1、.化工炼油企业节水减排的过程系统工程方法.一一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革四四、过程集成技术的应用效果过程集成技术的应用效果五、水网络系统的优化原理五、水网络系统的优化原理六、一个大型石化企业的实施案例六、一个大型石化企业的实施案例七、结七、结 论论 化工企业节水减排的过程系统工程方法目目 录录.节水减排是一个世界性的问题，在中国尤其严重地球上所有的水中，只有地球上所有的水中，只有2.5%2.5%是淡水。是淡水。2020世纪世界人口增加近三倍，淡水消耗量增加了世纪世界人口增加
2、近三倍，淡水消耗量增加了6 6倍，其倍，其中工业用水增加了中工业用水增加了2626倍，但水资源并未增加。倍，但水资源并未增加。2020世纪末人世纪末人均占有水量仅为世纪初的均占有水量仅为世纪初的1/181/18。地球上的可饮用水正在面。地球上的可饮用水正在面临枯竭。临枯竭。另一方面，全世界每年排放工业废水另一方面，全世界每年排放工业废水42604260*10108 8m m3 3,这使得这使得可供人类使用的可供人类使用的1/31/3淡水资源受到污染。淡水资源受到污染。全球全球40%40%的人口得不到安全的饮用水。的人口得不到安全的饮用水。全球全球80%80%的疾病与劣质饮用水有关。的疾病与劣质
3、饮用水有关。一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（1 1）.我国是世界上我国是世界上1313个贫水国家之一，我国人均水资源量仅有个贫水国家之一，我国人均水资源量仅有23002300立方米左右，为世界人均占有量的立方米左右，为世界人均占有量的1/41/4，居世界，居世界149149个个国家的第国家的第110110位。是公认的位。是公认的“贫水国贫水国”。近年来，用水紧张的状况日益加剧。据统计，全国近年来，用水紧张的状况日益加剧。据统计，全国669669个个城市中，有城市中，有400400个城市供水不足。据预测，到个城市供水不足。据预测，到2121世纪中叶，世纪中叶，我
4、国人口达到我国人口达到1616亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到17501750立方米，届时全国的大部分地区将面临水资源更加紧立方米，届时全国的大部分地区将面临水资源更加紧张、严重缺水的局面张、严重缺水的局面。一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务(2).一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务(3)n除资源性缺水之外，结构性和水质性缺水又进一步加剧除资源性缺水之外，结构性和水质性缺水又进一步加剧了问题的严重性。从世界范围看，由于工业发展迅速，了问题的严重性。从世界范围看，由于工业发展迅速，排放的污水已使可供人
5、类使用水量排放的污水已使可供人类使用水量1/3 1/3 的淡水资源受到的淡水资源受到污染，约污染，约20%20%的人口缺乏安全饮用水。我国也不例外，全的人口缺乏安全饮用水。我国也不例外，全国国700700余条大、中河流近余条大、中河流近1/21/2受到污染，受到污染，78%78%的城市河道不的城市河道不宜作饮用水源，宜作饮用水源，50%50%的城市地下水已受到污染。的城市地下水已受到污染。n许多地方政府已明确了：许多地方政府已明确了：“与本地区水资源承载能力相与本地区水资源承载能力相协调的经济结构体系协调的经济结构体系”的发展规划思想的发展规划思想,从从“以需水能力以需水能力定供水能力定供水能
6、力”的模式转变成的模式转变成”以供水能力定经济结构以供水能力定经济结构”的发展模式。的发展模式。n发改委提出：发改委提出：“量水而行量水而行”的方针。的方针。.虽然先进工业国家的工业用淡水量逐年增长，但排虽然先进工业国家的工业用淡水量逐年增长，但排污水量却呈下降趋势。例如，美国污水量却呈下降趋势。例如，美国20002000年淡水用量比年淡水用量比19751975年上升年上升138%138%，但其污水排放量却比，但其污水排放量却比19751975年下降年下降25.4%25.4%。2.节水减排是国际发展重要趋势一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（4 4）n 原因：原因
7、：提高废水回用率提高废水回用率:德国、日本、美国平均废水回用率德国、日本、美国平均废水回用率70%70%而我国的废水回用率只有而我国的废水回用率只有20-30%20-30%。我国要求达到。我国要求达到60%60%。.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（5 5）美国美国1975-20001975-2000年间水资源开发利用情况年间水资源开发利用情况 （单位：亿米（单位：亿米3 3/天）天）时间项目197519852000淡水使用量淡水提取总量流水排放总量回用水量工业循环回用城市废水回用平均回用率18.9928.1945.3013.7413.4912.539.265.
