煤焦油加氫廢水;畢業(yè)設計開題報告副本

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1、畢業(yè)設計開題報告格式 本科畢業(yè)設計開題報告 題 目：寶泰隆圣邁公司高溫煤焦油加氫廢水處理 工藝初步設計 院 （系）： 環(huán)境與化工學院 班 級： 環(huán)境工程 姓 名： ****** 學 號： 04 指導教師：

2、 ******** 教師職稱： 教授 黑龍江科技大學本科畢業(yè)設計開題報告 題 目 寶泰隆圣邁公司高溫煤焦油加氫廢水處理工藝初步設計 來源 工程實際 1.研究目的和意義；畢業(yè)設計目的意義；環(huán)境污染嚴重 高溫煤焦油是煤在高溫干餾過程中的副產(chǎn)物，是一種黑色或黑褐色的具有刺激性氣味的黏稠狀液體。相對密度一般大于1g/cm3,成分復雜，主要是芳香族和雜環(huán)化合物以及含量為54%～56%的瀝青［1］。 煤焦油是焦化工業(yè)的重要產(chǎn)品之一，其組成成分極其復

3、雜，多數(shù)情況下是由煤焦油工業(yè)專門進行分離、提純后得到并加以利用。煤焦油精加工可得到多種化工產(chǎn)品，但煤焦油加工過程中會產(chǎn)生大量的有毒廢水，該類廢水含高濃度有機物、氰等劇毒物質，毒性大，成分復雜［2］。其中有機污染物主要為單環(huán)或多環(huán)芳香族化合物以及含氮、硫、氧的雜環(huán)化合物，如高濃度的酚、萘、苯胺、吡啶、喹啉、苯并芘等［3］。酚類化合物對所有的生物都有毒，它們可以使細胞失去活力，蛋白質凝固; 多環(huán)芳烴可使人致癌，一般很難生物降解［4］?，F(xiàn)在國內(nèi)乃至世界都在大力研究焦化廢水的處理問題，鮮有人深入研究煤焦油廢水。煤焦油加工廢水與傳統(tǒng)焦化污水即酚氰污水既有相同之處又有很大區(qū)別，除都含有較高的氰、氨氮外，煤

4、焦油加工污水中揮發(fā)酚、吲哚、苯并芘( a) 、萘、茚、油類等含量遠大于傳統(tǒng)焦化污水［5］。 煤焦油加氫技術始于1927 年的德國，當時在德國LEUNA 建立了第一座以褐煤、褐煤焦油及焦油為原料，在22MPa 和有催化劑條件下進行加氫處理的工業(yè)規(guī)模工廠。我國是在20 世紀50 年代開始對煤焦油加氫及其催化劑進行系統(tǒng)研究的，后來由于大慶油田的開發(fā)成功，使我國的石油實現(xiàn)了自給自足，導致煤焦油加氫生產(chǎn)燃料油的研究也基本停止。到20 世紀90 年代，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油的要求越來越大，從1993 年開始，我國已成為石油凈進口國。至2009 年，我國石油及原油的對外依存度已雙破50%，由此可見

5、，我國石油供需矛盾極為突出，已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的關鍵因素之一［6］。因此，對以煤及煤焦油為原料生產(chǎn)替代石油系列產(chǎn)品的研究又顯得重要起來，這使得一批煤焦油加工企業(yè)應運而生，逐漸地發(fā)展起來。隨著煤焦油加工企業(yè)的發(fā)展，而產(chǎn)生的一系列煤焦油加工廢水對環(huán)境的嚴重污染，使人們開始重視這個問題，并開始尋求治理煤焦油加氫廢水的辦法。 故，此次通過對寶泰隆圣邁公司高溫煤焦油加氫廢水處理工藝的初步設計，尋找一個經(jīng)濟上合理，技術上可行的方案，對高溫煤焦油加氫廢水的COD、酚類、氰化物、氨氮、硫化物等污染物，進行去除，使出水水質達到可生化降解的程度。 畢業(yè)設計的目的和意義 此次畢業(yè)設計，既是對一次我們一個綜合測

