10 节能设计5水系统集成设计说明

年产10万吨高纯醋酸乙烯酯配套空分装置项目水系统集成1.1 绪论在化工过程中，不仅直接使用能量的过程要考虑能量的节约，而且还可以通过物料的节约取得节能效果。本章所介绍的水系统集成技术就是这样的技术。水对人的生命和健康以及生态系统是至关重要的，并且是国家发展的基本条件之一，但是全球人类缺乏安全的足够的水资游以满足基本生活需要。水资源以及提供和支持水资源的相关生态系统面临着来自污染、非可持续性使用、土地使用变换、气候变化及其他诸多方面的威胁。20世纪世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了约6倍，其中工业用水增加了26倍，而世界淡水资源总量基本不变，到20世纪末人均占有水量仅是世纪初的1/18。目前世界约有1/3的人口面临供水紧张的威胁，照这种趋势发展下去，30年后世界将有15108人缺少饮用水，再过50年，缺少饮用水的人口将达到20108水资源短缺的问题日益严重。水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。同时，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。随着工业的迅速发展，目前全世界每年排放工业废水约4260108m3，这使可供人类使用总量1/3的淡水资源受到污染，导致本来就很紧张的淡水资源雪上加霜。据有关资料，1995年有20%的人口缺乏安全饮用水。世界卫生组织统计，每年至少有1500104人死于水污染引起的疾病。我国水资源短缺问题与世界相比更加突出。据联合国调查资料，我国人均水资源量仅是世界人均占有量的1/4.居世界149个国家的第110位，是世界上主要缺水国之一，是公认的“贫水国”我国水利专家预测，2020年我国缺水将超过300108m2另据有关经济学家预测，到2030年中国工业用水将从每年520108m3增加到2690108m3。水资源短缺不仅影响工业的发展，成为制约经济发展的主要因素，而且严重影响人民的生活质量和社会的安定。一方面闹水荒，另一方面水的浪费现象严重。除农业用水浪费严重外，工业用水浪费问题也很突出。国内加工吨油的耗水量是国外的近5倍，其他工业产品的耗水量均比国外高出数信。据美国世界观察研究所报告，中国生产1t乙烯所需的水相当于日本或美国的3-6倍。我国工业水重复利用率低，一般只有30%，德国高达64%，日本为60%。在输水、耗水和水重复利用等方面，我国与国外相比差距很大。要深入做好节水减污工作，就应从系统的角度考虑水的有效利用，即把整个用水系统作为一个有机的整体进行集成。采用水系统集成技术后，新鲜水消耗量和废水排放量可以同时减少。中国水资源问题严重影响中国人口、资源、环境与经济社会的协调发展，是中国经济社会发展的重要制约因素。因此，在我国，水危机比能源危机更为严峻，节水工作刻不容缓。过程工业是用水大户，也是废水排放大户，因此，过程工业的节水减排，具有重大的经济和环境需求。化工生产除了耗能外，还是一个大量耗水的过程。本着节能减排的生产原则，降低水资源的消耗是工艺设计过程中的重点之一。本项目为年产10万吨醋酸乙烯项目，生产中耗水量较大，因此利用water design软件对本工艺的水资源消耗过程进行优化，并建立水集成网络，最大限度降低水资源的消耗。本项目具体用水情况表如下所示：表1-1 水消耗量时间h每小时耗水量twt/a占生产用水量比值%车间用水72900.720.571.3公用工程用水729013.210.523.5废液处理用水729036.228.764.0罐区用水79201.20.952.1生活用水792054.08.9其他用水79200.10.10.2总计56.4244.821001.2 水集成网络工艺实际生产中一般为多杂质的情况，较为复杂，完全分离出来较为困难，水集成技术就是点是把多杂质用水过程模假设为单杂质用水过程，再利用水夹点技术对用水网络进行分析设计，以达到全系统合理用水的目的。水集成就是把所含杂质相同、相似或对杂质要求不严格的操作单元的用水放在一起处理，形成一个新的操作单元，再将的多个不同操作单元的组成一个新的用水系统，对该系统进行水夹点分析，优化出该系统水的最大复用的用水网络。这样做的优点是避免各用水单元因所含杂质不同而造成的相互污染，降低处理难度、提高水的重复利用率、减少操作和处理费用。1.3 水夹点技术水夹点技术是水网络集成技术的一个分支，用各操作单元的用水的负荷对浓度参数作图，得到负荷浓度关系图。用水系统的极限复合曲线与最小供水线的交点就是的水的“夹点”。在夹点的上方，该操作单元的用水的极限进口浓度高于夹点浓度，要通过处理后利用，不能使用新鲜水，通过其他操作单元的处理用水来补充；在水夹点下方，该操作单元的极限出口浓度低于夹点浓度，不应排放废水，应将提高它的重复利用价值。这就是用水的“夹点技术”。在实施所设计出的最大水复用率的用水网络时，要对某些作为中间用水过程出口水流中的部分非关键组分进行水处理，使它们的浓度达到匹配的用水单元进口浓度要求。最小供水线斜率的倒数就是系统的最小新鲜水用量。由用水系统夹点分析图可知夹点位置处最小用水量为0.23t/h，新鲜水浓度为70000 ppm，平均输出水浓度381111.1 ppm。用水网络浓度间隔如图所示，用水组合曲线和最佳供水量如图所示：假设系统无泄漏，有：图1-1 水集成网络1.4 水的再生与利用从系统某一单元操作中产生的废水或多个单元操作产生废水的总汇，经过全部再生和部分再生后，在对其它单元无不利影响条件下，作为该单元操作的水源，从而大幅度减少新鲜水的需求和废水处理量。废水的再生再利用中，夹点处再生可实现新鲜水用量和废水处理量最小，此时最小新鲜用水量为0.23t/h。其初步用水网络和优化后