8、270.02628%8.456.9114.6432.780.1820.07952%72%25年淡水使用量上升了1.4倍，污水排放量却下降了25%，原因是水回用量增加了6.2倍。.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（6 6）日本几个主要工业行业耗水及回用水状况万米日本几个主要工业行业耗水及回用水状况万米3 3/天天19651996化学工业石油化工纤维工业电力工业回用率%耗水量回用率%49.2850.683.083.039.54.924.425.887.480.5178.617.790.2849.1158.672.6耗水量纸浆工业钢铁工业835.448.7338.78
9、26.2269.551.959.9374.444.3.我国工业用水形势非常严峻我国工业用水形势非常严峻一是用水增长速度较快。一是用水增长速度较快。19981998年以来，我国工业用水年平均增年以来，我国工业用水年平均增长长8.5%8.5%，工业年用水量已达到，工业年用水量已达到11301130亿立方米，占总用水量的亿立方米，占总用水量的20%20%左右。左右。二是用水效率总体水平较低。我国工业用水效率与国际先进水二是用水效率总体水平较低。我国工业用水效率与国际先进水平相差悬殊，平相差悬殊，19991999年我国每万元工业增加值取水量为年我国每万元工业增加值取水量为330330立方米，立方米，约
10、为日本的约为日本的1818倍，美国的倍，美国的2222倍；工业用水重复利用率约倍；工业用水重复利用率约53%53%，远，远低于发达国家低于发达国家75%75%的水平。的水平。三是工业污水排放量大，污染严重。目前全国工业用水量占全三是工业污水排放量大，污染严重。目前全国工业用水量占全国总用水量的国总用水量的20%20%，但排放的污水量却占全国污水排放总量的，但排放的污水量却占全国污水排放总量的49%49%左右，绝大多数有毒有害物质随工业污水排入水体，致使许左右，绝大多数有毒有害物质随工业污水排入水体，致使许多城镇的饮用水源受到了不同程度的污染，部分水源被迫弃用，多城镇的饮用水源受到了不同程度的污
11、染，部分水源被迫弃用，加剧了水资源的短缺。加剧了水资源的短缺。一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（7 7）.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（8 8）n2005年化学工业排放废水年化学工业排放废水34亿吨亿吨/年，年，占全国工业废水排放总量的占全国工业废水排放总量的16%，居第，居第一位；一位；n2006年全国主要污染物化学需氧量年全国主要污染物化学需氧量COD和和SO2排放总量不减反增：排放总量不减反增：COD排放排放1431万吨，比万吨，比2005年增长年增长1.2%;SO2排放总量排放总量2594万吨，比万吨，比2005年增长
12、年增长1.8%.中国石化行业耗水排废指标曾经落后严重中国石化行业耗水排废指标曾经落后严重,现在也有不小差距。现在也有不小差距。一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（9 9）最好炼油厂耗水量排污水量国际水平国内水平0.4m3/t差的平均0.35m3/t3.06m3/t1.37m3/t1.84m3/t0.20m3/t0.15m3/t炼油厂耗水量：炼油厂耗水量：（镇海）.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（1010）炼油化工行业的单位产品水耗强度比较炼油化工行业的单位产品水耗强度比较（2004年）单位单位我国平均我国平均水平水平国 际 先国
13、际 先进进乙烯吨产品新鲜水消耗乙烯吨产品新鲜水消耗m m 3 3/t/t5.0-6.096.09*1.581.58大型合成氨吨产品新水大型合成氨吨产品新水 （气头）（气头）m m 3 3/t/t185*10（煤头）（煤头）m m 3 3/t/t35（？）（？）20吨产品排污水吨产品排污水m m 3 3/t/t3.0-63.0-60 02 20 0*注；为2005年的平均数据.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（1111）n正是在这样的背景下正是在这样的背景下,去年去年7 7月月1 1日胡锦涛总日胡锦涛总书记在视察青海中石油格尔木炼油厂时书记在视察青海中石油格尔木炼
