三效蒸发处理装置在医药中间体生产中的应用

三效蒸发处理装置在医药中间体生产中的应用

“三高”废水是指符合含盐量高、氮磷含量高、cod浓度高等“三高”特点的化工废水。近年来,化工行业每年生产的“三高”废水量与日俱增,其中染料、医药及中间体等的生产废水,因其浓度高、毒性大、难以降解而成为世界公认的问题[2～3]。因此如何提高处理效率,降低处理成本,减少污染对于高浓度、难降解的“三高”废水十分关键。而针对高浓度工业废水治理亟待解决的问题,开发高效处理技术、设备及组合工艺,建立合理的环保方案也一直是水处理和环保科技工作者所关注的焦点问题。我公司医药中间体生产装置每天粗品废水的生成量约为250t,废水水质:含盐约7.45%,氨氮约7000mg·L-1,COD约8000mg·L-1,是明显的“三高”废水,直接进入公用工程生化系统将无法处理。公司公用工程车间现有一套多效蒸发装置,设计能力为20t·h-1,主要用于蒸发含Na2SO4的废水,设计材质为SUS304和Q325。因医药中间体工艺生产中采用的是氨水而不是NaOH,废水中含盐成分是(NH4)2SO4,如仍用这套多效蒸发装置来处理粗品废水,则需要使用大量的NaOH预先将(NH4)2SO4转化为Na2SO4,而转化过程中产生的大量氨气会造成大气污染,且设计能力偏大,运行成本高。因此,根据医药中间体的废水现状及环保要求,为从根本上解决污水问题,节能增效,现提出利用精馏系统余热来蒸发处理“三高废水”的技术方案。1工艺方案1.1效蒸发装置综合利用医药中间体生产装置精馏系统甲苯精馏过程中的潜热及显热,用作一套三效蒸发装置的热源来蒸发处理医药中间体生产过程中产生的含(NH4)2SO4粗品废水[5～6]。原设计,医药中间体生产装置精馏系统甲苯精馏塔出口110℃甲苯蒸气的热量是靠第一、第二级冷凝器中循环水移走的,循环水的热量再经循环水凉水塔移走。为了综合利用能源,拟在医药中间体精馏岗位北侧增加一套三效蒸发装置进行粗品废水的处理,利用甲苯蒸气的气化潜热直接作为三效蒸发装置中一效加热器的热源,经一效加热器吸热冷凝后的甲苯再经原第一、二冷凝器冷却降温,这样既减轻了医药中间体循环水的负荷,同时粗品的部分废水得到了处理,废水中含的(NH4)2SO4转化为副产品,可作为化肥出售,此外,还减轻了公用工程污水处理的负荷及费用,使整个公司污水的治理从根本上得到改善。精馏岗位共有甲苯精馏塔10座,平均每座精馏塔消耗蒸汽约0.7～0.9t·h-1,满负荷时消耗蒸汽8t·h-1左右。改造后,先将粗品废水分别用成品甲苯及精馏系统回汽进行两级预热,再送至安装于现第一冷凝器前的一效加热器管程吸收甲苯蒸气的潜热,产生的二次蒸汽进入二效加热器壳程作为二效加热器的热源,二效加热器管程产生的闪蒸汽及壳程产生的冷凝水一同进入三效加热器的壳程作为其加热热源。精馏系统的综合热效率按80%计算,可回收利用的能量相当于蒸汽6.4t·h-1,每h可处理废水约10t,日处理废水约240t。1.2去三效加热器循环浓缩、去蒸汽、吹蒸精馏塔顶出的甲苯蒸气的热量经过三效蒸发装置的一效加热器回收热量后(管内走废水,管间走甲苯蒸气),管间的未冷凝气体及不凝性气体回原流程中一冷,成品甲苯冷凝液经原二冷后进入成品冷凝器(废水第一级加热器)继续降温。