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PTA廢水厭氧處理所產沼氣的回用

文檔作者：高冰冰文檔來源：中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部		更新日期： 2026年08月30日	點擊數：
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上一篇：危廢焚燒處理的設計難點與對策

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ＰＴＡ廢水厭氧處理所產沼氣的回用
高冰冰
（中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，上海２００５４０）
摘　要：　應用“厭氧－好氧”工藝處理對苯二甲酸廢水，在正常情況下，廢水厭氧處理過程中可產生沼氣
７０００～８０００ｍ３／ｄ，將沼氣回送至對苯二甲酸生產裝置精制單元熱媒爐，以代替部分燃料氣，可降低燃料氣
約５０００ｍ３／ｄ，年節約成本５００萬元左右，可降低能耗４８ｋｇ／ｔ產品（以標油計）。
關鍵詞：　對苯二甲酸廢水　厭氧反應器　沼氣燃燒器
文章編號：?。保叮罚矗保埃梗埂。ǎ玻埃保梗埃常埃埃矗梗埃础　≈袌D分類號：Ｘ７０３　　文獻標志碼：?。?
收稿日期：２０１９－０４－１５。
作者簡介：高冰冰，男，１９８８年出生，２００９年畢業于北京化工大學高分子材料與工程專業，工程師，目前從事滌綸聚酯的研發管理
工作。
　　對苯二甲酸（ＰＴＡ）產業廢水排放量普遍較
大，每生產１ｔＰＴＡ產生廢水４～５ｔ。ＰＴＡ廢水有
機物含量高，化學需氧量（ＣＯＤ）質量濃度為
５０００～９０００ｍｇ／Ｌ，且成分復雜，其固體顆粒主
要由ＰＴＡ、對二甲苯（ＰＸ）、苯甲酸（ＢＡ）、對甲基
苯甲酸（Ｐ－ＴＡ）等組成，Ｂ／Ｃ比值（即ＢＯＤ５／
ＣＯＤ，是指５日生化需氧量與化學需氧量的比值）
為０５～０６，具有較好的可生化性［１］。
中國石化上海石油化工股份有限公司（以下
簡稱上海石化）環保水務部ＰＴＡ廢水處理經過擴
能改造，將原來的“缺氧－好氧工藝”改造為目前
的“厭氧－好氧工藝”，廢水處理能力為
６２４０ｍ３／ｄ，最大ＣＯＤ負荷為３０ｔ／ｄ。ＰＴＡ廢水
經厭氧反應器處理后，可降解水中６０％ ～７０％的
有機物，有效降低后續好氧裝置的負荷，增強整個
污水處理系統的抗沖擊性［２］。厭氧反應器沼氣產
率隨上游廢水ＣＯＤ負荷變化而改變，沼氣產率為
０３５～０４ｍ３／ｋｇ，沼氣產量為７０００～８０００ｍ３／ｄ。
上海石化滌綸部ＰＴＡ裝置熱媒爐用于加熱
熱媒，以供應反應需要的熱量。該熱媒爐共有燒
嘴７根，沼氣投用之前燃料氣為干氣。為踐行清
潔生產、低碳發展等理念，充分利用ＰＴＡ廢水厭
氧處理產生的沼氣能源，上海石化ＰＴＡ裝置進行
了沼氣回用項目改造，增加相關沼氣設備，將第７
根燒嘴改造為沼氣燒嘴，以充分利用再生能源，達
到節能和環保的目的。
１　工藝路線
沼氣回用項目工藝流程由沼氣生成部分和
ＰＴＡ生產裝置沼氣燃燒部分組成，如圖１所示。
圖１　沼氣回用工藝流程
·４９·
　第３５卷　第３期
２０１９ 年６ 月
　　　　　　　　　　石油化工技術與經濟
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
　　來自ＰＴＡ生產裝置的廢水進入環保水務部
的廢水調節池，在調節池經過４８ｈ的調節，廢水
中的ＣＯＤ質量濃度得以均衡，調節池設ｐＨ計，
