1、 Perkembangan Industri Kimia Batubara di Tiongkok
Proses kimia batu bara adalah proses industri untuk mengubah batu bara menjadi produk gas, cair, dan padat atau produk setengah jadi, lalu memprosesnya lebih lanjut menjadi produk kimia dan energi. Termasuk kokas, gasifikasi batu bara, pencairan batu bara, dll.
Proses kokas merupakan proses yang paling awal dan masih menjadi proses terpenting dalam berbagai pemrosesan kimia batu bara. Tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan kokas metalurgi, sekaligus menghasilkan produk sampingan seperti gas batu bara dan hidrokarbon aromatik seperti benzena, toluena, xilena, naftalena, dll.
Gasifikasi batu bara juga memainkan peran penting dalam industri kimia batu bara, digunakan untuk produksi gas perkotaan dan berbagai gas bahan bakar (banyak digunakan dalam industri seperti mesin dan bahan bangunan). Ini adalah sumber energi bersih yang kondusif untuk meningkatkan standar hidup masyarakat dan perlindungan lingkungan; Ini juga digunakan dalam produksi gas sintesis (sebagai bahan baku untuk sintesis amonia, metanol, dll.), dan merupakan bahan baku untuk sintesis berbagai produk seperti bahan bakar cair.
Pencairan batu bara secara langsung, yang juga dikenal sebagai pencairan batu bara dengan hidrogenasi bertekanan tinggi, dapat menghasilkan minyak bumi dan produk kimia buatan. Pada saat terjadi kelangkaan minyak, produk pencairan batu bara dapat menggantikan minyak bumi alami saat ini.
Karakteristik sumber daya energi Tiongkok adalah "kekurangan minyak dan gas, sumber daya batu bara yang relatif melimpah", dan harga batu bara yang relatif rendah. Industri kimia batu bara di Tiongkok menghadapi permintaan pasar dan peluang pengembangan yang besar.
Industri kimia batu bara baru akan memainkan peran penting dalam pemanfaatan energi berkelanjutan di Tiongkok dan merupakan arah pembangunan penting selama 20 tahun ke depan. Hal ini sangat penting bagi Tiongkok untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pembakaran batu bara, mengurangi ketergantungan pada minyak impor, dan memastikan keamanan energi.
Industri kimia batubara baru terutama menghasilkan energi bersih dan produk yang dapat menggantikan petrokimia, seperti gas alam, solar, bensin, minyak tanah penerbangan, gas minyak cair, bahan baku etilena, bahan baku polipropilena, bahan bakar alternatif (metanol, dimetil eter), dll. Bila dipadukan dengan teknologi energi dan kimia, dapat membentuk industri integrasi kimia energi batubara yang sedang berkembang.
Saat ini, proyek-proyek kimia batu bara baru di Tiongkok berkembang pesat dan marak di mana-mana. Di Xinjiang saja, ada 14 proyek batu bara menjadi gas alam yang sedang dibangun atau direncanakan. Menurut statistik yang tidak lengkap, kapasitas produksi batu bara menjadi olefin yang sedang dibangun dan direncanakan di Tiongkok telah mencapai 28 juta ton, batu bara menjadi minyak telah mencapai 40 juta ton, batu bara menjadi gas alam telah mendekati 150 miliar meter kubik, dan batu bara menjadi etilen glikol telah melampaui 5 juta ton. Setelah semua proyek ini selesai, Tiongkok akan menjadi produsen industri kimia batu bara baru terbesar di dunia.
2、 Pentingnya pembuangan nol air limbah kimia batubara
2.1 Konservasi air
Industri kimia batu bara baru mengonsumsi air dalam jumlah besar. Untuk proyek kimia batu bara skala besar, konsumsi air per ton produk lebih dari sepuluh ton, dan konsumsi air tahunan biasanya mencapai puluhan juta meter kubik. Pesatnya perkembangan industri kimia batu bara telah memicu ketidakseimbangan antara pasokan dan permintaan sumber daya air regional. Sumber daya batu bara Tiongkok sebagian besar terkonsentrasi di utara dan barat laut, tempat sumber daya air sangat kurang. Saat ini, sengketa hak atas air telah muncul di wilayah ini. Jika situasi ini terus berkembang, hal itu akan memengaruhi perkembangan normal industri dan pertanian lokal, dan juga menimbulkan banyak masalah sosial.