14、油厂时,做做的重要指示是的重要指示是:“:“一定要注意节约用水一定要注意节约用水,搞搞好循环利用好循环利用,要提高水资源的利用效率要提高水资源的利用效率.”这个指示意味着这个指示意味着:如何进一步提高水资源利如何进一步提高水资源利用效率已成为摆在所有炼油化工企业面前用效率已成为摆在所有炼油化工企业面前的头等大事。的头等大事。.一个现代化的石化企业，不仅工艺装置是全面在计算机的监控之下运一个现代化的石化企业，不仅工艺装置是全面在计算机的监控之下运行，水汽系统的运行也是全面信息化的。这包括以下一些方面：行，水汽系统的运行也是全面信息化的。这包括以下一些方面：水网络运行实时监测系统水网络运行实时监测
15、系统 锅炉用水的水质监测锅炉用水的水质监测 循环水自动加药系统循环水自动加药系统 污水处理实时监测系统污水处理实时监测系统错误观点错误观点：往往认为水是一种取之不尽的廉价资源，不值得花费投资：往往认为水是一种取之不尽的廉价资源，不值得花费投资来对水的使用和排放进行像工艺装置一样控制和检测。认为利用计算来对水的使用和排放进行像工艺装置一样控制和检测。认为利用计算机和信息技术来控制管理水汽系统是机和信息技术来控制管理水汽系统是“杀鸡用牛刀杀鸡用牛刀”。一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（1212）.一、一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务（13
16、13）为什么是错误的？因为：为什么是错误的？因为：n水是宝贵的战略资源，浪费水资源将对于子孙后水是宝贵的战略资源，浪费水资源将对于子孙后代有罪；代有罪；n水价格正在不断提高，排污价格愈来愈贵，节水水价格正在不断提高，排污价格愈来愈贵，节水减排关系企业成本效益，是企业降本增效具有战略意减排关系企业成本效益，是企业降本增效具有战略意义的大事；义的大事；n水的质量对保证工艺装置长周期运行至关重要。水的质量对保证工艺装置长周期运行至关重要。如果循环水质量不好造成结垢，轻则使传热恶化，重如果循环水质量不好造成结垢，轻则使传热恶化，重则造成堵塞停车。则造成堵塞停车。n节水减排具有重要社会效益，保护环境有利
17、社区，节水减排具有重要社会效益，保护环境有利社区，改善企业形象。改善企业形象。.一一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革四四、过程集成技术的应用效果过程集成技术的应用效果五、水网络系统的优化原理五、水网络系统的优化原理六、一个大型石化企业的实施案例六、一个大型石化企业的实施案例七、结七、结 论论 化工企业节水减排的过程系统工程方法目目 录录.原料水原料水废水处理厂原 料 水原 料 水处理处理过程1过程2锅 炉 给水处理蒸汽系统新鲜水蒸汽废水排放离子交换再生水过程3含杂质雨水冷凝水损失
18、锅炉吹出水二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法一个典型的化工厂水网络系统.二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法n我们许多石化企业的供排水和水处理等公用工程都是随着生产装置的新建和扩建而逐步建成。即没有一次整体规划，更说不上是优化。往往存在小而全、重复建设等现象，计量仪表不全，甚至管网几经改造，企业自己都缺乏完整确切的图纸了。n面对这种现实，虽然我们的节水减排有很大空间潜力，但如何才能有计划、有步骤地一步一步把潜力挖出来，本身就需要一个明确的策略。这里我们提出“三步策略”，以便分清轻重缓急，逐步将节水潜力变成节水减排的现实。实现目标。.二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法“三步
19、策略”：n第一步：做好水平衡，提高操作管理水平n第二步：水网络的分析与集成（废水回用）n第三步：污水再生利用.二二、节水减排的几种途径节水减排的几种途径面向的水量大小全面做好基础计量提高管理水平系统分析水的回用污水再生利用图图2 2 节水减排三步实施策略节水减排三步实施策略大小.二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法“三步策略”：n第一步：全面做好第一步：全面做好水平衡和基础计量工基础计量工 作，提高操作管理水平作，提高操作管理水平n第二步：深入进行水网络的系统工程分第二步：深入进行水网络的系统工程分 析与集成，大大提高水的回用率。析与集成，大大提高水的回用率。n第三步：污水再生利用第三步
