BDO裝置水資源的節能及資源化利用方向分析

薛 兵

（新疆藍山屯河能源有限公司，新疆 奇臺 831800）

1 BDO 裝置廢水來源

炔醛法BDO工藝是以乙炔和甲醛為原料，在乙炔銅絡合催化劑的作用下生成丁炔二醇，丁炔二醇再在鎳基催化劑的作用下加氫生成1，4-丁二醇。在炔醛法BDO工藝中，主要的廢水來源包括工藝廢水、機封沖洗水及其他廢水。

1.1 工藝廢水

在炔醛法BDO工藝中，原料甲醛含水約53%，甲醛水溶液與乙炔在BYD反應器中生成粗BYD，經過甲醛循環塔提純后約53%濃度的BYD（1，4-丁炔二醇）水溶液，BYD與氫氣在BDO反應器中加氫生成同濃度的BDO（1，4-丁二醇），濃度為53%的左右的BDO經提濃塔及精餾塔除水及雜質后成為99.5%濃度的BDO產品。在整個工藝過程中，生產1噸BDO產品，約產生1噸的工藝廢水。其中，水的來源主要包括：①原料甲醛；②BYD緩沖液；③進入工藝系統中的真空泵工作液及丁醇塔底泵機封水；④丁醇塔蒸汽冷凝水；⑤BYD系統補水。而主要的排水點主要有以下兩處：①丁醇塔釜排出的含醇廢水，約14t/h，送往污水處理站進行處理；②排往焦油罐的丁醇提濃塔頂廢液（低于丁醇沸點的醇類及水）、甲醇塔頂廢液（低于甲醇沸點的醇類及水）及真空凝液（低于BDO沸點的物質及水），約1.5t/h，送往焚燒單元焚燒處理。

1.2 機封沖洗水

在BDO裝置中，BYD系統機泵機封水因可能含有泄漏的甲醛，為防止環境污染，采用密閉循環方式，并采用水置換方式來預防甲醛的聚集。合成工段中氫氣壓縮機填料密封水、BYD進料泵機封水、精餾工段中真空泵機封水及其他BDO工段中機泵機封水均采用外排方式，外排的機泵機封水通過地溝送至污水處理站進行處理，合計外派流量約30t/h。

1.3 其他廢水

BDO裝置中其他廢水主要由催化劑活化、催化劑脫活、水洗塔用水、堿洗塔用水、水封罐用水及過濾器沖洗及地面沖洗產生，詳細如下：

（1）BYD催化劑更換時產生的含甲醛及BYD的催化劑廢水：燭式過濾器沖洗水； BYD反應器沖洗水；廢BYD催化劑壓濾廢水。

（2）含NAOH的BDO活化廢水。

（3）含NaOH及NaAlO2的BDO催化劑脫活廢水。

（4）BYD及BDO工段過濾器沖洗水（含少量甲醛、甲醇、BYD及BDO）。

（5）乙炔堿洗塔洗滌乙炔氣后產生的含NaOH廢液。

（6）BDO裝置各水封罐為保證安全水封設置的長流水。

（7）地面沖洗水。

BYD催化劑（銅系催化劑）約3個月更換一次，每次產生含BYD的催化劑廢水約200t，BDO催化劑（鎳鋁催化劑）約6個月更換一次，每次活化與脫活約產生2000t的廢水；過濾器清洗每次產生約0.6t的廢水；廢BYD催化劑壓濾每批次產生廢水每月約50t，地面沖洗水主要為日常裝置清潔產生，用量較少，在此不做使用量統計。以上廢水由于含有不同的雜質組分，而且有不同的處理要求，對于系統內回收利用有著非常大的難度。

