包括合成气生产和整体化工厂设施的生物质液化工艺的废水处理

摘要

对来自生物质液化工艺的废水进行处理，所述工艺包括由生物质生产合成气以及通过费-托(Fisher-Tropsch)工艺将所述合成气转化成液体烃。所获得的废水采用与来自其他工业工艺的废水相同的方法纯化，所述其他工业工艺与生物质液化工艺整体化，例如是林业、发电和/或供热、垃圾焚化、或者金属精炼、石化炼油和/或油品精制工业中的工艺。所述生物质液化工艺和其他工业工艺可具有共同的给水工艺单元，共同的冷却水工艺单元，和共同的废水处理单元。废水处理工艺可包括生物纯化工艺，所述费-托(Fischer-Tropsch)工艺可利用钴催化剂。本发明还描述了包括生物质液化设备和其他工业设施的整体化工厂，其中这两种设备都与共同的废水处理设施连接。

说明书

发明领域

本发明涉及用于处理在与另一个工业工艺中生产的废水的共同废水处理工艺中的生物质液化工艺(biomass-to-liquid)所生产的废水的废水处理方法。本发明还涉及用于将生物质液化工艺与其他工艺整体化的方法，其他工艺优选是林业工业，例如用于生产纸浆和/或纸张的工艺，其中所述生物质液化工艺包括从生物质生产合成气的工艺以及将所述合成气转化成液体烃的费-托(Fischer-Tropsch)工艺，其中该整体化包括在共同废水处理过程中对生物质液化工艺和其他工艺产生的废水进行纯化。而且，本发明涉及整体化的工厂，其中生物质液化设备的至少一部分水处理设施和其他工艺是共同的，使得该设备和/或工艺中产生废水的单元都与共同废水处理设施相连，所述其他工艺是例如林业工艺、发电和/或供热工艺、垃圾焚化工艺、或者金属精炼、石化炼油和/或油品精制中的工艺。

技术背景

化石燃料逐渐减少的储藏量和化石燃料应用相关的有害气体排放增加了生物材料利用的兴趣，特别是从不可食用的可再生资源制造能代替化石燃料的液体燃料。已知一些现有技术工艺从生物起始材料生产液体燃料。但是，材料和能量的有效利用对于生物质液化燃料工艺的经济性是非常重要的。

生物质液化(BTL)设施通常由以下主要单元组成：用于生物质预加工、气化、合成气纯化、费-托(Fischer-Tropsch)(FT)单元、蜡裂化异构化、产物分离、气体循环和氧生产的模块。

已经使用来自可再生和化石来源的合成气通过费-托(Fischer-Tropsch)合成生产液体燃料。US 2007/0225383揭示将生物质转化成合成气并提供费-托(Fisher-Tropsch)反应用于将该气体反应成燃料和化学品的方法。该发明通过在吸热气化反应中利用放热费-托(Fischer-Tropsch)反应的热量从而改善该反应的能量平衡。

众所周知生物质液化是放热(如费-托(Fischer-Tropsch)、气化)和吸热(如生物质干燥、产物分离、气体纯化)和热中和(如空气分离单元ASU)过程的组合。在生物质液化中，压力变动和抽吸中间体和工艺冷却剂消耗大量电能。但是整个生物质液化的能量清单包括电能是正的。

从现有技术已知不同类型的整体化工艺产生改进的效率，在一些情况下产生降低的设备成本。美国专利5624964描述蒸汽重整单元和联合发电设备的整体化，其中将来自发电设备燃气涡轮空气压缩机的一部分压缩空气引入蒸汽重整单元的燃烧器-再生器，将来自燃烧器-再生器的热烟道气体回输至联合燃气涡轮发电设备的燃烧器，与剩余的压缩空气混合。蒸汽重整是费-托(Fischer-Tropsh)工艺的一个整体化部分，按常规在加热炉外侧上加热的多管式固定床反应器中进行，例如通过燃烧甲烷和丙烷之类的燃料为该反应供热。在联合发电设备中，通过在中等压力燃烧燃料气体而产生热的压缩气体，然后使其膨胀和冷却以产生能量和水蒸气，从而发电。