20、：污水再生利用.第一步：全面做好水平衡和基础计量工作，提高操作管理全面做好水平衡和基础计量工作，提高操作管理 水平水平 为了在摸清底细的基础上进行水系统总体优化分析，将最容为了在摸清底细的基础上进行水系统总体优化分析，将最容易挖掘的节水潜力挖到手，实现投资少、见效快、收益高的节水减排，易挖掘的节水潜力挖到手，实现投资少、见效快、收益高的节水减排，应当首先进行以下几个方面工作：应当首先进行以下几个方面工作：n 将企业水系统的计量仪表配置进行整顿，强化计量，严格考核将企业水系统的计量仪表配置进行整顿，强化计量，严格考核 、加强管理、开展群众性节水减排达标活动。、加强管理、开展群众性节水减排达标活动
21、。n确认水系统的基础数据，做好各个装置的水汽平衡图表；确认水系统的基础数据，做好各个装置的水汽平衡图表；n采用先进的循环水处理技术；采用先进的循环水处理技术；n做好凝结水回收，力争达到锅炉给水标准（因为省一吨新鲜水做好凝结水回收，力争达到锅炉给水标准（因为省一吨新鲜水 只有只有1.3-2.5元元/吨，而省一吨锅炉给水为吨，而省一吨锅炉给水为10元元/吨）；吨）；n加强管理、严格考核、强化计量，开展群众性节水减排达标活加强管理、严格考核、强化计量，开展群众性节水减排达标活 动。动。二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法.n这里要着重强调这里要着重强调循环水处理技术循环水处理技术提高是一项投资
22、少、提高是一项投资少、见效快的措施。由于一般石化企业所用的新鲜水中，见效快的措施。由于一般石化企业所用的新鲜水中，补充循环水用量占总新鲜水用量的补充循环水用量占总新鲜水用量的40%-80%，所，所以如何降低这部分水用量显然占有重要地位。我国大以如何降低这部分水用量显然占有重要地位。我国大多数石化企业循环水的浓缩倍数只有多数石化企业循环水的浓缩倍数只有2.0-3.0，而国，而国际上常常在际上常常在5.0-8.0，所以，我们有很大的提高浓缩，所以，我们有很大的提高浓缩倍数的空间。倍数的空间。n如果采取先进的化学药剂，加上自动控制的加药技术，如果采取先进的化学药剂，加上自动控制的加药技术，完全有可能
23、将完全有可能将浓缩倍数由浓缩倍数由2-3提高到提高到5-7。则可将循。则可将循环水环水补充水量节省补充水量节省20-40%，这不仅相应地减少了，这不仅相应地减少了20-40%排废，而且有显著经济效益排废，而且有显著经济效益。二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法.第二步：水的回用第二步：水的回用水网络系统的优化水网络系统的优化 指工艺系统排出的各种废水不经处理或者经简单处指工艺系统排出的各种废水不经处理或者经简单处理即可直接应用于循环水系统或工艺装置。也可以将这理即可直接应用于循环水系统或工艺装置。也可以将这些相对污染不大的水集合起来，形成些相对污染不大的水集合起来，形成“中水道中水道”，
24、变成，变成相对清静的水源以供全厂利用。这一步特点是投资费往相对清静的水源以供全厂利用。这一步特点是投资费往往用于管道建设及过滤设备，费用不太高，可望短期或往用于管道建设及过滤设备，费用不太高，可望短期或中期回收中期回收第三步：污水再生利用第三步：污水再生利用 经过前两步处理后，排出污水量已大为减少。对不得经过前两步处理后，排出污水量已大为减少。对不得不末端排出的污水，通过一定设备，如反渗透离子交换，不末端排出的污水，通过一定设备，如反渗透离子交换，软化等进行处理，使其达到回用标准，再返回系统中使软化等进行处理，使其达到回用标准，再返回系统中使用。这一步特点是设备投资大，投资回报周期长。用。这一
25、步特点是设备投资大，投资回报周期长。二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法.不能一步到位不能一步到位从最从最便宜和最有效的方法开始便宜和最有效的方法开始行动阶梯行动阶梯:t提高控制提高控制t水的回用水的回用t水的再生水的再生t管理管理t改进设计改进设计20-30%20-30%10-20%10-20%10-20%节省节省节水节水100%80%60%40%20%0%再设计再设计再生再生再利用再利用提高控制提高控制管理管理投资成本投资成本二二、节水减排的几种途径节水减排的几种途径.一一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法三、水网络系
26、统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革 3.2 3.2 中水道中水道 3.3 3.3 零排放零排放四四、过程集成技术的应用效果过程集成技术的应用效果五、水网络系统的优化原理五、水网络系统的优化原理 六六.节水减排的分步实施策略节水减排的分步实施策略七七.结论结论 化工企业节水减排的过程系统工程方法目目 录录.新鲜水P1废水处理T2P2P3T2T3排放三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革（1）早期企业水网络早期企业水网络直用直排直用直排.P1P2P3废水处理T1T2T3排放三、水网络系统
