80t/hr煤气化废水处理流程改造、控制与运行

【摘要】：目前由于煤气化废水处理工艺流程的缺陷,带来处理后废水酚含量超标、废水难以达标排放。为解决煤气化废水处理流程中存在的诸多问题,本文以一个典型煤气化厂的废水处理工艺流程为背景,模拟分析现有流程、找出流程的瓶颈问题,提出解决流程瓶颈和问题的新的方案并实施运行,以保证废水的达标排放。 经过分析、简化和核算,建立适合该废水体系的有效热力学模型,并使用该模型对处理流程中的关键工艺进行标定计算和问题分析。经过分析和模拟,认为现有流程存在 (1)设置不合理,造成萃取系统pH值过高,继而严重影响萃取脱酚效果;(2)流程脱酸效率低,带来设备严重结垢等问题;(3)脱氨时候造成萃取溶剂DIPE损失。 在对应用于炼油工业含硫氨污水处理的单塔技术分析和模拟基础上,对原有煤气化废水处理工艺引入两个关键的改进。第一,引入一个侧线脱除氨,塔顶同时除去CO2的汽提塔;第二,在萃取酚之前脱氨,有效降低后续萃取系统pH值。在对单塔技术分析基础上,针对煤气化废水体系,进行了改造流程的模拟计算,以及关键的工艺操作参数的分析和优化。 通过对汽提塔建立动态模型,分析了当进料的组成、流量等发生波动时改造后流程中汽提塔的动态特性。以此为依据,对改造后流程确定了较为合理的控制方案。对工艺实施中的控制方案的具体实施,包括控制点的设置和采样、DCS系统的建设、计算机系统和组态、PID参数的整定等进行了设计和探讨。运行的结果证明控制方案合理,系统运行稳定、易于操作。 利用工业运行中大量的实时数据,对酸水汽提塔底氨含量,建立了以塔主要操作参数为自变量的一个基于偏最小二乘回归软测量模型。相对于多元回归模型,偏最小二乘模型能有效克服塔操作参数之间的相关性问题,仿真结果表明该软测量模型预测精度高,外推能力好。模型的建立为系统的进一步控制和优化奠定了技术基础。 改造后的新流程在工业上得以顺利实施和稳定运行。模拟和工业运行的结果表明,改造后的工艺CO2脱除率从改造前的约60%上升至99%以上,氨也得到有效的脱除,处理后废水体系pH值降至7以下。确保了随后酚的脱除率比改造前酚脱除率提高30%以上,使处理后废水减轻了后续生化处理的要求。该文提出的改造流程为解决煤气化废水处理领域内困扰人们的脱酚问题,提出了可行的解决案例。 【关键词】：煤气化废水 酚 流程模拟 控制 软测量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 本文所用到的符号说明9-16
• 第一章 绪论16-37
• 1.1 研究背景16-21
• 1.1.1 煤气化废水处理的紧迫性16-17
• 1.1.2 煤气化废水处理方法现状17-20
• 1.1.3 本文研究的工业背景20-21
• 1.2 废水脱酸、脱氨技术进展21-26
• 1.2.1 空气氧化法22
• 1.2.2 水蒸汽汽提法22-26
• 1.3 化工过程模拟技术进展26-31
• 1.3.1 流程模拟概念、分类及组成26-27
• 1.3.2 流程模拟的进展27-31
• 1.4 化工过程控制研究进展31-35
• 1.4.1 过程控制含义31
• 1.4.2 过程控制特点及意义31-32
• 1.4.3 过程控制理论及控制系统的发展32-35
• 1.5 本论文的研究内容35-37
• 第二章 全流程模拟37-51
• 2.1 废水体系的热力学研究37-42
• 2.1.1 体系的化学和相平衡模型37-41
• 2.1.2 汽提塔与精馏塔模型41-42
• 2.2 老流程模拟42-49
• 2.2.1 老流程工艺简介42-44
• 2.2.2 脱酸塔K01 模拟及分析44-46
• 2.2.3 萃取塔E01 分析46-48
• 2.2.4 溶剂汽提塔K02 模拟及分析48-49
• 2.3 本章小结49-51
• 第三章 流程改造与关键设备设计51-80
• 3.1 改造技术思路51-52
• 3.2 单塔加压侧线脱氨技术52-59
• 3.2.1 工艺原理52-54
• 3.2.2 案例分析54-56
• 3.2.3 单塔工艺运行初步分析56-59
• 3.3 单塔工艺设计59-72
• 3.3.1 煤气化废水组成特点59-60
• 3.3.2 固定铵的处理60-62
• 3.3.3 基础数据62
• 3.3.4 设计参数分析62-65
• 3.3.5 主要操作参数分析65-72
• 3.4 全流程分析72-79
• 3.4.1 改造后流程工艺72-73
• 3.4.2 改造后全流程分析73-79
• 3.5 本章小结79-80
• 第四章 流程控制与数据采集80-100
• 4.1 单塔动态模型80-82
• 4.2 单塔控制方案确定82-92
• 4.2.1 备用控制方案提出82-85
• 4.2.2 PID参数整定85-89
• 4.2.3 控制方案的确定89-92
• 4.3 计算机系统及组态92-98
• 4.3.1 DCS简介92-93
• 4.3.2 系统逻辑结构93-97
• 4.3.3 监控系统HMI实现功能及组态97-98
• 4.4 运行与分析98-99
• 4.5 本章小结99-100
• 第五章 汽提塔性能指标软测量模型的建立100-112
• 5.1 软测量技术100-102
• 5.2 偏最小二乘回归的建模原理102-105
• 5.3 软测量模型的建立105-111
• 5.3.1 辅助变量选择105-106
• 5.3.2 数据采集和数据预处理106
• 5.3.3 回归模型106-110
• 5.3.4 软测量模型的校正110-111
• 5.4 本章小结111-112
• 第六章 工业实施与工业运行分析112-121
• 6.1 工业实施112-114
• 6.2 改造流程物料平衡分析114-117
• 6.3 改造流程能量平衡分析117-118
• 6.4 改造前后对比分析118-120
• 6.5 本章小结120-121
• 结论121-122
• 参考文献122-133
• 攻读博士学位期间取得的研究成果133-134
• 致谢134

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