US 2004/0055716揭示与纸浆和纸张生产组合的合成气生产，其中用黑液气化联合循环(Black Liquor Gasification Combined Cycle，BLGCC)代替回收锅炉进行化学回收，增大制浆厂的能量产率，合成气生产变得更加能量有效，生产的合成气更加适合甲醇生产。这些工艺的联合使得能够利用较低等级的能量源，例如可能的林业废木。US 6180684揭示从烃类气体制备合成燃料以及在燃气涡轮中生产机械能和电能的整体化设备，其中利用来自燃气涡轮的热废气预热起始材料，利用机械能或电能操作整体化设备中的机械，为其他目的输出更多的能量。

现有技术还描述生物精炼厂与制浆造纸厂的整体化，其中造纸厂利用来自费-托(Fischer-Tropsch)过程的工艺蒸汽和热水代替通过燃烧天然气制得的蒸汽和热水。利用费-托(Fischer-Tropsch)过程的尾气代替石灰窑中的天然气。而且，从生物精炼厂向造纸厂输出电能，可以通过在生物精炼厂中将黑液中的有机物加工成合成气并且通过制浆厂再利用回收的煮制化学品从而取消化学回收锅炉。将合成气净化并输送至气液转化设备(整体化的林业生物精炼(The integrated forest biorefinery)：我们生物未来的途径(the pathway to our bio-future)，E.J.Connor，国际化学大会(International chemical conference)：效率和能量管理(efficiency and energymanagement)，魁北克(Quebec City)，加拿大(Canada)，2007年5月29日-6月1日，第323-327页)。

而且，已经讨论将燃烧生物质的合成气工艺与制浆造纸厂整体化。坐落在制浆造纸厂地点的联合供热和发动机燃料设备(CHMF)得益于制浆造纸厂的现有生物质供应基础设施。合成气工艺向制浆造纸厂提供燃料气体，优选是排出气体，用于最终预热回收锅炉水蒸气，为石灰窑提供燃料，或者为燃气干纸机提供燃料。来自造纸厂的黑液可部分气化，这种情况中，与黑液衍生气体一起进入主要合成气加工管线的硫化氢在气体调节步骤被除去，吸收在白液中。来自合成气调节步骤的富含CO₂的物流用作木质素去除工艺中的酸化剂(生物质转化(Biomass conversions)；整体化的林业生物精炼构想(Integrated Forest Biorefinery Concepts)，K.Saviharju和P.McKeough，纸浆和纸张大会(Pulp & Paper Conference)，2007年6月5日-7日，第5-10页)。

而且现有技术中已经提出许多在发电厂中使用合成气、费-托(Fischer-Tropsch)尾气和/或甲醇作为调峰燃料的用途。WO 2007/061616描述许多用于共同生产电能和化学品的合成气组合物，其中各功能要求的合成气体积和/或组成随时间变化。WO 2007/076363揭示费-托(Fischer-Tropsch)烃生产设施与发电设施的整体化，其中通过降低费-托(Fischer-Tropsch)反应器的温度从而增加尾气数量，并且使用费-托(Fischer-Tropsch)尾气为燃气涡轮发电组提供燃料，从而满足峰值负荷能量要求，由此实现合成气生产单元和费-托(Fischer-Tropsch)单元中的稳定流速。US 4946477揭示对整体化的气化联合循环(IGCC)发电设备中的甲醇生产步骤的改进，其中从富含CO的合成气生产甲醇，并用于调峰。水煤气变换和甲醇合成反应在液相甲醇反应器中同时发生。

但是，虽然已经对能量和化学品回收建议将生物质液化设备或其一部分与其他设施整体化，但是仍然需要更有效的生物质液化过程。还需要进一步改进生物质液化工艺与其他工业工艺的整体化。