通過鹽酸或氫氧化鈉的加入，使廢水ｐＨ控制在
６～９。經調節后的廢水，用泵輸送至熱交換器，將
約５５℃的廢水通過冷卻水降溫至３３～３８℃，降
溫后的廢水進入厭氧反應器進行厭氧菌處理，通
過厭氧反應將可生物降解性ＣＯＤ轉化為沼氣。
沼氣的產生量取決于經過厭氧反應器所脫除
的ＣＯＤ數量，脫除ＣＯＤ越多，產氣越多。生成的
沼氣送至沼氣穩壓柜，經壓縮機升壓至１００ｋＰａ
后，沿廢水處理裝置界外原有管道送至ＰＴＡ生產
裝置熱媒爐。升壓后的沼氣，在分液罐中穩壓并
去除液相水分，再經過過濾器和阻火器后進入熱
媒爐燃燒。
２　主要設備及設計參數
（１）輸送泵
廢水輸送泵采用離心泵，由于廢水有腐蝕性，
泵體材料選用３１６Ｌ，揚程６～２４ｍ，操作溫度低于
６５℃。
（２）攪拌器
調節池采用潛水攪拌器，攪拌介質為廢水，有
腐蝕性，主要部件選用３１６Ｌ，單臺攪拌器功率為
１５ｋＷ。
（３）換熱器
采用板式換熱器，用于降低廢水溫度，冷側采
用循環冷卻水，主要材料為３１６Ｌ，換熱面積為
１８０ｍ２。
（４）厭氧反應器
厭氧反應器為高塔類反應器，總高為２４ｍ，
直徑１１ｍ，材料為碳鋼內防腐，操作溫度為常溫，
操作壓力為常壓。
（５）穩壓柜
穩壓柜由一個具防腐涂料的鋼罐和浮頂組
成。浮頂頂部的配重將設定氣體系統產生２５～
３０ｋＰａ的壓力，浮頂和罐體通過一個可伸縮的聚
酯織物的膜相連，從而浮頂可上下移動。這樣沼
氣穩壓柜的體積可增大或減小而無需改變氣體系
統的內壓，從而達到調節壓力的作用。
（６）壓縮機組
采用螺桿式壓縮機組，配置變頻電機，按照穩
壓柜的物位，調節壓縮機轉速，控制沼氣輸出流
量，壓縮機額定輸入流量為１０６００ｍ３／ｄ，出口壓
力為１００ｋＰａ，由于輸送氣為沼氣，具備防爆性能。
（７）凝液罐
凝液罐容積為１ｍ３，罐上設有安全閥，若沼
氣超壓將泄放至放空總管。罐體采用蒸汽伴熱，
將凝液加熱成氣相送入熱媒爐燃燒，分液罐設有
液位現場指示。
（８）沼氣燃燒系統
ＰＴＡ生產裝置熱媒爐為一底燒爐，先后經歷
擴能、“油改氣”、煙氣熱交換節能改造，熱負荷為
８８ＧＪ／ｈ，底部有配有７個１２６ＧＪ／ｈ能力的氣體
燃燒器。本項目將中心燃燒器改為沼氣燃燒器，
沼氣燃燒器設計能力不小于１２６ＧＪ／ｈ。考慮到
沼氣供應的間隙性，以及其特性與干氣相差較大，
沼氣與干氣將分屬不同的燃燒系統。
３　運行實踐及分析
通過實際運行可知，在ＰＴＡ廢水質量保持穩
定的情況下，厭氧反應器可提供穩定的沼氣供應。
沼氣的產生量隨著ＰＴＡ廢水ＣＯＤ質量濃度的波
動而發生變化，ＰＴＡ廢水ＣＯＤ質量濃度越高，產
氣量越大。實際運行中ＰＴＡ廢水的ＣＯＤ質量濃
度為２０８５～６９００ｍｇ／Ｌ，廢水量為３２８７～
５０２２ｔ／ｄ，沼氣產生量為７０００～８０００ｍ３／ｄ。
３１　沼氣的投用
ＰＴＡ廢水處理所產沼氣作為輔助燃料進入熱
媒爐進行燃燒，其控制系統為獨立的系統，與主燃
氣分開。在沼氣投運之前，應適當調節風門開度，
使殘氧的質量分數從正常值的３％提升至５％。
具備條件后，啟動“沼氣運行”按鈕，程序自動使
沼氣切斷閥打開，將沼氣送入燃燒器燃燒。沼氣
進入爐膛燃燒后，可逐步提升沼氣投用量，直至達
到規定用量。此時，主燃氣在自動調節模式下，投
用量會逐漸降低，以保持熱量供應的穩定。
考慮到沼氣投運初期，其成分不太穩定，因此
投入沼氣前應適當提高殘氧質量分數至５％，以
確保燃燒的穩定性。同時考慮到沼氣壓力會有波
動，在正常運行中，煙氣中的殘氧質量分數設定值
要比目前運行值高２％左右。
若因生產原因需要沼氣退出時，應逐步降低
沼氣供應閥開度，緩慢降低沼氣用量，直至完全退