2 工藝廢水的節能及資源化利用方向

減少工藝廢水的排放，一是利用工藝控制手段，從源頭上減少進入系統的水；二是對產生的廢水進行資源化利用，以達到減少排放的目的。具體可從以下幾個方面入手。

2.1 加強工藝參數管理，嚴格控制甲醛、緩沖液及丁醇塔蒸汽的加入

在化工企業中，工藝參數的控制和管理是一項最基本也是最重要的工作。工藝參數的設置、要求的浮動數值都會對工藝過程造成極大影響。①甲醛：炔醛法工藝要求甲醛濃度在53%左右，也就是水的濃度在45%左右。在此濃度下，既能減少甲醛中的水含量，也能防止甲醛自聚。以滿負荷下BYD反應器18.8t/h的進料考慮，若甲醛溶液中水的濃度上升1%，則每小時會多產生0.188t的工藝廢水，即每天會多產生4.512t的工藝廢水。②為控制BYD反應器中的pH值，需要在反應器中添加碳酸鈉及碳酸氫鈉的緩沖液，精準控制pH值，可避免因緩沖液添加過多造成pH上漲及過量水進入反應系統的風險，同時嚴格控制新鮮甲醛中甲酸的含量及甲醛溶液的PH也可以大幅度降低緩沖液的加入量，從而降低進入系統中的水量。③丁醇塔是炔醛法BDO工藝中唯一一個蒸汽進入塔中直接進行加熱的塔，操作人員在塔的控制過程中，如添加過量的蒸汽，一是會造成過量水進入后續工段，二是蒸汽進入塔中冷卻后形成凝液，造成能源浪費及污水外排量的增加。所以操作過程中，嚴格執行工藝參數，盡可能減少參數的浮動，可從源頭上減少水進入工藝 系統。

2.2 合理利用監測手段，減少其他系統進水

在炔醛法BDO工藝中，除因工藝原因必要添加的原料及溶液，還有部分系統進水是基于設備運轉需要及安全性能考慮的。①為防止BYD系統中甲醛聚集形成甲酸而導致的設備管道腐蝕現象，從入口洗滌塔處設置有系統補水，系統正常運行時，約0.5t/h。在保證系統安全運行的前提下，可通過分析化驗進口洗滌塔中的甲醛含量來實時調整系統補水，避免系統中水的過量加入。②精餾工段中，為維持真空泵工作液的溶解度，在真空分離罐處設置補水，流量約1.5t/h，可通過觀察真空泵運行負荷及工作液取樣結果來調整水的加入量。③由于真空泵及丁醇塔釜本身物料即為廢水，因此此處真空泵及丁醇塔釜泵機封水設計為直接進入系統，流量約1t/h，在設備運行巡檢時，可通過視鏡調整機封水的加入量，避免機封水過量。④由于各類不同原料產生的乙炔氣中雜質含量的不同，乙炔堿洗塔的濃度控制要求不同，通過對除雜后的乙炔產品氣質量監控及堿洗塔的堿液濃度監控，在保證乙炔產品氣合格的情況下，合理的降低堿液進入系統的濃度及流量，來降低含NaOH廢水的外排量。

2.3 減少焚燒焦油排水，降低能源消耗

BDO裝置需要排往焚燒單元焚燒處理的有兩種情況：一是先排至焦油罐，再由焦油罐排至焚燒單元；二是通過管線直接排往焚燒單元。焦油罐的主要物料為從薄膜蒸發器過來的粘稠焦油，在排放前需要加入適量的水，來稀釋從薄膜蒸發器過來的粘稠焦油。通常，焦油罐中的有機物含量在40%~60%，但如果過量的水加入焦油罐，則會導致焚燒單元處理過程中能源的過度消耗。真空泵系統真空冷凝液及分離罐液體原設計為在粗BDO儲罐及焦油罐間切換，我們可將此股液體盡可能地進行BDO回收，在減少排往焦油罐的水的同時，也可提高BDO的回收率。另外，在BDO裝置中，循環氫氣入口分離罐及全廠火炬分離罐中的廢液原設計為排往焚燒單元，由于其有機物含量較低，可變更為排往污水處理站，來減少焚燒單元的能源消耗。

3 機封沖洗水的節能及資源化利用方向

在BYD合成工段中，由于機泵及壓縮機物料含甲醛，為避免機封水甲醛泄漏，機封水采取密閉循環方式。同時，通過密封水槽的不斷置換來補充系統中流失的水及避免甲醛含量的升高。為避免過多的水進入系統造成的水資源浪費，在日常工藝管理中，可以通過對密封水槽的定期分析監測，這個頻次可以是1天、3天或者1周1次，通過分析結果可以發現動設備機封是否存在泄漏，判斷置換用脫鹽水是否過量。

BDO裝置中其他機泵及壓縮機的機封水，共計約32組，原設計則采用就地排放的方式，這樣每小時約25t的水通過地溝進入了污水處理站，既造成了水資源的浪費，也增加了BDO的生產成本?？梢酝ㄟ^采取與BYD合成工段機泵機封水同樣的方式，采取機封水回收循環利用的方式來減少機封水的排放。

另外，機泵或壓縮機通常都采用一開一備的方式。在以往的運行經驗中，大部分工廠備機的機封水通常都是一直投用的，尤其是冬天。為避免機封水管凍結，采取長流水方式。只要機封水投用，不可避免地會產生水資源的浪費。在機泵或壓縮機處于停止狀態下時，我們可以停止機封水的投用，在冬天為防止機封水管線凍結，可以在機封水停用時，用壓縮空氣吹干機封水管中殘存的脫鹽水，起到防凍的目的，這樣也可以節約一部分水資源。