本发明涉及对至少两种设备和/或工艺进行广泛整体化时生物质液化设备和其他工业设施的共同废水处理的协同化，所述其他工业设施例如林业工艺、发电设备、焚烧设备、金属加工、石化设备或油品精制。优选的其他工业工艺是生产纸浆和/或纸张的工艺。

发明概述

本发明涉及用于处理与其他工业工艺产生的废水的共同废水处理过程中的生物质液化工艺所产生废水的废水处理方法。而且，本发明涉及整体化工厂，其中生物质液化设备的水处理设施的至少一部分与另一种工业设施是共同的，使得两种设备和/或设施中产生的所述废水都与共同废水处理设施相连，所述另一种工业设施是例如林业工厂、发电和/或供热设备、垃圾焚化工艺、或者金属精炼、石化炼油和/或油品精制工业。

本发明还涉及将生物质液化工艺与其他工艺整体化的方法，所述其他工艺优选是林业工艺，例如生产纸浆和/或纸张的工艺，其中所述生物质液化工艺包括从生物质生产合成气的工艺以及将所述合成气转化成液体烃的费-托(Fischer-Tropsch)工艺，这种整体化包括在共同废水处理工艺中对生物质液化工艺和其他工艺生产的废水进行纯化。

整体化的生物质液化设备和其他工业设施的共同废水处理以及本发明废水处理方法的一个优点是，能够在废水处理工艺的生物纯化中利用受醇污染的水性流出物，该流出物是在费-托(Fischer-Tropsch)工艺使用钴催化剂时产生的。用来自其他工业工艺的水性流出物稀释该受醇污染的流出物时，向所述生物纯化提供的受醇污染的流出物的量能有效稳定和/或改善所述纯化工艺。

附图简要描述

图1是表示生物质液化工艺的一个例子的示意流程图。

图2是表示本发明一种实施方式的示意流程图。

发明详述

本发明涉及用于处理与其他工业工艺所产生废水共同的废水处理过程中的生物质液化工艺所产生的废水的废水处理方法。

在提供的说明书和权利要求中，以下术语具有以下定义的含义。

“整体化工艺”表示联合了可分别进行的至少两种独立工业工艺的两种或更多种相关功能的工艺，因此有至少一个明显工艺步骤是这两种工艺所共同的。

整体化工厂或设施表示至少两个工业设施具有一个或多个共同的工业单元的工厂或设施。

术语“废水处理”或“污水处理”表示从废水除去污染物的过程。其包括物理、化学和生物过程以除去物理、化学和生物污染物。其目的是产生适合于再利用或排放到环境中的废液物流(或处理后流出物)和固体废物或淤泥。废水处理通常包括三个阶段，称为一次处理、二次处理和三次处理。首先，从废水物流分离固体。然后通过使用固有的水生微生物将溶解的生物物质逐渐转化成固体物质。最后，将生物固体中和，或者处置，或者再利用，可以采用化学或物理方式对处理后水进一步灭菌。

术语“合成气”或“合成气体”表示由含碳物质气化产生的含有变化量的一氧化碳和氢的气体混合物。生物材料的气化提供的氢与一氧化碳的比例约为2。该气体适合于通过费-托(Fischer-Tropsch)合成提供烃，尤其是加入一些额外的氢以后。除了一氧化碳和氢以外，未纯化的“粗合成气”还包含“杂质”，例如CO₂(二氧化碳)、CH₄(甲烷)、H₂O(水)、N₂(氮气)、H₂S(硫化氢)、NH₃(氨)、HCl(氯化氢)、焦油、和小颗粒如灰和烟炱。通常需要调节粗合成气，以获得适用于费-托(Fischer-Tropsch)型合成的纯化的合成气。粗合成气的调节表示例如纯化的合成气的氢与一氧化碳的摩尔比为2.5∶1至0.5∶1，优选为2.1∶1至1.8∶1，更优选约为2∶1。