出。避免因退出速度過快，導致熱媒爐出口溫度
波動，從而影響ＰＴＡ的正常生產。
·５０·
　　石油化工技術與經濟
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ　　　　　　　　　第３５卷　第３期　
２０１９ 年６ 月
由于沼氣為易燃、易爆氣體，因此沼氣控制系
統自帶安全聯鎖，程序如下：（１）在沼氣燃燒器附
近設火檢器，當火檢器信號至０時，說明沼氣火焰
已熄滅，此時沼氣切斷閥自動切斷，停止沼氣供
應，以防止未燃燒的的沼氣進入爐膛，發生爆炸；
（２）當沼氣燃燒器噴嘴處的壓力低于１ｋＰａ時，達
不到燃燒器的使用條件時，為避免發生熄火，此時
系統會自動切斷沼氣閥門。
３２?。校裕翉U水對厭氧菌的影響
沼氣發酵微生物要求有適宜的生存條件，對
溫度、酸堿度及其他環境因素都有一定的要求。
對ＰＴＡ廢水來說，在進入厭氧反應器之前應對溫
度和酸堿度進行調節，經研究影響厭氧菌活性的
主要有ＰＴＡ廢水中的溴離子、鈷和錳等重金屬含
量。
ＰＴＡ廢水中的溴離子主要來自于ＰＴＡ氧化
反應的促進劑四溴乙烷。在生產正常的情況下，
廢水中溴離子質量濃度為３０～７０ｍｇ／Ｌ。在實際
運行中，厭氧反應器的厭氧菌曾受到過一次溴離
子的沖擊，表現為沼氣產量急劇降低，由２００ｍ３／ｈ
降至約６０ｍ３／ｈ，沼氣穩壓柜升降一次氣位的間
隔時間也逐步拉長。經過細致的排查、確認，發現
當時廢水中的溴離子質量濃度達到１１２ｍｇ／Ｌ，是
由當時生產不正常導致的異常排放引起。
廢水中的重金屬主要來自于ＰＴＡ氧化反應
的催化劑乙酸鈷和乙酸錳，重金屬含量升高，對厭
氧菌的活性造成嚴重沖擊。因此，ＰＴＡ生產過程
中，要嚴格監控廢水中的溴離子和重金屬離子的
含量。當溴離子和金屬含量異常時，應及時采取
緊急措施，避免造成對厭氧菌的沖擊，從而影響沼
氣的供應。
３３　沼氣投用對煙氣排放指標的影響
根據《中華人民共和國環境保護法》的相關
規定，２０１８年起國家對熱媒爐的煙氣實施排放污
染物的連續監測，主要的監測物為氮氧化物、二氧
化硫和顆粒物。實際運行表明，沼氣的投用對煙
氣中氮氧化物、顆粒物的含量影響不大，但對二氧
化硫的含量影響較大。
運行中發現，當沼氣投用時，煙氣中二氧化硫
質量濃度比不投用時高出３０～４０ｍｇ／ｍ３。表１
為沼氣與干氣的成分對比，通過沼氣的成分分析
可知：由ＰＴＡ廢水厭氧處理后產生的沼氣，其總
硫含量比主燃氣干氣高，因此燃燒后會產生二氧
化硫，影響煙氣的環保指標。
表１　沼氣與干氣的成分對比
分析項目沼氣干氣試驗方法
氫氣體積分數／％ ＜００１ ＜００１ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
甲烷體積分數／％ ９８５ ９５６４ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
丙烷體積分數／％ ０３３ ０５２ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
丙烯體積分數／％ ＜００１ ＜００１ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
異丁烷體積分數／％ ０１１ ００７ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
正丁烷體積分數／％ ０１５ ００９ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