Pembuangan nol limbah kimia batubara dan penggunaan kembali air limbah secara maksimal dapat menghemat sumber daya air dan meringankan kekurangan sumber daya air yang parah.
2.2 Melindungi lingkungan ekologis dan menghindari pencemaran air dan air tanah
Perusahaan kimia batu bara mengonsumsi banyak air, dan air limbah yang mereka buang sebagian besar berasal dari proses seperti kokas batu bara, pemurnian gas, serta daur ulang dan pemurnian produk kimia. Jenis air limbah ini memiliki volume besar dan kualitas air yang kompleks, mengandung sejumlah besar polutan organik seperti fenol, sulfur, dan amonia, serta polutan beracun seperti bifenil, piridina indol, dan quinoline, yang sangat beracun. Di daerah dengan sumber daya batu bara yang melimpah, seperti wilayah Yili di Xinjiang, Ningxia, Mongolia Dalam, dan basis kimia batu bara lainnya, penerapan emisi nol dapat secara efektif melindungi lingkungan ekologis dan menghindari pencemaran air dan air tanah.
2.3 Pentingnya Emisi Nol
Emisi nol "mengacu pada pengolahan air limbah produksi, pembuangan limbah, dan air limbah bersih yang dihasilkan selama industri kimia batu bara, yang semuanya digunakan kembali tanpa membuang air limbah ke dunia luar, yang dikenal sebagai" emisi nol ". Untuk proyek kimia batu bara yang saat ini sedang dibangun atau direncanakan di wilayah barat laut, "emisi nol" sangat penting, yang tidak hanya menyelesaikan beberapa masalah sumber daya air, tetapi juga tidak menyebabkan polusi dan kerusakan pada lingkungan dan ekologi setempat.
3、 Karakteristik Air Limbah Gasifikasi Batubara
Sumber dan karakteristik air limbah gasifikasi: selama gasifikasi batubara, sejumlah nitrogen, sulfur, klorin, dan logam yang terkandung dalam batubara sebagian diubah menjadi amonia, sianida, dan senyawa logam selama gasifikasi; Karbon monoksida bereaksi dengan uap air untuk menghasilkan sejumlah kecil asam format, yang kemudian bereaksi dengan amonia untuk menghasilkan amonia asam format. Sebagian besar zat berbahaya ini terlarut dalam air pencucian, air pencucian gas, air yang dipisahkan setelah pemisahan uap, dan drainase tangki selama proses gasifikasi, dan sebagian dibuang selama pembersihan pipa peralatan.
Untuk teknologi gasifikasi batubara, saat ini terdapat tiga jenis utama: fixed bed, fluidized bed, dan fluidized bed; Untuk jenis tungku, terdapat berbagai jenis seperti tungku gasifikasi interval fixed bed, tungku fusi abu, tungku Texaco, dan tungku Ende. Kualitas air drainase dari proses gasifikasi fixed bed, fluidized bed, dan fluidized bed ditunjukkan pada tabel berikut:
4、 Teknologi pengolahan air limbah gasifikasi batubara
4.1 Kualitas air limbah gasifikasi batubara setelah pemulihan fenol amonia
Limbah cair yang dihasilkan dari ketiga proses gasifikasi tersebut memiliki kandungan amonia yang tinggi; Kandungan fenol yang dihasilkan dari proses fixed bed tergolong tinggi, sedangkan kedua proses lainnya tergolong rendah; Proses fixed bed memiliki kandungan tar yang tinggi, sedangkan kedua proses lainnya tergolong rendah; Senyawa asam format yang dihasilkan dari proses gas flow furnace tergolong tinggi, sedangkan kedua proses lainnya tidak banyak menghasilkan senyawa tersebut; Sianida dihasilkan dari ketiga proses tersebut; Proses fixed bed menghasilkan polutan organik terbanyak yaitu COD dan merupakan penyebab pencemaran yang paling parah, sedangkan kedua proses lainnya memiliki pencemaran yang lebih sedikit.