“费-托(Fischer-Tropsch)”合成是一种催化的化学反应，其中将氢和一氧化碳转化成基本高斯(Gaussian)分布的各种长度(指定的(C₁-C₁₀₀₊))的烃链。常用的催化剂基于铁和钴。术语“费-托(Fischer-Tropsch)条件”表示适合于进行费-托(Fischer-Tropsch)反应的反应条件。为了生产柴油燃料，所谓α值(0-1的值，甲烷的该值最低，固体蜡的该值最高)应当较高，优选接近0.89，这是中间馏分的最大α值。这些条件是众所周知的，可参见本领域文献。

术语“自热重整”表示通过联合部分氧化和蒸汽重整，从烃和甲醇之类的给料催化生产氢。

术语“水煤气变换”表示一种无机化学反应，其中水和一氧化碳反应以形成二氧化碳和氢(水裂解)。

术语“制浆和/或造纸厂”或“制浆和/或造纸工艺”或“制浆和/或造纸设施”表示从木材或非木原料生产纸浆和/或从纸浆生产纸张的工艺或生产设施。这些术语也表示独立的纸浆和纸张生产设施/厂。

作为用于FT工艺的原料，几乎所有种类的生物质都适合进行气化。需要时，首先将生物质干燥，使其湿含量降低至等于或小于35重量％，如10-20重量％。生物质通常选自植物、动物和/或鱼类来源的原始材料和废弃材料，例如城市废物、工业废物或副产物、农业废物或副产物(还包括家畜粪便)、木材加工业的废物或副产物、食品工业的废物或副产物、海洋植物(如海藻)及其组合。生物质材料优选选自不可食用的资源，例如不可食用的废物和不可食用的植物材料，包括油、脂肪和蜡。根据本发明的优选生物质材料包括木材加工业的废物和副产物，如残余物、城市废木材、木材废物、碎木、锯屑、稻草、木柴、木质材料、纸张、造纸或采伐过程的副产物、短期轮作庄稼等。来自FT工艺的生物质材料还可以包括植物油、动物脂肪、鱼油、天然蜡和脂肪酸。

适用于本发明FT工艺的原材料为各种不同形式，可进行合适的预处理工艺，以增大它们在本发明整体化工艺中的利用率。因此，可以对材料进行分选、清洁、洗涤、干燥、研磨、压紧、混合、预氢化等，以除去杂质和提供适合于生产用于FT反应的合成气的给料物流。

用于构建整体化的生物质液化工艺和工厂的设备通常包括已知部件或者可由已知部件改进的部件。整体化的生物质液化设施所需要的基本设备通常包括用于预加工生物质、气化、合成气纯化、费-托(Fischer-Tropsch)反应、蜡裂化-异构化、产物分离、气体分离和循环、以及氧生产的模块。

在生物质液化工艺中，工艺流出物在气化、气体纯化、费-托(Fischer-Tropsch)工艺、产物升级段中形成。可以将这些流出物物流输送至新的共同的或现有的废水处理设备，该废水处理设备的位置靠近另一个工业工艺和/或设施，如制浆和/或造纸厂。

用水洗涤合成气时形成由气化产生的工艺流出物。进行水洗涤从而纯化合成气除去颗粒，残留的重焦油、轻焦油、铵、碱金属、氯化物和磷化合物、以及所有其他水溶性化合物。从气化器的洗涤器液体中分析的典型轻焦油化合物如表1中所示。洗涤器水的总有机碳(TOC)含量通常远低于1克/立方分米。在水洗涤中，将合成气冷却至大约50℃。合成气流出物的冷却导致过量水形成工艺流出物。对于生产大约110000吨/年(t/a)液体燃料的生物质液化工艺，气化产生的工艺流出物的量为10-40吨/小时。