碳六及以上體積分數／％ ０２ ０３ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
異戊烷體積分數／％ ００８ ００３ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
正戊烷體積分數／％ ００５ ００２ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
碳二體積分數／％ ０５６ ３２９ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
碳四烯烴體積分數／％ ＜００１ ＜００１ Ｑ／ＳＰＣ２００１—２０１０
總硫質量濃度／
（ｍｇ·ｍ－３）
７１５ ＜１０ ＳＨ／Ｔ０２２２—
１９９２（２００４）
氮體積分數／％ ００１ ００４ ＧＢ／Ｔ６０２２—２００８
　　因此，沼氣投用之前，應增加脫硫裝置，去除
沼氣中的含硫成分，以確保煙氣中二氧化硫含量
合格。
４　技術經濟分析
在保持ＰＴＡ生產裝置負荷穩定、熱媒爐熱油
溫度和流量不變的情況下，沼氣投用與未投用時
干氣用量與該項目公用工程耗量見表２。
表２　沼氣投用與未投用時公用工程耗量
公用工程項目沼氣投用時耗量沼氣未投用時耗量
干氣／（ｍ３·ｄ－１） ４３５２９ ４８４６７
電／（ｋＷ·ｈ－１） ８４０ ０
循環水／（ｔ·ｄ－１） ３６０ ０
消防水／（ｔ·ｄ－１） ２４ ０
　　沼氣投用時，可降低干氣消耗４９３８ｍ３／ｄ，按
單價３元／ｍ３計算，每年為ＰＴＡ生產裝置節約干
氣成本５４０７萬元，扣除沼氣運行公用工程成本
１５６萬元，沼氣投運每年可為ＰＴＡ生產裝置節約
成本５２５１萬元。按ＰＴＡ產量９１０ｔ／ｄ計算，該
項目為ＰＴＡ生產裝置降低綜合能耗４８ｋｇ／ｔ（以
標油計）。
５　結論
（１）本項目合理、高效、無污染地利用ＰＴＡ廢
水厭氧產生的沼氣進行回用，達到節能、增效和環
保的多重效果，符合國家所倡導的節能減排、清潔
　第３期（２０１９）　　　　　　　　　　　 高冰冰ＰＴＡ廢水厭氧處理所產沼氣的回用 ·５１·
生產、低碳綠色等環保理念。
（２）ＰＴＡ廢水中溴離子和金屬離子的升高會
對厭氧菌會受到沖擊，使產氣量急劇下降，因此要
嚴格監控廢水中的溴離子和金屬離子的含量。
（３）ＰＴＡ廢水厭氧處理所產的沼氣中總硫含
量較高，應在投用前進行脫硫處理，以避免煙氣中
二氧化硫超標。
參考文獻
［１］　石興鵬，王小紅，趙清．厭氧過濾器技術在ＰＴＡ廢水中的運
用［Ｊ］．石油化工環境保護，２００３（３）：１１－１５．
［２］　李振峰．ＰＴＡ工業廢水的厭氧生物處理技術研究［Ｄ］．天
津：天津大學，２００６．
ＲｅｕｓｅｏｆＢｉｏｇａｓＰｒｏｄｕｃｅｄｂｙＡｎａｅｒｏｂｉｃＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＰＴＡＷａｓｔｅｗａｔｅｒ
ＧａｏＢｉｎｇｂｉｎｇ
（ＰｏｌｙｅｓｔｅｒＤｉｖｉｓｉｏｎ，ＳＩＮＯＰＥＣＳｈａｎｇｈａｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００５４０）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ“ａｎａｅｒｏｂｉｃ－ａｅｒｏｂｉｃ” ｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｒｅａｔｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｂｉｏｇａｓｏｆ７０００～８０００ｍ３ｃａｎｂｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｎ
ｏｎｅｄａｙ，ａｎｄｉｆｔｈｅｂｉｏｇａｓｉｓｓｅｎｔｂａｃｋｔｏｔｈｅｈｅａｔｍｅｄｉｕｍ ｆｕｒｎａｃｅｏｆｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｎｉｔｔｏ
ｒｅｐｌａｃｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｆｕｅｌｇａｓ，ｔｈｅｆｕｅｌｇａｓｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙａｂｏｕｔ５０００ｍ３／ｄ，ａｂｏｕｔＲＭＢ５ｍｉｌｌｉｏｎｃａｎｂｅ
ｓａｖｅｄｉｎｏｎｅｙｅａｒ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｔｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙ４．８ｋｇ（ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
ｓｔａｎｄａｒｄｏｉｌ）．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ａｎａｅｒｏｂｉｃｒｅａｃｔｏｒ，ｂｉｏｇａｓ，
櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵
ｂｕｒｎｅｒ
Ａｇｉｌｙｘ投運全球首套工業化廢聚苯乙烯全封閉回收裝置
　?。粒纾椋欤磳⑼哆\全球首套工業化規模全封閉
循環聚苯乙烯（ＰＳ）廢物回收裝置，此工廠位于美
國俄勒岡州泰格德市。該工廠將回收高達１０ｔ／ｄ
的ＰＳ廢料，生產出高品質苯乙烯物餾，英力士和
ＡｍＳｔｙ公司再把苯乙烯物餾加工成ＰＳ原料，進而
用于制造消費品。
據悉，Ａｇｉｌｙｘ開發的ＰＳ回收技術的基礎是對
聚合物鏈進行解聚，產出的苯乙烯物餾中大部分
是苯乙烯單體以及乙基苯、甲苯等其他產物。英
力士是苯乙烯類塑料的專業供應商。２０１７年，
Ａｇｉｌｙｘ曾與英力士簽署過一份ＰＳ回收工藝聯合
開發協議。目前ＰＳ的全球消費量約為１６Ｍｔ，到
２０１９年將增加至１７．５０Ｍｔ。在美國，僅有１．３％
的ＰＳ被回收。
（中國石化有機原料科技情報中心站供稿
櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵
）
北歐化工擬投資哈薩克斯坦大型石化項目
　　北歐化工與哈薩克斯坦聯合化工公司
（ＵＣＣ）簽署一項聯合開發協議，將在哈薩克斯坦
阿特勞（Ａｓｔａｎａ）地區投建一個大型石化項目。
該項目將包括一套１２５０ｋｔ／ａ的乙烷裂解裝
置和兩套６２５ｋｔ／ａ的Ｂｏｒｓｔａｒ工藝聚乙烯（ＰＥ）生
產裝置。目前還處在項目可行性研究階段，預計
２０２０年作出最終投資決策，２０２５年投產，其產品
主要的目標市場是獨聯體國家，除該地區之外還
有一些將出口到其他地區。
據稱，這是北歐化工全球化發展戰略的最新
舉措。
（中國石化有機原料科技情報中心站供稿）
·５２·
　　石油化工技術與經濟
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ　　　　　　　　　第３５卷　第３期　
２０１９ 年６ 月

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