6、試，也是對我們各方面能力的一個強化的過程。通過上網(wǎng)、去圖書館收集相關資料、查閱各種期刊文獻的過程能鍛煉我們收集、查閱文獻的能力。此次工程方案的工藝選擇和設計過程能夠培養(yǎng)對成本控制和分析問題、解決問題的能力。在大量的設計計算和CAD繪圖工作的過程使我們更加的熟悉計算機的功能和應用。從整個說明書的單獨編撰過程中我們的外語應用能力和獨立工作能力也會得到相應的的提高。這次畢業(yè)設計需要知識和能力是方方面面的，在這個過程中培養(yǎng)我們綜合運用自身能力去解決實際問題的能力，讓我們提前感受相關工作的過程。 2.地理環(huán)境 位置境域 七臺河市位于黑龍江省東部的張廣才嶺與完達山脈兩大山系銜接地帶，南與雞西市、牡丹

7、江市相鄰，北接佳木斯市、鶴崗市，東連雙鴨山市，西通哈爾濱市，周邊有13個縣、7個國營農(nóng)場，鐵路交通便利。地理位置介于東經(jīng)13006′—13158′，北緯4516′—4637′之間。總面積6223平方公里。是中國三大保護性開采煤田之一，是一座新興的以煤炭和木材加工工業(yè)為主導的城市。 地形地貌 地處低山丘陵區(qū)，按地形變化可劃分為低山丘陵、漫崗地、河灘地和山間谷地四個地貌類型?？偟牡貏轂闁|南高，西北低，由東南向西北逐漸傾斜。 氣候特征 七臺河市處于中溫帶濕潤氣候區(qū)，四季分明，降水各季分布不均。冬季長而干燥寒冷，夏季短而濕熱多雨，春、秋兩季氣候多變，春季回暖快、風大而少雨干旱，秋季降溫快，來

8、霜早。年平均溫度4.0℃。最冷月（一月）平均氣溫為-18.3℃。極端最低氣溫達-39.0℃最熱月（七月）平均氣溫為21.9℃。，極端最高氣溫37.4℃。年平均無霜期為128天，年平均降水量549毫米，年平均日照時數(shù)2484.5小時，≥10積溫2550℃。 五至九月降水量占全年降水量的79%，七至九月降水量占全年降水量的60%。水熱同季，晝夜溫差大。 地表水系 主要河流17條，穿越全境集水面積達1248平方公里的倭肯河、撓力河兩大水系滋潤著兩岸豐腴的土地?，F(xiàn)已形成水庫26座，其中桃山水庫積雨面積2100平方公里，蓄水量2.64億立方，是黑龍江省第二大人工水庫。（6七臺河市政府網(wǎng)） 2、國

9、內(nèi)外發(fā)展情況(文獻綜述)行業(yè)特點、水來源、特點、國內(nèi)外工藝發(fā)展 2.1 我國煤焦油加工行業(yè) 煤焦油在加工過程中產(chǎn)生大量的污染物質。主要的廢棄物分為廢水、廢氣和廢渣。由于現(xiàn)行的處理設備價格昂貴，因此眾多中小型企業(yè)都未經(jīng)處理，自由排放，造成污染［7］。（8高溫煤焦油的應用現(xiàn)狀分析） 2.2 廢水來源 根據(jù)焦油加工生產(chǎn)工藝的特點，煤焦油廢水主要來自: ①焦油大槽中的焦油靜置分離水，此部分污水單獨收集; ②焦油一段、二段蒸發(fā)器分離水，工業(yè)萘油水分離器分離水; ③焦油大槽分離水與焦油加工各分離器廢水送公司廢水槽; ④洗滌分解NaSO4污水及精酚裝置污水，其中精酚高濃污水揮發(fā)酚含量在3% ～ 10