管程中的废水吸热、升温、浓缩,部分废水经减压变成蒸汽,经一效分离器分离后作为二效加热器的热源,未变成蒸汽的废水提高一定温度浓缩后,与一效分离器中的废水一起经一效泵加压,一路去一效加热器循环加热浓缩,另一路去二效加热器管程(此流量分配根据一效加热器出口废水浓缩后比重而定),二效加热器管程中的废水吸热、升温、浓缩,部分废水经减压变成蒸汽,经二效分离器分离后的蒸汽及二效加热器中产生的冷凝水一同进入三效加热器的壳程,作为三效加热器的热源,未变成蒸汽的废水经升温浓缩后,与二效分离器中的废水一起经二效泵加压,一路去二效加热器循环加热浓缩,另一路去三效加热器管程(此流量分配根据二效加热器出口废水浓缩后比重而定),三效加热器管程中高浓度的盐液通过由结晶器、三效泵(轴流泵)、三效加热器组成的循环回路继续吸热、蒸发浓缩,当盐水浓度达到一定数值后(盐水沉降比达45%左右),可开启三效泵出口或晶浆溢流罐的出料阀向离心机或吸滤槽放料,经离心机或吸滤滤脱液后的固体即为成品硫酸铵,滤液吸至母液罐,定期开启母液泵送至三效加热器(轴流泵出口)再次浓缩。三效加热器管间、结晶器、晶浆溢流罐产生的蒸汽送至间接冷却器(管内走循环水,管间走蒸汽)冷却成冷凝水,这部分冷凝水及三效加热器管外的冷凝液汇集至冷凝水贮罐,定期送至公用工程污水处理系统。改造后精馏系统工艺流程方框图见图1。2改进的绩效计算2.1多效蒸发设备的投资改造后多效蒸发设备配置及投资见表1。2.2重建成本精馏系统余热回收改造费用见表2。2.3经济支出的结算2.3.1增加了循环水电耗(1)人员工资:操作人员12人,可利用原多效蒸发装置人员,不另增加,每人3万元·a-1,共36万元。(2)电耗:新装置冷水塔部分增加的电耗可与节约的循环水电耗相抵消,其它机泵按135kW计算,年电费:135×24×300×0.7÷10000=68.04万元。(3)增加收入:副产硫酸铵240×300×7.45%=5364t,每t硫酸铵以350元·t-1计,则年可增加经济效益:5364×350÷10000=187.74万元。(4)生化处理费:每t废水生化处理费30元,计300×240×30=216万元。2.3.2废水聚硫酸钠简称nahs日处理废水量按240t计算。(1)人员工资:操作人员12人,可利用原多效蒸发装置操作人员,不另增加,每人3万元·a-1,共36万元。(2)电耗:每t废水耗电23kWh,年生产300d,电费以0.7元·kWh计,年所需电费为:240×300×23×0.7=115.92万元。(3)增加收入:废水中含盐量(硫酸铵)约7.45%左右,转化成硫酸钠需耗30%NaOH:240×300×7.45%×80÷132÷0.3=10836t,硫酸钠生成量:240×300×7.45%×142÷132=5770t,副产品硫酸钠价格以100元·t-1计,年可增加效益:5770×100=57.7万元。(4)生化处理费:每t废水生化处理费30元,共计:(300×240+10836×0.7)×30=238.76万元。(5)碱耗:耗碱费用约628.49万元。(6)蒸汽耗:每t废水消耗蒸汽量0.333t,全年处理240×300=72000t(全年以300d计),需耗蒸汽0.333×72000=23976(t),蒸汽价格以200元·t-1计,年耗蒸汽费用:23976×200=479.52万元。2.3.3回收废水的节约精馏系统余热利用装置与原多效蒸发装置效益对比见表3。从表3可看出,利用精馏系统余热回收装置相比启运原公用工程的多效蒸发装置处理粗品废水,每年可节约运行成本:1440.99-132.3=1308.69万元。3降低企业运行废水处理成本本项目实施后,甲苯精馏的余热得到综合利用,医药中间体生产过程中产生的粗品废水基本得到处理,废水中的硫酸铵作为副产品销售,公用工程废水处理费用下降,年节约废水处理成