27、的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革（2）水回用时代的水系统水回用时代的水系统.P1P2T1T2T3P3三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革（3）用水分布用水分布-处理分布化的水网络系统处理分布化的水网络系统.P1P2T1T2T3P3三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革（4）用水分布用水分布处理分布化的水网络处理分布化的水网络.P1P2T1T2T3P3补充新鲜水固体排废三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.1
28、 3.1 水网络系统的变革水网络系统的变革（5）液体液体零排放零排放的封闭式网络系统的封闭式网络系统.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.2 3.2 中水道中水道n中间水道的设置必要性中间水道的设置必要性n常规用水网络中考虑水的回用时各用水单元之间直接常规用水网络中考虑水的回用时各用水单元之间直接由管道连接。但对于用水单元多的大规模系统，这种由管道连接。但对于用水单元多的大规模系统，这种结构却存在网络过于复杂、不便于运行和控制的缺点；结构却存在网络过于复杂、不便于运行和控制的缺点；n网络柔性不足网络柔性不足：当生产中一个用水单元的水量、水质当生产中一个用水单元的水量、水质状况发
29、生变化时，将影响其他用水单元的运行；状况发生变化时，将影响其他用水单元的运行；n设置中间水道，具有简化网络的设计、运行和控制的设置中间水道，具有简化网络的设计、运行和控制的优点，显著增加了网络的柔性。优点，显著增加了网络的柔性。.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.2 3.2 中水道中水道.废水处理厂1ikn新鲜水供应新鲜水供应新新 的的 水水 环环 路路 模模 式式 三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革污水新鲜水中 水.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革 3.3 3.3 零排放零排放何谓何谓“零排放零排放”？所谓零排放是指将液体污水排放下降到零，而所
30、有所谓零排放是指将液体污水排放下降到零，而所有的杂质均浓缩到固体中去。简称的杂质均浓缩到固体中去。简称ZLD（Zero Liguid Discharge）。由于以下一些原因，有些。由于以下一些原因，有些企业不得不考虑采用企业不得不考虑采用ZLD:：n 当地环境保护要求特别严厉当地环境保护要求特别严厉n 企业靠近当地江河或饮用水源企业靠近当地江河或饮用水源(水库水库)n 十分缺水的地区十分缺水的地区n 公众对工厂排污十分反感公众对工厂排污十分反感n 经济上考虑：如果开发新的水源供水比全部回收经济上考虑：如果开发新的水源供水比全部回收 排水还昂贵时。排水还昂贵时。.三、水网络系统的发展沿革三、水网
31、络系统的发展沿革3.3 3.3 零排放零排放 零排放技术是综合应用膜分离、蒸发结晶和零排放技术是综合应用膜分离、蒸发结晶和/或干燥等或干燥等物理、化学、生化过程，将废水当中的固体杂质浓缩至物理、化学、生化过程，将废水当中的固体杂质浓缩至很高浓度，大部分水已返回循环回用，剩下少量伴随固很高浓度，大部分水已返回循环回用，剩下少量伴随固体废料的水，可以根据每个企业具体情况选择以下出路体废料的水，可以根据每个企业具体情况选择以下出路中一种，而不排出系统：中一种，而不排出系统：n .蒸发蒸发/结晶结晶n .蒸发蒸发/干燥干燥n .太阳蒸发池自然蒸发太阳蒸发池自然蒸发n .用于生产副产品用于生产副产品,进
