões de Nm 3 de gás natural
Ø Conteúdo do sistema de tratamento de esgoto:
Estação de tratamento de esgoto: 1200m3/h
Reutilização de águas residuais:
① Unidade de reutilização de águas residuais bioquímicas: 1200m3/h
② Unidade de reutilização de águas residuais contendo sal: 1200m3/h
③ Unidade de evaporação multiefeito: 300m3/h
6.2 Projeto de fertilizantes Tuke (EPC) de carvão médio Ordos Energy and Chemical Co., Ltd
Ø Processo de gaseificação: Tecnologia de gaseificação sob pressão para escória de carvão britada (BGL)
Ø Produtos do projeto: 1 milhão de toneladas/ano de amônia sintética e 1,75 milhão de toneladas/ano de ureia
Ø Conteúdo do sistema de tratamento de esgoto:
Estação de tratamento de águas residuais: 360m3/h
Dispositivo de tratamento de água recuperada: 1200m3/h
Dispositivo de tratamento de água salgada concentrada: 200m3/h
Tecnologia de processamento:
Fluxo do processo de tratamento de esgoto
6.3 China Power Investment Corporation Yinan 3 × 2 bilhões de Nm 3/a Projeto de carvão para gás natural Fase I Projeto de 2 bilhões de Nm 3/a (Projeto geral + Projeto básico)
Processo de gaseificação: Tecnologia de gaseificação em leito fluidizado com oxigênio puro (forno GSP)
Ø Produto do Projeto: Produção anual de 2 bilhões de Nm 3 de gás natural
Ø Conteúdo do sistema de tratamento de esgoto:
Estação de tratamento de águas residuais: 280m3/h
Dispositivo de tratamento de água recuperada: 900m3/h
Dispositivo de tratamento de água salgada concentrada: 120m 3/h
Ø Tecnologia de processamento:
Dispositivo de tratamento de esgoto: pré-tratamento + bioquímica secundária + tratamento avançado
Dispositivo de tratamento de água recuperada: pré-tratamento + ultrafiltração + osmose reversa
Dispositivo de tratamento de água salgada concentrada: concentração de membrana + cristalização por evaporação
6.4 Projeto de Liquefação Direta de Carvão Shenhua (Carvão para Óleo)
Ø Conteúdo do sistema de tratamento de esgoto:
Seção de tratamento bioquímico: incluindo sistema de águas residuais oleosas e sistema de águas residuais de alta concentração
Seção de tratamento de sal: incluindo sistema de águas residuais contendo sal, sistema de águas residuais de preparação de catalisador, sistema de tratamento de concentrado de evaporador
Ø Escala de processamento:
Sistema de águas residuais oleosas: 204m3/h
Sistema de esgoto de alta concentração: 150m 3/h
Sistema de esgoto contendo sal: 286m3/h
Sistema de tratamento de águas residuais de preparação de catalisadores: 103m3/h
Sistema de tratamento de água salgada concentrada: evaporador, cristalização, área de lagoa de evaporação de cerca de 12 metros quadrados