10、%，返回洗滌分解配堿槽，回收其中揮發(fā)酚，洗滌分解污水單獨儲存處理; ⑤清掃管道產(chǎn)生的廢水以及地表污水，生活污水等。目前我國焦油廢水大都未經(jīng)徹底處理，造成水環(huán)境嚴重污染，同時也威脅到人類的健康［5］。 2.3 水質特點 煤焦油加工廢水與普通焦化廢水成分相似但又有很大的區(qū)別，兩者主要污染物都是酚、氰以及氨氮，但前者的污染物濃度是遠遠大于后者的。 由于煤焦油的種類、加工程度、目標產(chǎn)品、加工工藝的不同，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢水的來源和成分也會有所差異。本次設計中的寶泰隆圣邁公司高溫煤焦油加氫廢水主要來源于高溫煤焦油加氫工藝的三個工段，分別為減壓精餾、冷低溫脫鹽水和穩(wěn)壓塔回流罐。 2.4 國內(nèi)外工藝發(fā)

11、展煤焦油廢水處理工藝 對于煤焦油加工廢水的處理方法，可大致分為兩大類，分別是物理化學處理方法和生物處理方法。 常用的物理化學法有：萃取法、吸附法、混凝沉淀法、超臨界氧化法、臭氧氧化、超聲波、Fenton氧化、二氧化氯、焚燒法、等離子體處理技術等。 生物處理方法則包括傳統(tǒng)活性污泥法和生物強化技術。 2.41 混凝法 顏家保等［8］以硅酸鈉和硫酸鐵制備了一種新型的混凝劑—聚硅硫酸鐵，探究了聚硅硫酸鐵的Fe與Si的摩爾比、pH以及投加量等因素對聚硅硫酸鐵的混凝效果。發(fā)現(xiàn)當n( Fe)∶n(Si) =1.00∶1.00，水樣pH為6.52以及投加量為20mg/L時，除油率達到90.2%，CO

12、D去除率約為62.5%。該絮凝劑之所以表現(xiàn)突出，是因為在制備過程中加入了活性硅酸，改善了聚合物的形態(tài)結構。開發(fā)成本低、功效大的新型混凝劑有助于廢水的高效處理。 2.42 萃取法 常用萃取劑有苯、丁醇等。目前使用較多的有N-503、TBP及TOPO等。其中N-503是一種最常用的高效脫酚萃取劑，它對酚的萃取分配系數(shù)大于苯及其它萃取劑。單級萃取率可達95%以上。但萃取后的廢水含酚量仍不符合排放標準，且在廢水中含微量萃取劑，可能造成二次污染。因此，N-503 萃取法對高濃度含酚廢水，僅作為一級回收處理；欲使廢水達到排放標準，須進行二級生化處理。葛宜掌等進一步提出了用協(xié)同—絡合萃取法回收含酚廢水中

13、的酚類方法。在此方法理論的基礎上，開發(fā)了4種HC新型萃取劑。其中使用HC-3和HC-4萃取劑單級萃取可使廢水中酚的含量降至10mg/L以下，除酚率可達99%以上[9]。 2.43 Fenton 氧化法 Chu 等［10］通過改進的Fenton 氧化法，具體是將2 價鐵鹽替換為鐵粉，與過氧化氫一起構成新型Fenton 試劑。通過實驗發(fā)現(xiàn)沒有Fe3 + 產(chǎn)生，并且在pH 為6. 5，過氧化氫濃度為0. 3 mol /L 時，反應1 h后，COD 的去除率達到44%～50%，總酚的去除率接近95%。多數(shù)有機物，包括雙環(huán)呋喃、喹啉、間苯二酚、呋喃酚都被完全去除。Fenton 試劑法在處理焦油廢水等