32、入固体产品进入固体产品n .喷入焚烧炉作为垃圾处理喷入焚烧炉作为垃圾处理n .被固体废料被固体废料(例如飞灰例如飞灰)吸收，作为固体废料处理吸收，作为固体废料处理n由于其设备必须高耐腐蚀性材料由于其设备必须高耐腐蚀性材料(例如钛材例如钛材)制造，因此制造，因此价格昂贵。因此，采用前应当慎重进行可行性经济评估。价格昂贵。因此，采用前应当慎重进行可行性经济评估。.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.3 3.3 零排放零排放San Juan Station,New Mexico.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.3 3.3 零排放零排放Madero/PEMEX,Me
33、xico-ZLDn集成集成 ZLD 系统系统n生物处理生物处理 Organic laden effluent from refinery Village sewagen物理物理/化学处理化学处理 Refinery inorganic waste streams Pretreatment for ROn反渗透反渗透Reverse Osmosis(RO)Significant volume reduction&economic water recovery Recovers good quality water for cooling towern咸水的浓缩蒸发与结晶咸水的浓缩蒸发与结晶 Fina
34、l recovery step Produces solids for landfill Recovers high purity water for boiler makeup treatment.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.3 3.3 零排放零排放Madero Refinery ZLD System.三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.3 3.3 零排放零排放n美国资源保护公司（美国资源保护公司（Resource Conservation Resource Conservation Co.International,Co.International,
35、RCCI）采用蒸发器将废水采用蒸发器将废水蒸发成高质量的蒸馏水回用，浓缩后的废水再经蒸发成高质量的蒸馏水回用，浓缩后的废水再经过结晶器把溶解在废水里的各种盐类结晶成固体，过结晶器把溶解在废水里的各种盐类结晶成固体，水几乎全部回收，从而实现了水的水几乎全部回收，从而实现了水的“零排放零排放”。nRCCI自自1974年以来已在美国和其他一些国家年以来已在美国和其他一些国家的的170多座火力发电厂实现了多座火力发电厂实现了“零排放零排放”。近年。近年来也在炼油厂、化工厂、煤矿、铀矿、炼铜厂实来也在炼油厂、化工厂、煤矿、铀矿、炼铜厂实施施“零排放零排放”。.Madero/PEMEX,MexicoOil
36、 Refinery ZLD System.First ZLD in Oil RefineriesMADERO/PEMEX 1999MEXICOCADEREYTA/PEMEX 1998MEXICO.经济成本经济成本:l新鲜水价格新鲜水价格l节水技术节水技术/设备投资设备投资l产品生产成本产品生产成本l污水处理成本污水处理成本环保要求环保要求:l环境生态承受力环境生态承受力l政府要求政府要求l社区要求社区要求l法律法律/法规要求法规要求生产安全生产安全l安全风险安全风险l生产技术可靠性生产技术可靠性l节水技术先进性节水技术先进性三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革3.3 零排放零排放“
37、零排放零排放”决策的三大方面要决策的三大方面要素素.一一、节水减排是刻不容缓的重要任务节水减排是刻不容缓的重要任务二二、节水减排的三步骤法节水减排的三步骤法三、水网络系统的发展沿革三、水网络系统的发展沿革四四、过程集成技术的应用效果过程集成技术的应用效果五、水网络系统的优化原理五、水网络系统的优化原理六、一个大型石化企业的实施案例六、一个大型石化企业的实施案例七、结七、结 论论 化工企业节水减排的过程系统工程方法目目 录录.过程系统工程技术的新发展Process-Integration90年代兴起的兴起的PI“PI“过程集成过程集成”技术在四个方面发挥作用：技术在四个方面发挥作用：提高原料的利
38、用率提高原料的利用率 提高能量的利用率，降低能耗提高能量的利用率，降低能耗 减少排放减少排放 改进操作改进操作方法论上最重要的突破方法论上最重要的突破夹点分析夹点分析 Pinch-TechnologyPinch-Technology 热力学与过程系统工程相结合的新方法热力学与过程系统工程相结合的新方法三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（1）.v 80年代由英国ICI公司Bodo Linnboff和日本的梅田富雄分别独立首创v 90年代夹点技术得到普及推广，已为设计公司普遍使用于热回收网络：（双节省）（双节省）新厂建设 节能 20-30%节省投资 15-20%老厂改造 节能 2