表1

  毫克/立方分米 苯  3 水溶性化合物  53 单环芳香烃  0 萘  5 茚和PAH化合物  22 总焦油  83

当费-托(Fischer-Tropsch)合成使用钴催化剂时，从费-托(Fischer-Tropsch)工艺产生约20-25吨/小时的工艺流出物，主要是受醇污染的水。还从产物升级单元产生一些流出物。在费-托(Fischer-Tropsch)工艺中使用铁基催化剂导致只从气体纯化单元和产物升级单元产生工艺流出物。对于铁基催化剂工艺，流出物的量明显减少。

生物质液化产生的水性工艺流出物的总量为几十吨/小时。制浆和/或造纸厂的废水处理设备的容量通常在几千吨/小时的范围。整体化的BTL构想在总废水流中导致的增加很小。获得更明显的协同作用，因为来自生物质液化工艺的工艺流出物尤其是醇使生物废水处理工艺变稳定。

生产造纸用纸浆的最常见的方法是化学或机械制浆。在化学制浆中，用热量和化学品处理碎木或木质纤维的非木材料，使材料纤维分离，并溶解纤维之间的木质素。在机械制浆中，将木材机械研磨成纤维。洗涤获得的木浆(化学或机械纸浆)，经常还要漂白。如果制浆厂与造纸厂相连，则可将纸浆直接从洗涤/漂白输送至造纸机的原料准备。如果不能这样做，则将纸浆干燥并打包以供后用。对于没有自己的纸浆生产的造纸厂，还可以以打包形式提供纸浆。

在造纸厂中，原料准备包括几个阶段。在原料准备中，向原料中加入水和各种添加剂，生产能输送至造纸机的压头箱的纸浆悬浮液。在造纸机中，将原料输送通过金属网上的压头箱，通过吸干水分、压制和干燥形成纸幅。然后切割干燥的纸幅，并卷成最终产品。

在化学制浆厂中，用于煮制的化学品是在制浆厂的化学回收循环中回收的。在Kraft制浆工艺中，用过的煮制液体即黑液在任选回收其妥尔油部分之后燃烧。在回收锅炉中，包括硫化氢的有机物质分解。含有钠和硫的熔融物溶解，用于提供新的煮制液体。从以上可知，制浆厂包括生产水蒸气的回收锅炉。制浆厂还包括废热锅炉，也用于生产水蒸气。这些锅炉都产生烟道气，必须在其排放到环境之前进行清洁。对于这个目的可以使用洗涤器。

在例如木材处理、煮制(化学制浆)、研磨(机械制浆)、洗涤、过筛和漂白时形成制浆废水。烟道气洗涤器也产生废水。废水中包含用于消解(化学制浆)的化学品以及从木材中分离的有机材料，例如木质素、糖和半纤维素。由于存在这些污染物，所以废水具有较高的生物化学需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)，颜色也较深。可以通过化学凝结、沉降和过滤工艺处理制浆废水。可以通过超滤处理制浆厂中的漂白废水。使用原始纸浆的造纸厂产生的废水的受污染程度较小，可以在用凝结-沉降或溶解-气浮处理之后排出。随后，可以在过滤之后对处理后水进行再利用。

目前的造纸工艺从考虑减少耗水量角度设计。新鲜水只用于该工艺的最关键部分，例如造纸机喷淋器和化学稀释。将来自造纸机的过量水引向制浆工艺，并引向通过纤维回收的流出物处理。还有一部分水蒸发，尤其是在造纸机干燥器段中。

当所述其他工业工艺是制浆和/或造纸厂时，本发明的整体化工艺获得很大的益处。除了共同废水处理的很大协同作用之外，制浆和/或造纸厂的废物和/或副产物还能非常有效地用作BTL的原料。同时，BTL工艺的其他废物(除水以外)如硫化氢在制浆和/或造纸厂的常规硫再循环系统中有效处理。同样重要的是，来自气化单元和来自BTL工艺的费-托(Fischer-Tropsch)反应的水蒸气能用于发电和/或纸浆造纸厂的单元操作，例如干燥纤维状给料或干燥纸张。而且，来自普通离子交换工艺的纯化水可用于造纸和/或制浆厂中，以及用于BTL工艺中。来自BTL工艺的费-托(Fischer-Tropsch)的燃料气体(尾气和/或排出气体)也可用于制浆和/或造纸厂中发电。