14、有毒有害難生物降解有機廢水中具有極大潛力，但是該方法處理費用較高，只適用于低濃度、少量廢水處理。 2.44 超臨界氧化法 全魁等［11］在最佳反應條件溫度420℃、壓力25 MPa、反應時間30 min、2倍的雙氧水氧化劑，采用間歇超臨界水氧化裝置處理焦油高酚廢水，COD去除率達99.1%，出水COD質量濃度152mg/L，除氨氮指標外，出水基本達到國家二級排放標準。氧化劑的加入量對該反應的進行至關重要，過多或過少都會影響出水水質。該方法在處理高濃度有機廢水上效果顯著。 2.45 A－A/O 工藝 昆明鋼鐵公司焦化廠利用原有的活性污泥基礎設施將焦化廠的生物處理工藝改造成A－A/O 工藝

15、。經(jīng)過調試后系統(tǒng)穩(wěn)定運行氨氮的去除率大于99%，混凝后COD去除率高于95%，其他污染物排放均達國家排放標準 [12]。 2.46 ENRT工藝 劉澤南等［13］對傳統(tǒng)的A/O工藝和A2/O工藝處理煤焦油深加工廢水很難達到預期效果，采用新工藝ENRT(短程硝化厭氧氨氧化)來處理煤焦油深加工廢水，經(jīng)過3個月左右的調試，出水COD去除率為92.1%～96.1%，氨氮去除率為92.2%～100%，可達到《污水綜合排放標準》( GB8978—1996) 一級排放標準要求。 2.47 SH－A節(jié)能型強化生物脫氮除碳工藝 楊庚涵[2]等采用“SH－A節(jié)能型強化生物脫氮除碳工藝”進行煤焦油加工廢水處

16、理的研究，討論了各個處理環(huán)節(jié)運行情況和處理效果。經(jīng)該工藝對煤焦油加工廢水進行處理后，COD、NH3 －N 和礦物油的去除率均可達到98%，色度和酚的去除率均可達到99%，氰的去除率可達到95%，各項指標均可達到國家《污水綜合排放標準》( GB8978—1996) 一級標準。 上述物化和生化方法各有其優(yōu)點，但也存在適用范圍窄、選擇性強的缺點。由于煤焦油加氫廢水具有成分復雜，污染物濃度高等特性，單一的處理方法效果很難達標。因此在處理的過程中，針污染物種類不同，濃度高低不一等情況，常常需要把多種方法結合起來，綜合考慮，才能達到較好的處理效果。 3、研究/設計的目標： 3.1 設計目標 廢水

17、來源：來源于高溫煤焦油加氫工藝的三個工段，分別為減壓精餾、冷低溫脫鹽水和穩(wěn)壓塔回流罐。 廢水水量：5m3/h。 廢水水質：進出水水質見表1，出水進入生化處理工藝。 表1 廢水水質指標 指標 COD 總酚 氨氮 氰化物 硫化物 進水（mg/L） 48140 3136 7310 12489 6678 出水（mg/L） 2500 800 300 25 25 去除率（%） 94.8 74.5 95.8 99.7 99.6 3.2 設計要求 3.21設計說明書：要求內(nèi)容系統(tǒng)完整、計算正確、運算簡潔明了、文理通順、書寫工整，裝訂整齊，字數(shù)不

18、得少于2.0萬字； 3.22 文獻要求：參考文獻不少于15篇，外文文獻不少于2篇，近5年的參考文獻不少于三分之一。 3.23 工藝圖紙：要求能準確地表達設計意圖，圖面力求布局合理、正確清晰，符合制圖標準、專業(yè)規(guī)范及有關規(guī)定，用工程字注文。圖紙不少于8張（按A1圖紙計），要求至少有1張手工圖。 4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）： 基于該廢水水量小、污染物濃度高、且含有酚、氰、氨氮等有毒有害物質的特點，宜采用化學方法、物理化學方法進行處理，以降低其有機污染物濃度，提高廢水的可生化性。同時在保證處理效果的前提下，需考慮處理成本和有用物質的回收。萃取法適