39、5-35%投资 1-2年回收v 95年-现在:夹点原理由传热网络向传质网络推广，形成水夹点技术夹点分析技术三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（2）.水集成技术的发展 19941994年，英国年，英国 UMIST UMIST 的的 SmithSmith 教授教授领导进行了领导进行了水系统集成的研究，并发表了著名的论文水系统集成的研究，并发表了著名的论文“废水量小化废水量小化”（Wastewater Minimization)Wastewater Minimization)给出了整个水系统的洞给出了整个水系统的洞察，指出哪里是制约用水的瓶颈，最小新鲜水用量及最察，指出哪里是制约用
40、水的瓶颈，最小新鲜水用量及最小污水产生量的目标值及如何考虑系统中污水的再生利小污水产生量的目标值及如何考虑系统中污水的再生利用。用。美国以美国以 E1-HalwagiE1-Halwagi为代表的学派为代表的学派提出质量交换网提出质量交换网络的概念，把水夹点分析放在一个更为普适的络的概念，把水夹点分析放在一个更为普适的“质量质量交换网络交换网络”的大框架中去作为与热量集成相对应的质的大框架中去作为与热量集成相对应的质量集成方法的特例。量集成方法的特例。三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（3）.90年代后期出版了一些专著：E1-Halwagi，通过“过程集成来防止污染：系统设计的
41、工具”(Pollution Prevention Through Process Integration：Syestemmatic Design Tools,Academic Press:San Diego 1997)James G.Mann及Y.A.Liu（刘裔安），“工业水回用及废水量最小化”Industrial water reuse and wastewater minimization,Mc Graw-Hill 1999 2000年美国的Aspen Tech公司首先推出了Aspen Water商品化应用软件。三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（4）.节水减排教科书节
42、水减排教科书.理论指导下的水回用节水与没有理论指导的差别三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（5）.水集成理论解决的三大问题：一个工厂用水网络的最小新鲜水消耗量一个工厂用水网络的最小新鲜水消耗量（目标值）（目标值）最小污水生成的流量（目标值）最小污水生成的流量（目标值）用水网络和排放处理系统流程集成的理论用水网络和排放处理系统流程集成的理论指导（包括老厂改造如何接近目标值的扭指导（包括老厂改造如何接近目标值的扭亏指南）亏指南）三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（6）.三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（7）Monsanto公司（Wales,U
43、K）在1994-95年第一次采用这个技术：n7 个工艺制造分厂n排出流集中到一起来调节 pH 值，然后排向河口n环保法规部门要求COD下降90%Monsanto 的最初建议：n新建中央(生化)污水处理厂n投资成本预估 US$1500万美元 水夹点应用实例(之一).MonsantoMonsanto公司（公司（Wales,UKWales,UK）在）在1994-951994-95年第一次采用这个技术：年第一次采用这个技术：方法手段方法手段n排废最小化排废最小化n用水最小化用水最小化n分布式排放处理分布式排放处理结果结果n节约用水节约用水30%($0.3 million per year)nCOD下降
44、下降76%($0.7 million per year)n只有只有 14%污水由新的污水由新的(缩小的缩小的)污水处理厂处理污水处理厂处理n投资成本由原投资成本由原 US$1500万美元下降为万美元下降为$350万元万元n最终排污水处理体积减少了最终排污水处理体积减少了95%-Jane Peters,Monsanto 1995三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（8）被授予英国化工学会1995年安全与环保大奖.n台湾某石油化工厂（生产苯乙烯，台湾某石油化工厂（生产苯乙烯，ABS树脂等）树脂等）每天用新鲜水每天用新鲜水5，430吨吨/天，排废水天，排废水3，730吨吨/天。天。n