在优选的整体化生物质液化工艺设备中，包括用于将生物质液化工艺反应器中产生的水输送至制浆和/或造纸厂的废水处理单元的装置。还包括将冷却水以及来自普通离子交换工艺的纯化给水输送至生物质液化工艺的装置。该设备还包括用于将制浆造纸厂产生的能量输送至生物质液化工艺的装置，以及用于将费-托(Fischer-Tropsch)反应器中产生的水蒸气和能量输送至例如所述制浆造纸厂的干燥工艺的装置。还提供用于将生物质(例如制浆和/或造纸厂的基于木材的废物)输送至合成气生产用于费-托(Fischer-Tropsch)反应器的装置，以及用于将仪表空气输送至生物质液化工艺的装置，以及将来自生物质液化工艺的富含H₂S的气体和燃料气体输送至制浆和/或造纸厂的装置。

在用于冷却目的的这两个工艺中使用大量水，可以将这些水输送至用于未污染水的独立下水道。本发明涉及这种冷却水引入和排出的共同利用。还通过利用共同单元为这两个工艺提供纯化的工艺水从而提供益处。

油品精制是将原油加工并精制成更有用的石油产品的工业工艺，所述更有用的石油产品例如是汽油、柴油燃料、沥青基、燃料油、煤油、和液化石油气。油品精制的废水收集和处理系统单元可包括油水分离器，这是一种设计用于从油品精制的废水流出物中分离大量油和悬浮固体的装置，所述系统单元还包括溶解气浮(DAF)单元和一些类型的进一步处理，例如活化淤泥生物处理器，用于使水适合于再利用或处置。通过油品精制获得的一种产物是石化产物或石化给料，经常将它们输送至石化设备，采用各种方式进一步加工。石化产品可以是烯烃或其前体，或者是各种类型的芳香族石化产品。根据污染物通过各种方式处理来自石化设备的废水。一部分流出物通常在生物废水纯化设施中处理，这些设施也适用于处理BTL流出物。

焚化是一种废物处理技术，其包括燃烧有机材料和/或物质。将焚化和其他高温废物处理系统描述为“热处理”。废物材料的焚化将废物转化成焚化炉底灰、烟道气、微粒和热量，随后可以用它们来发电。有多种焚化炉设备设计，例如移动式炉栅、固定式炉栅、旋转窑和流化床。现代焚化炉包括污染减少设备，例如烟道气清洁设备。例如可通过用酸和/或碱性洗涤液体进行洗涤以及使用除去颗粒和其他杂质的装置对烟道气进行清洁。来自洗涤器的废水必须随后通过废水处理设备，该设备可以根据本发明与生物质液化设备整体化。

金属工业中使用各种处理废水的工艺，例如在钢铁或制铝工业和/或采矿业如煤矿中。尤其是来自各种洗涤器的废水可以采用与来自BTL工艺的废水相同的方式进行处理。如果在费-托(Fischer-Tropsch)工艺中使用铁催化剂，则将BTL工艺与铁工业设施整体化时可以获得额外的协同效果，因为可以从铁生产设施获得新的催化剂。将BTL工艺与金属和/或采矿工业设施整体化的其他益处有，来自金属生产或例如煤矿的气体可用作BTL工艺的费-托(Fischer-Tropsch)单元的给料。

本发明涉及用于将生物质液化工艺与其他工业工艺整体化的方法，其中该整体化包括在共同废水处理工艺中对所述生物质液化工艺和其他工业工艺中产生的废水进行纯化。生物质液化工艺包括在气化和气体调节单元中从生物质生产合成气的工艺，以及用于将所述合成气转化成液体烃的费-托(Fisher Tropsch)工艺。通常所述其他工业工艺是发电和/或供热工艺，垃圾焚化工艺，金属精炼、石化炼油和/或油品精制工业中的工艺，或者林业工艺，最优选是用于生产纸浆和纸张的工艺。