Air limbah dari ketiga proses di atas tidak dapat langsung mengalami pengolahan biokimia tanpa pengolahan awal, terutama dengan kandungan amonia yang tinggi dan kandungan fenol yang tinggi di tungku Lurgi.
Untuk air limbah dari tungku Lurgi, diperlukan perangkat pemulihan fenol amonia untuk pra-pengolahan dan pemulihan; Air limbah gasifikasi dari proses fluidized bed dan fluidized bed memerlukan pra-pengolahan pemulihan amonia. Kualitas air setiap air limbah setelah pra-pengolahan adalah sebagai berikut:
4.2 Proses pengolahan biokimia air limbah dengan gasifikasi batubara (proses unggun tetap)
Konsentrasi CODcr air limbah gasifikasi dari proses fixed bed tergolong tinggi, yang termasuk dalam air limbah organik dan mengandung sejumlah besar amonia, nitrogen, dan fenol. Air limbah ini memiliki kromatisitas tertentu dan karakteristik sebagai berikut:
(1) Konsentrasi bahan organik dalam limbah tinggi, dengan nilai B/C sekitar 0,33, dan teknologi pengolahan biokimia dapat digunakan.
(2) Air limbah mengandung senyawa organik yang sulit dipisahkan seperti monofenol, polifenol, dan zat lain yang mengandung cincin benzena dan heterosiklus, yang memiliki toksisitas biologis tertentu. Zat-zat ini sulit terurai dalam lingkungan aerobik dan memerlukan pembukaan cincin dan degradasi dalam lingkungan anaerobik/fakultatif.
(3) Konsentrasi nitrogen amonia dalam limbah tinggi, sehingga sulit untuk diolah. Oleh karena itu, perlu menggunakan proses pengolahan dengan kemampuan nitrifikasi dan denitrifikasi yang kuat. Teknologi pengolahan air limbah gasifikasi batubara
(4) Air limbah mengandung minyak yang mengapung, minyak yang terdispersi, minyak yang teremulsi, dan zat minyak yang terlarut, dengan komponen utama minyak yang terlarut adalah senyawa aromatik seperti fenol. Minyak yang teremulsi perlu dihilangkan dengan flotasi udara, sedangkan zat fenolik yang larut perlu dihilangkan dengan metode biokimia dan adsorpsi.
(5) Mengandung zat penghambat toksik seperti fenol, polifenol, dan nitrogen amonia dalam air limbah, perlu dilakukan peningkatan kemampuan anti toksisitas mikroorganisme melalui domestikasi dan pemilihan proses yang tepat untuk meningkatkan ketahanan sistem terhadap benturan.
(6) Dampak pembuangan limbah abnormal, bila terjadi masalah dalam proses produksi, dapat menyebabkan pembuangan limbah abnormal dengan konsentrasi polutan yang tinggi, yang tidak dapat langsung masuk ke sistem pengolahan biokimia dan memerlukan tindakan seperti pengaturan kecelakaan.
(7) Air limbah mempunyai kromatisitas yang tinggi dan mengandung beberapa zat yang mempunyai gugus pembentuk warna.
Oleh karena itu, untuk memastikan kualitas limbah dari pengolahan air limbah proses, dipilih proses pengolahan biokimia dengan fokus utama pada penghilangan CODcr, BOD5, nitrogen amonia, dll. (terutama mempertimbangkan nitrifikasi dan denitrifikasi) untuk air limbah proses, dipilih proses prapengolahan dengan tujuan utama penghilangan minyak dan penghilangan warna, dan dipilih proses peningkatan pascapengolahan dengan fokus utama pada pengolahan fisika-kimia. Proses yang diadopsi adalah sebagai berikut:
4.3 Proses pengolahan biokimia untuk air limbah gasifikasi (fluidized bed dan fluidized bed)
Air limbah yang dihasilkan oleh proses fluidized bed dan fluidized bed memiliki COD rendah dan sifat biokimia yang baik (terutama air limbah yang dihasilkan oleh proses fluidized bed). Karakteristik utama dari air limbah ini adalah nitrogen amonia yang tinggi, dan proses pengolahan dengan efek nitrifikasi dan denitrifikasi yang baik harus dipilih.