45、采用水夹点技术改造：采用水夹点技术改造：改造投资改造投资 5.4万美元万美元 改造结果：改造结果：用水量下降到用水量下降到4，348吨吨/天天 节水：节水：1，082吨吨/天，天，20%年经济效益：年经济效益：29.2万美元万美元三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（9）水夹点应用实例之二.三三、过程集成技术的应用效果（过程集成技术的应用效果（10）n中国石化股份有限公司总裁办公室高级顾问中国石化股份有限公司总裁办公室高级顾问美国美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学化学工程系弗吉尼亚理工学院暨州立大学化学工程系刘裔安刘裔安（Y.A.Liu)Y.A.Liu)教授为组长的中国石化节水技术
46、小组，教授为组长的中国石化节水技术小组，从从20042004年年6 6月开始在中国石化股份有限公司内部有月开始在中国石化股份有限公司内部有计划、有系统地开展推广水夹点节水减排技术。计划、有系统地开展推广水夹点节水减排技术。20052005年又对全公司的年又对全公司的4545家石化企业进行节水减排规家石化企业进行节水减排规划。划。n预计三年之内实施规划中的措施后，全公司预计三年之内实施规划中的措施后，全公司耗水量耗水量下降下降40%40%以上，排污水量下降以上，排污水量下降50%50%以上以上。3232家炼油厂家炼油厂不但可以提前完成国家发改委提出不但可以提前完成国家发改委提出“十一五十一五”指
47、标，指标，而且在用水和排水两方面均可达到国际先进水平。而且在用水和排水两方面均可达到国际先进水平。2004年起中石化开始大力推广应用水夹点技术年起中石化开始大力推广应用水夹点技术.34家炼化企业家炼化企业2004年吨油取水比较年吨油取水比较（可研报告数据）（可研报告数据）.34家炼化企业家炼化企业2004年吨油取水比较年吨油取水比较（可研报告数据）（可研报告数据）.34家炼化企业家炼化企业2004年吨油排水比较年吨油排水比较（可研报告数据）（可研报告数据）.34家炼化企业家炼化企业2004年吨油排水比较年吨油排水比较（可研报告数据）（可研报告数据）.中国石化中国石化32家炼油企业家炼油企业20
48、04年吨油取水与排水平均值年吨油取水与排水平均值(可研报告数据）可研报告数据）国际先进国际先进水平水平0.5国际先进国际先进水平水平0.2发改委发改委“十一五十一五”取水规划值取水规划值1.0发改委发改委“十一五十一五”排水规划值排水规划值0.8.镇海炼化炼油节水减排技术攻关成果镇海炼化炼油节水减排技术攻关成果.目标目标1：制定与落实节水减排方案，在三年内缓解中国石化各炼化企业：制定与落实节水减排方案，在三年内缓解中国石化各炼化企业“十一五十一五”发展带来的水资源和环境容量的瓶颈制约并减少发展带来的水资源和环境容量的瓶颈制约并减少对供水和污水治理的投入。对供水和污水治理的投入。石油石化石油石化
49、“十一五十一五”规划与项目目标规划与项目目标发发改改委：吨油取水委：吨油取水下降到下降到1立方米以下立方米以下;项目目标：国际先进水平吨油取水项目目标：国际先进水平吨油取水0.5立方米以下。立方米以下。发发改改委：吨油排水委：吨油排水下降到下降到0.8立方米以下立方米以下;项目目标：国际先进水平吨油排水项目目标：国际先进水平吨油排水0.2立方米以下。立方米以下。.目标目标1a：炼油吨油取水达到国际先进水平（：炼油吨油取水达到国际先进水平（0.5吨吨/吨吨原油）原油）2.442.022.041.81.641.271.160 00.50.51 11.51.52 22.52.5吨吨油油取取水水吨吨/
50、吨吨原原油油1998年1998年1999年1999年2000年2000年2001年2001年2002年2002年2003年2003年2004年2004年发改委发改委“十一十一”规划值规划值1.0国际先进国际先进水平水平.目标目标1b：炼油吨油排水达到国际先进水平（：炼油吨油排水达到国际先进水平（0.2吨吨/吨吨原油）原油）1.611.30.860.7400.20.40.60.811.21.41.61.8吨吨油油排排水水吨吨/吨吨原原油油2001年2001年2002年2002年2003年2003年2004年2004年国际先进水平国际先进水平“十一五”规划目标值0.8“十一五”规划目标值0.8.0