BYD進料泵由于其工藝系統壓力較高，密封填料的故障率也非常高。由于工藝介質操作壓力大于填料沖洗水的壓力，在日常生產當填料出現磨損時，頻繁出現填料水夾帶BYD溶液的情況。由于此沖洗水設計就地排放，這些高COD的廢水會通過地管送至污水處理站，增加污水的處理難度，所以BYD進料泵的日常維護非常重要，通過長時間的測試發現，2臺泵同時半負荷運行的情況下填料綜合壽命要大于1臺泵滿負荷狀態下的運行壽命。同時，在進行BYD進料泵維修時要選擇質量好運行周期長的備品備件，保證BYD進料泵的長周期穩定運行。

4 其他廢水的節能及資源化利用方向

在炔醛法BDO工藝中，除正常工藝系統排水外，在催化劑更換及過濾器清洗時也會產生大量的廢水排放。BDO催化劑活化時產生的廢水，由于含有金屬離子且屬于堿性液體，不僅處理難度大，產生量也大，對污水系統的影響也大，所以在日常生產中控制此部分的水用量非常有意義。在催化劑活化過程中，大約每小時使用150t的水，其中NaOH濃度大概0.5%~2.5%左右。根據催化劑的特性需要活化8~10h。若延遲1h完成催化劑的活化，就會多排放約150t的廢水。故合理的控制催化劑活化的條件及活化速率，在規定時間內完成催化劑的活化工作，對降低裝置廢水外排量非常 重要。

BDO催化劑脫活廢水由于其含有重金屬離子，并含有較高的COD，在進行污水處理時同樣難度很大。在進行加氫反應器停車排液時，可以首先使用間歇置換排液的方式將高COD的沖洗水回收進入系統，沖洗2~3遍后根據置換后溶液的COD含量確認是否繼續置換；在進行脫活過程中，在保證雷尼鎳催化劑的脫活效果的同時，可以減小脫活時間來降低廢液中重金屬的含量及污水的外排量。

BYD催化劑廢水中含有少量的銅系催化劑顆粒、少量的甲醛及較高的COD，不僅產生量大，而且處理難度及對污水系統的沖擊都比較大，其主要的節能機會點可從如下方面考慮：①BYD廢催化劑壓濾改造，在BDO裝置原設計中BYD廢催化劑壓濾后，催化劑廢水直接排往污水處理站，由于BYD催化劑廢水中含有對生化系統影響較大的甲醛、銅離子和BYD等有害物質，此部分廢水進入污水系統，對污水系統及出水水質都有較大影響，我們可以考慮在催化劑壓濾系統中選擇經濟適用的BYD催化劑壓濾廢水澄清設備，來降低BYD催化劑壓濾過程中產生的廢水量。②BYD催化劑更換時，為清洗濾布，一般做法是在反應器中加入沒過濾芯的水，利用反吹來清洗濾布上殘留的BYD催化劑。為在充分清理濾布上催化劑的前提下，盡可能地減少BYD催化劑廢水的產生，可以在安裝濾布時標記濾芯頂部在反應器液位的位置，這樣只要加入剛好沒過濾芯的水即可。③BYD工段粗過濾器、精過濾器及粗BYD過濾器均為集束式過濾器，在清洗過濾器時，可以多加水置換至集液槽，集液槽中的液體通過回收進入系統，不僅可以起到回收BYD及甲醛的目的，還可以減少含BYD、甲醛廢水的排放。④根據國家危險廢棄物名錄，BYD廢催化劑為危廢，需要委托有資質的單位進行處理。為防止廢催化劑出現自燃，需要將BYD廢催化劑保持在濕潤狀態下，在裝桶時可以用BYD催化劑廢水代替脫鹽水，以減少水資源的浪費。

5 污水處理站廢水的資源化利用

BDO裝置除小部分含水廢液去往焚燒單元焚燒處理外，其他絕大部分廢水都排往本廠的污水處理站。經處理后的污水可達到污水綜合排放標準，大部分通過回用水站處理后送循環水站作為補充水，小部分排入當地污水管網。為提高廢水的資源化利用，在運行過程中，可以盡可能地提高回用水站的回用水率，盡可能將處理后的污水作為循環水站補水及工廠內其他用水使用，減少外排量。

6 結語

在炔醛法BDO工藝裝置中，利用工藝控制及分析檢測等手段，可以有效減少廢水的產生；利用技術改造及工藝變更等方法，可以實現部分廢水的資源化利用，起到節能及降低生產成本的目的。