Namun, pengolahan biokimia hanya menghilangkan polutan organik, minyak, amonia, fenol, sianida, dll. dari air limbah dan tidak dapat menghilangkan garam dari air limbah.
5、 Nol pembuangan air limbah gasifikasi batubara
5.1 Klasifikasi Drainase Kimia Batubara
Drainase industri kimia batu bara dalam produksi meliputi: air limbah produksi, air limbah domestik, limbah bersih, air hujan awal, dll. Air limbah produksi utama adalah air limbah gasifikasi; Air limbah bersih terutama berasal dari pembuangan air yang bersirkulasi dan air garam pekat yang dibuang dari stasiun desalinasi; Air hujan awal terutama dikumpulkan dalam sepuluh menit pertama dari area yang terkontaminasi.
Jumlah air yang lebih besar dalam drainase tersebut adalah air limbah bersih dan air limbah produksi. Secara umum, air limbah bersih dianggap terkumpul secara terpisah dari air limbah produksi, air limbah domestik, air hujan awal, dll., yang terbagi menjadi dua kategori: air bersih dan air limbah.
5.2 Pemanfaatan kembali limbah
Proses produksi kimia batu bara memerlukan sejumlah besar air yang bersirkulasi, dan skala stasiun air yang bersirkulasi umumnya besar, sehingga memerlukan sejumlah besar air tambahan. Ketika mempertimbangkan penggunaan kembali air limbah bersih dan limbah cair pengolahan limbah, umumnya dipertimbangkan untuk menggunakannya kembali sebagai air tambahan untuk stasiun air yang bersirkulasi.
Meskipun limbah dari instalasi pengolahan limbah menghilangkan sejumlah besar polutan organik, amonia, fenol, dan zat lainnya, kadar garamnya tidak berkurang. Kadar garam dalam air limbah bersih dan air garam pekat dari stasiun desalinasi umumnya 4-5 kali lebih tinggi daripada air baku. Oleh karena itu, untuk dapat menggunakan kembali limbah, diperlukan pengolahan desalinasi, jika tidak garam akan bersirkulasi dan terakumulasi dalam sistem.
5.3 Jenis-jenis proses pemanfaatan kembali air hasil reklamasi
Saat ini, proses desalinasi air yang telah diterapkan di China meliputi desalinasi kimia (yaitu desalinasi pertukaran ion), teknologi pemisahan membran, pengolahan air desalinasi distilasi, dan proses desalinasi yang menggabungkan metode membran dan pertukaran ion.
(1) Proses desalinasi pertukaran ion
Teknologi pengolahan air dengan pertukaran ion sudah cukup matang dan cocok untuk aplikasi dengan kadar garam rendah dalam air. Namun, saat mengolah air dengan kadar klorida tinggi, kadar garam tinggi, kadar kesadahan tinggi, air payau, dan air laut, teknologi ini memiliki kekurangan, yaitu mengonsumsi sejumlah besar asam dan alkali selama regenerasi resin, dan mencemari lingkungan dengan cairan buangannya.
(2) Proses desalinasi membran
Dengan kemajuan penelitian membran, teknologi pemisahan membran telah berkembang pesat, dan bidang penggunaan membran menjadi semakin luas. Ini telah menjadi teknologi tinggi yang terindustrialisasi, dengan keunggulan pengoperasian yang mudah, peralatan yang ringkas, lingkungan kerja yang aman, penghematan energi dan penghematan bahan kimia. Proses pemisahan utamanya adalah teknologi reverse osmosis, dan teknologi ultrafiltrasi dan filtrasi halus digunakan sebagai proses pra-pengolahan untuk reverse osmosis. Ini dapat dikombinasikan menjadi berbagai proses berdasarkan kualitas air baku yang berbeda.
(3) Proses desalinasi dengan menggabungkan metode membran dan metode pertukaran ion
Sistem desalinasi yang terdiri dari metode membran reverse osmosis dan metode pertukaran ion saat ini merupakan sistem pengolahan air desalinasi yang banyak digunakan. Dalam sistem ini, reverse osmosis berfungsi sebagai sistem pra-desalinasi untuk pertukaran ion, menghilangkan lebih dari 95% garam dan sebagian besar pengotor lainnya seperti koloid, bahan organik, bakteri, dll. dari air baku; Garam yang tersisa dalam air hasil reverse osmosis dihilangkan melalui sistem pertukaran ion berikutnya.