19、用于高濃度含酚廢水的處理，可回收酚油，具有一定經(jīng)濟效益，且含酚濃度越高經(jīng)濟性越好。針對煤焦油加氫廢水中含有高濃度難降解有機污染物的特點，宜采用高級氧化法進行處理，高級氧化法處理難降解有機廢水具有高效、快速、徹底的優(yōu)點，同時可進一步去除廢水中的氰、硫化物等，保證處理出水水質到達生化處理的要求。 綜上，本次設計擬采用以“萃取+高級氧化”為核心工藝的方案。 4.1擬采用的處理方案 根據(jù)現(xiàn)有水質情況，本次設計擬采用的處理方案如下。 方案1：“化學沉淀+萃取+蒸氨+高級氧化”， 方案2：“萃取+蒸氨+高級氧化”， 萃取可采用二級萃取，以徹底回收其中的酚油。 現(xiàn)結合設計任務

20、要求的處理水質、技術、經(jīng)濟及運行管理進行論證選擇： 4.2 化學沉淀+萃取+蒸氨+高級氧化 4.21化學沉淀法 向廢水中投加某種化學藥劑，使其與水中某些溶解物質產(chǎn)生反應，生成難溶于水的鹽類沉淀下來，從而降低水中這些溶解物質的含量，這種方法稱為水處理的化學沉淀法。由于煤焦油加氫廢水中含有較高的硫化物，且要求的去除率高達99.6%，結合方案設計廢水水量小的特點以及有用成分回收原則，可采用化學沉淀法來處理。這種方法擁有速度快，效率高，投資小，操作簡單等特點。 4.22萃取法 溶劑萃取法是利用難溶于水的萃取劑與廢水接觸，使廢水中酚類物質與萃取劑結合，實現(xiàn)酚類物質的相轉移。溶劑萃取法有物理萃取

21、法和絡合萃取法兩種，其關鍵工藝有兩個：一是富集操作，即將待分離的酚類廢水和萃取溶劑混合，酚類化合物被萃取劑中的絡合劑絡合而轉移至萃取相中；二是反萃取操作，即為了實現(xiàn)有價值酚類化合物的回收和萃取劑的循環(huán)利用，將萃取劑進行再生處理。 與傳統(tǒng)的工業(yè)處理方法相比，該法投資省、占地面積小、設備操作彈性大、消耗低，不但解決了高濃度廢水處理這一技術難題，降低了環(huán)境污染，保障了生產(chǎn)系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定、連續(xù)運行，而且回收的酚可以化工原料出售[14]。綜合考慮該方法，在技術上滿足高濃度含酚廢水的處理，穩(wěn)定可靠，有經(jīng)濟效益，前期投入小，運營成本低，設備操作運行簡單，適合作為在本次設計的小水量高濃度煤焦油加氫廢水中作

22、為收酚工段。 4.22蒸氨工藝 蒸氨塔從屬于解吸塔，是使溶解于循環(huán)水中的氨氣通過熱載體的傳熱而揮發(fā)釋放出來的操作設備。采用一般的載熱體水蒸汽作為加熱劑，使循環(huán)水液面上氨氣的平衡蒸汽壓大于熱載體中氨氣的分壓，汽液兩相逆流接觸，進行傳質傳熱，從而使氨氣逐漸從循環(huán)水中釋放出來，在塔頂?shù)玫桨闭羝c水蒸汽的混合物，在塔底得到較純凈的循環(huán)水。廢水中的氨氮主要以銨離子形態(tài)存在，利用傳統(tǒng)的汽液傳質方法將氨氮從廢水中分離出來并加以利用的方法，是目前最可靠最成熟的氨氮分離方法之一[15]。 該方法相比其他技術具有流程簡單，技術成熟、適應性強、處理效果穩(wěn)定、氨氮可回收利用等特點。其技術上成熟可靠，經(jīng)濟性較好，