本发明进一步涉及用于处理生物质液化工艺所形成的废水的废水处理工艺，其中在与其他工业工艺所生产废水共同的废水处理设施中对生物质液化工艺产生的废水进行纯化，所述其他工业工艺与生物质液化工艺整体化。生物质液化工艺包括用于从所述制浆和/或造纸工艺的基于木材的副产物生物质生产合成气的工艺，以及用于将所述合成气转化成液体烃的费-托(Fisher Tropsch)工艺。所述其他工业工艺通常是发电和/或供热工艺，垃圾焚化工艺，金属精炼、石化炼油和/或油品精制工业中的工艺，或者林业工艺，优选是用于生产纸浆和/或纸张的工艺，最优选是用于生产纸浆和纸张的工艺。

合适生物质来源的例子包括林业残余物、城市废木材、造纸业的副产物和废物、木材废物、碎木、锯屑、稻草、木柴、农业残余物、家畜粪便、来自商业和工业的废物等。短期轮作庄稼，如柳树、杨树、槐树、桉树，和木质纤维庄稼，如芦苇、草芦、芒草和柳枝稷，也是合适的生物质。

在本发明的优选实施方式中，共同废水处理工艺包括生物纯化工艺，所述费-托(Fischer-Tropsch)工艺利用钴催化剂，其提供受醇污染的水性流出物，其中，用来自所述制浆和/或造纸工艺的水性流出物稀释所述受醇污染的流出物，用于所述生物纯化工艺。受醇污染的流出物通常包含0.25-5重量％的醇，优选向该生物纯化工艺提供的该流出物中的醇的量能有效地稳定和/或改善所述纯化工艺。

在本发明的另一种优选实施方式中，生物质液化工艺和其他工业工艺除了共同废水处理工艺之外还具有共同给水工艺单元和共同冷却水工艺单元，从而具有综合性整体化水处理系统。

合成气的生产可包括用水洗涤和/或骤冷合成气，从而除去污染物和/或冷却合成气，可以在本发明的共同废水处理工艺中纯化制得的污染水。污染水通常包含水不溶性和水溶性污染物，包括重焦油或轻焦油、铵、碱金属、氯化物、磷化合物、以及冷凝水蒸气。

在本发明的优选实施方式中，在共同离子交换工艺中分别提供生物质液化工艺和其他工业工艺要求的纯水。通常使用纯水为所述整体化工艺中的各工艺提供水蒸气。优选生物质液化工艺包括水煤气变换(WGS)反应，将来自共同离子交换工艺的化学纯水提供给WGS反应。可进一步将化学纯水提供给气化单元以及生物质液化工艺的自热重整器。

含有元素碳、烟炱和/或焦炭的固体残余物可以作为生物质液化工艺的气化副产物生产。通常将固体残余物或元素碳或其一部分用于纯化生物质液化工艺或其他工业工艺的受污染液体和/或气态流出物，优选用于制浆和/或造纸工艺。

通常通过纯化工艺增大固体残余物/元素碳的能量值，可将其与其他工业(优选是制浆和/或造纸工艺)的可燃性副产物混合，用于提高可燃性副产物的燃烧值。还可以使用固体残余物提供活性炭。可以将通过进一步加工固体残余物/元素碳获得的活性炭用于活性炭过滤器中。

在本发明的一种优选实施方式中，分别使用生物质液化工艺中提供的高压、中压和/或低压水蒸气作为其他工业工艺中的高压、中压和/或低压水蒸气，优选用于制浆和/或造纸工艺中。