5.4 Pemilihan Proses Pemanfaatan Kembali Air Limbah
Campuran air dari instalasi pengolahan limbah dan air limbah bersih digunakan kembali, dengan volume air yang umumnya besar dan kadar garam rendah antara 1000-3000mg/L. Jika metode distilasi digunakan secara langsung, diperlukan sejumlah besar sumber panas dan energi yang terbuang, yang tidak sesuai. Karena adanya polutan organik tertentu dalam air limbah, penggunaan resin penukar ion dapat menyumbat resin. Selain itu, karena persyaratan kualitas air untuk air daur ulang tidak tinggi, pertukaran ion tidak cocok; Dengan peningkatan teknologi pemisahan membran dan proses produksi membran, masa pakai membran terus meningkat, dan harga penggunaan terus menurun. Penggunaan membran menjadi semakin populer. Direkomendasikan untuk memprioritaskan penggunaan metode membran ganda (ultrafiltrasi+reverse osmosis) dalam proses utama penggunaan kembali air limbah, dan untuk melakukan prapengolahan air limbah sesuai dengan karakteristik kualitas air yang berbeda untuk memenuhi persyaratan penggunaan membran ganda.
5.5 Konsentrasi membran air asin terkonsentrasi
Banyak perusahaan baik di dalam maupun luar negeri yang meneliti tentang pemekatan ulang air garam pekat yang diproduksi dengan metode membran ganda untuk mencapai kadar garam 60.000 hingga 80.000 mg/L. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kadar garam dalam air limbah sebanyak mungkin, mengurangi skala evaporator berikutnya, mengurangi investasi, dan menghemat energi.
Proses yang umum digunakan secara internasional meliputi proses konsentrasi membran HERO milik Aquatech, proses konsentrasi membran nanofiltrasi milik GE, proses konsentrasi membran OPUS milik Veolia, dan proses konsentrasi membran getar milik Maiwang. Proses di atas telah mencapai keberhasilan dalam konsentrasi garam di luar negeri. Beberapa perusahaan domestik juga tengah meneliti proses konsentrasi membran, tetapi saat ini belum ada pencapaian atau contoh rekayasa penggunaannya.
5.6 Penguapan
Setelah mencapai konsentrasi garam 60.000 hingga 80.000 mg/L dalam air garam pekat, penguapan dilakukan. Di luar negeri, proses penguapan untuk air limbah umumnya mengadopsi "teknologi penguapan resirkulasi kompresi uap mekanis film jatuh", yang saat ini merupakan solusi teknis yang paling andal dan efektif untuk mengolah air limbah dengan kadar garam tinggi di dunia. Saat menggunakan teknologi penguapan resirkulasi kompresi mekanis untuk mengolah air limbah, energi panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air limbah terutama disediakan oleh energi panas yang dilepaskan atau dipertukarkan selama kondensasi uap dan pendinginan kondensat. Selama pengoperasian, tidak ada kehilangan panas laten. Satu-satunya energi yang dikonsumsi selama pengoperasian adalah pompa air, kompresor uap, dan sistem kontrol yang menggerakkan sirkulasi dan aliran air limbah, uap, dan kondensat di evaporator.
Saat menggunakan uap sebagai energi termal, 554 kkal energi termal diperlukan untuk menguapkan setiap kilogram air. Saat menggunakan teknologi penguapan kompresi mekanis, konsumsi energi tipikal untuk mengolah satu ton air limbah salin adalah 20 hingga 30 kWh listrik, yang berarti hanya 28 kkal atau kurang energi panas yang diperlukan untuk menguapkan satu kilogram air. Efisiensi evaporator kompresi mekanis tunggal secara teoritis setara dengan sistem penguapan multiefek 20 efek. Mengadopsi teknologi penguapan multiefek dapat meningkatkan efisiensi, tetapi meningkatkan investasi peralatan dan kompleksitas operasional. Evaporator umumnya dapat meningkatkan kandungan garam dalam air limbah hingga lebih dari 20%. Biasanya dikirim ke kolam penguapan untuk penguapan alami dan kristalisasi; Atau, dapat dikirim ke kristalisator untuk kristalisasi dan pengeringan menjadi padatan, dan kemudian dikirim untuk dibuang.
