[发明专利]一种乙醇脱水制取乙烯工艺废水的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇脱水制取乙烯工艺废水的处理方法。

背景技术

乙烯是重要的基本有机化工产品。近年来，随着原油价格暴涨，裂解法乙烯的生产成本急剧上升，而生物质乙醇生产技术的突破，有望使乙醇价格大幅下降，因此乙醇脱水制乙烯技术越来越受到重视。同裂解法制乙烯相比，乙醇脱水制乙烯技术有自身的优势：装置投资小，建设周期短，收益快，产品纯度高。因此从远期看，乙醇将成为支撑以乙烯为原料的石化工业的基础原料。

乙醇脱水反应属于酸催化的脱水反应，采用液体酸和固体酸催化剂能降低反应的活化能，加快反应进行。控制不同的反应温度范围，反应选择性不同，一般粗产品会含有乙醇、乙醚、乙醛等副产物。乙醇脱水制乙烯工业技术路线按采用的反应器类型划分成固定床和流化床两种，二者都是乙醇气相脱水技术路线。工艺流程中从反应器顶部出来的气体进入水洗塔冷却，除去未反应的乙醇和乙醛，然后进入碱洗塔除去其中的二氧化碳，需要消耗大量的新鲜水。以美国Halcon公司与SD科学设计公司的工艺流程为例：生产1吨乙烯产品，反应生成水约为0.3-0.6吨，冷却水的消耗量为63吨。反应生成水与冷却水构成工艺废水，工艺废水中含有大量的乙醚、乙醛、乙酸以及未反应的乙醇。如果采用常规污水处理设施进行处理，不仅大大增加污水处理系统的负担，而且造成废水中所含大量有机物的浪费。因此，有必要对乙醇生产过程的工艺废水进行有效处理和合理利用，在产生良好的社会效益与环境效益的同时，为企业创造良好的经济效益。

乙醇脱水制取乙烯生产过程产生的工艺废水，其水质在很大程度上取决于反应所采用的催化剂种类以及工艺条件如温度、压力等，主要污染物是含氧碳氢化合物，如乙醇、乙醛、乙醚、乙酸等。反应条件不同，有时还会含有C₄-C₈等烷烃或烯烃类副产物。具有COD含量极高，最高可达几万毫克/升、无机盐含量低、温度高和水量大的特点。

目前乙醇脱水制取乙烯工艺废水处理的工程应用实例很少。但是，最近几年由于乙醇脱水制取乙烯技术发展迅速，成为业内广为关注的焦点，因此迫切需要研究和开发工艺废水处理和回用技术。

查阅了美国化学文摘数据库在内的国内外10个专利、文献数据库，从获得的信息看，尚未见到相关的直接针对乙醇脱水制取乙烯工艺废水的回用方法。文献中只涉及将该废水排至废水处理设施进行处理，例如：

《现代化工》1981年3月“乙醇制乙烯的新发展”一文日挥公司开发的乙醇制乙烯方法提到，液态乙醇汽化并加热到反应温度后进入到反应器进行反应，反应后的气体被冷却，粗乙烯从塔顶引出，水、未反应的乙醇和液体副产物从塔底流出进行处理。文中没有涉及到有机物的回收和水的回用问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种乙醇脱水制取乙烯工艺废水的处理，使处理后的废水全部回用和废水中的有机物得到回收，实现工艺废水及废水中有机物的资源化利用。

本发明提供的乙醇脱水制取乙烯工艺废水处理方法，至少包括以下四个工艺单元：

第一工艺单元，对工艺废水进行除油处理，使水中烃类物质含量降到100mg/L以下。

第二工艺单元，通过蒸发过程把除油后废水分成富含有机物和贫含有机物的两股水流；

第三工艺单元，对富含有机物的水流进行膜分离，回收浓缩液中的有机物，水相回用；

第四工艺单元，对贫含有机物的废水进行生化处理，使水质达到回用循环水的要求；

按照本发明提供的方法，还可以包括第五工艺单元，即采用水质稳定技术对回用循环水进行处理，使其满足生产装置对循环水处理效果的要求。

根据本发明，第一工艺单元处理为预处理过程，可以采用凝聚或气浮除油等工艺对工艺废水进行处理，使水中大部分呈悬浮状态的烃类物质得以从反应水中分离，将水中烃类物质含量降到100mg/L以下。

在第二工艺单元中，通过蒸发过程，占总水量约70～90％(重量)的贫含有机物水流中只含少量的小分子有机物，大量的有机物富集在占总水量约10～30％(重量)的富含有机物水流中。蒸发过程可采用的相关设备为简单蒸馏系统、多效蒸发系统、汽提系统等。对于蒸馏系统，通过控制出口温度可以控制蒸出量，未蒸发部分进入下一处理单元。对于多效蒸发系统，一般由2～10个蒸发器组成，效间连接流程可以为顺流、逆流、平流或混流。优选流程为顺流式多效蒸发器，最终蒸发残液进入下一处理单元。

在第三工艺单元中，采用膜分离技术对富含有机物水流进行处理。膜分离采用反渗透膜组件及配套的预处理设施。