23、運營管理簡便，適合在本次小水量高濃度煤焦油加氫廢水的設計中作為脫氨工段。 4.23高級氧化處理 高級氧化（Advanced Oxidation Process,簡稱AOP）又稱深度氧化，主要包括光化學氧化、催化濕式氧化、聲化學氧化、臭氧氧化、電化學氧化、Fenton氧化和超臨界水氧化法[16] 。是利用活性極強的自由基(如OH)氧化分解水中的難降解有機污染物的新型氧化除污染技術。OH的標準氧化還原電位高達2.8V，比其他常見的氧化劑（F2除外）具有更強的氧化能力，使水中的有機物質迅速被氧化得到降解，并最終氧化分解成為CO2和H2O，使有機污水中的COD值大大降低，對高穩(wěn)定性，難降解的有機污

24、染物尤為有效。 相比于其他方法，高級氧化技術對煤焦油加氫廢水中的濃度高，穩(wěn)定性強，難降解的有機污染物的去除有特效，具有降解徹底、無二次污染、停留時間短等特點。 工藝比選 擬選取的方案一為：化學沉淀+萃取+蒸氨+高級氧化，方案二為：萃取+蒸氨+高級氧化。由于核心工藝已經(jīng)確定，二者在工藝上大體相似，方案一比方案二多了一個化學沉淀步驟，故針對方案一和方案二的比選主要在于化學沉淀這一工段是否合理。 化學沉淀法，反應簡單，主要構筑物為沉淀池，且由于其處理水量很小為5m3/h，故需要的化學沉淀池池體的占地很也小，需投加的藥劑量也較少，投資成本和運行費用也較低，從來技術、經(jīng)濟、運營、管理上來說都

25、是合理可行的范圍內(nèi)的。 且從工藝上看，寶泰隆煤焦油加氫廢水屬高濃度含廢水，若不增加化學沉淀工段對硫化物進行處理，高濃度的含硫廢水在蒸氨工段中會產(chǎn)生大量的游離態(tài)的硫化氫，隨蒸汽從塔頂逸出，對蒸氨塔產(chǎn)生很嚴重的腐蝕，對設備的危害很大，而且會對氨的回收造成影響。且高級氧化階段的負荷會變大，出水的硫化物濃度也將無法達到出水水質要求。且在我院一次對寶泰隆高溫煤焦油加氫廢水處理的研究實驗中，實驗結果驗證了方案一是可行的。如下表2 故在綜合考慮下應該選取方案一：化學沉淀+萃取+蒸氨+高級氧化，作為寶泰隆圣邁公司高溫煤焦油加氫廢水的處理工藝。 表2 寶泰隆高溫煤焦油加氫廢水處理效果一覽表 原水

26、脫硫 萃取 蒸氨 氧化 COD 52428 16957 68142 15285 316 氨氮 22242 —— —— 425 55 酚 5900 —— 356 —— 59 硫化物 15200 28 —— —— 未檢出 5、方案的可行性分析： 6、該設計的創(chuàng)新之處 7、 時間進程 任務下達日期： 2015 年 1 月 5 日 論文開題日期： 2015 年 3 月 9 日 論文開始日期： 2015 年 3 月 16 日 中期檢查日期： 2015 年 5 月 8

27、 日 論文完成日期： 2015 年 6 月 20 日 時間（周） 任務 一 二 三 四 五 六 七 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 十六 十七 開題及外文翻譯 工藝流程計算 平面及高程計算 平面及高程草圖 構筑物一、二草圖

28、 構筑物三、四草圖 平面高程流程圖紙 構筑物一、二圖紙 構筑物三、四圖紙 說明書編寫 整理說明書 修改準備答辯 外文

29、翻譯 答辯 時間 工作內(nèi)容 設計成果 第1周 正式開題 完成開題報告和開題答辯 第2—12周 完成所有設計計算 設計圖紙初稿 第13周 完成說明書的編寫 說明書初稿 第14周 在指導老師的幫助下，對說明書進行查漏補缺 說明書 第15周 對所有成果進行復習檢查，準備答辯 上交說明書及圖紙，預答辯 第16周 畢業(yè)答辯 8、 參考文獻： [1] 馬建亮，彭亞偉，李國軍，等．利用煤焦油加氫轉化試制燃料油[J

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