6、 Pendahuluan Kasus Proyek Nol Emisi Domestik
Proyek batu bara menjadi gas alam Yili Xintian seluas 2 miliar meter kubik
Ø Proyek Pupuk Tuke Tahap I dari batubara menengah Ordos Energy and Chemical Co., Ltd. dengan output tahunan 1 juta ton amonia sintetis dan 1,75 juta ton urea
Ø China Power Investment Corporation Yinan 3 × Proyek Batubara ke Gas Alam Tahap I 2 miliar Nm 3/a
Proyek Pencairan Langsung Batubara Shenhua
Kinerja proyek tanpa emisi
6.1 Yili Xintian Produksi Tahunan 2 miliar meter kubik Proyek Batubara ke Gas Alam (Kontraktor Umum)
Ø Proses gasifikasi: Teknologi gasifikasi unggun tetap bertekanan batu bara hancur (tungku Luqi)
Ø Produk Proyek: Produksi tahunan gas alam sebesar 2 miliar Nm 3
Ø Isi sistem pengolahan limbah:
Instalasi pengolahan limbah: 1200m3/jam
Penggunaan kembali air limbah:
① Unit daur ulang air limbah biokimia: 1200m3/jam
② Unit daur ulang air limbah yang mengandung garam: 1200m3/jam
③ Unit penguapan multi efek: 300m3/jam
6.2 Proyek Pupuk Tuke (EPC) dari batubara sedang Ordos Energy and Chemical Co., Ltd
Ø Proses gasifikasi: Teknologi gasifikasi tekanan untuk terak batubara hancur (BGL)
Ø Produk proyek: 1 juta ton/tahun amonia sintetis dan 1,75 juta ton/tahun urea
Ø Isi sistem pengolahan limbah:
Instalasi pengolahan air limbah: 360m3/jam
Alat pengolahan air reklamasi: 1200m3/jam
Alat pengolah air garam pekat: 200m3/jam
Teknologi pengolahan:
Aliran proses pengolahan limbah
6.3 China Power Investment Corporation Yinan 3 × 2 miliar Nm 3/tahun Proyek Batubara ke Gas Alam Tahap I Proyek 2 miliar Nm 3/tahun (Desain Keseluruhan + Desain Dasar)
Proses gasifikasi: Teknologi gasifikasi unggun terfluidisasi oksigen murni (tungku GSP)
Ø Produk Proyek: Produksi tahunan gas alam sebesar 2 miliar Nm 3
Ø Isi sistem pengolahan limbah:
Instalasi pengolahan air limbah: 280m3/jam
Alat pengolahan air reklamasi: 900m3/jam
Alat pengolah air garam pekat: 120m3/jam
Ø Teknologi pengolahan:
Perangkat pengolahan limbah: pra-pengolahan + biokimia sekunder + pengolahan lanjutan
Perangkat pengolahan air reklamasi: pra-perawatan + ultrafiltrasi + reverse osmosis
Alat pengolahan air garam terkonsentrasi: konsentrasi membran + kristalisasi penguapan
6.4 Proyek Pencairan Langsung Batubara Shenhua (Batubara ke Minyak)
Ø Isi sistem pengolahan limbah:
Bagian pengolahan biokimia: termasuk sistem air limbah berminyak dan sistem air limbah konsentrasi tinggi
Bagian pengolahan garam: termasuk sistem air limbah yang mengandung garam, sistem air limbah penyiapan katalis, sistem pengolahan konsentrat evaporator
Ø Skala pemrosesan:
Sistem air limbah berminyak: 204m3/jam
Sistem pembuangan limbah konsentrasi tinggi: 150m3/jam
Sistem pembuangan limbah yang mengandung garam: 286m3/jam
Sistem air limbah persiapan katalis: 103m3/jam
Sistem pengolahan air garam terkonsentrasi: evaporator, kristalisasi, area kolam penguapan sekitar 12 meter persegi