通常对费-托(Fischer-Tropsch)工艺生产的烃进行蜡裂化异构化，将制得的产物分离成气态排出气体和液体燃料产物。优选将气态排出气体或其一部分引导至其他工业工艺中用于燃烧和能量生产。

调节费-托(Fischer-Tropsch)工艺的工艺参数可以获得不同量的产物，例如气态排出气体和液体燃料产物。如果例如其他工业工艺中的能量生产需要更多的排出气体，则可以调节费-托(Fischer-Tropsch)工艺的工艺参数，从而形成更多的排出气体和更少的液体燃料产物。因此，可以通过调节所述费-托(Fischer-Tropsch)工艺的参数来调节从费-托(Fischer-Tropsch)工艺引向其他工业工艺和/或共同废水处理的产物量。如何调节费-托(Fischer-Tropsch)工艺参见Steynberg A.和Dry M.的著作，费-托技术(Fischer-Tropsch Technology)，Elsevier 2004，第601-680页。

在本发明的优选实施方式中，进行制浆和/或造纸工艺以生产纸浆和/或纸张，进行生物质液化工艺以生产柴油和/或石脑油沸点范围的生物燃料，任选进行该整体化工艺以提供多余的能量和/或化学品。

本发明还涉及包括生物质液化设备和其他工业设施的整体化工厂，其中生物质液化设备和其他设备具有共同的至少一部分的水处理设施，因此，所述设备和工厂中产生水性流出物的单元分别与共同废水处理设施相连。生物质液化设备包括气化和气体调节单元，该单元用于合成气生产，能够从生物质生产合成气，该生物质液化设备还包括费-托(Fischer-Tropsch)合成单元，该单元能够将所述合成气转化成液体烃。通常所述其他设施是发电设备，焚化设备，金属加工，石化设备，油品精制或林业厂，优选是制浆和/或造纸厂，最优选是制浆造纸厂。

在本发明的优选实施方式中，共同废水处理设施包括生物水纯化设施，该设施适合于纯化所述制浆和/或造纸厂的水性流出物。该费-托(Fischer-Tropsch)单元可进一步包括钴催化剂，提供适合于生物废水纯化的受醇污染的水。

在本发明的另一种优选实施方式中，生物质液化设备包括合成气纯化单元，即，具有洗涤器和/或骤冷单元的气化和气体调节单元，该单元提供适合于生物废水纯化的污染水。

整体化的生物质液化设备和其他工业设施(优选是制浆和/或造纸厂)可具有共同离子交换单元，用于提供纯水。通常该生物质液化设备包括水煤气变换(WGS)单元，该单元利用来自共同离子交换单元的水。

整体化工厂的生物质液化设备可进一步包括吸收单元，该单元包括在所述气化单元中生产的元素碳，通常该生物质液化设备包括用于生产高压、中压和/或低压水蒸气的装置以及其他工业设施，所述其他工业设施优选是制浆和/或造纸厂，该生物质液化设备还包括对所述高压、中压和/或低压水蒸气进行利用的装置。

给出以下实施例用于进一步说明本发明，并非意图限制其范围。根据以上说明，本领域技术人员能够以多种方式修改本发明，提供具有共同废水处理的两种或更多种工艺的整体化。所述整体化的至少两种工业设施可以以不同的程度进行整体化，其中整体化的工业单元的总数等于或大于1。

实施例1

图1显示生物质液化(BTL)工艺的示意流程图，该工艺位置紧靠制浆造纸厂并与其整体化。该生物质液化工艺包括将林业残余物1输送至给料预处理单元2，然后将给料输送至气化和气体调节单元3，用于生产合成气。气化和气体调节单元3包括气体洗涤和水煤气变换(WGS)单元。单元3与空气分离单元(ASU)4相连，单元4用于生产氧。在费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6之前，在气体加工和清洁单元5中处理该气体。

在自热重整(ATR)单元7中从给料物流13生产氢，给料物流13包含来自该工艺的尾气14和排出气体15。在压力变动吸附(PSA)单元7或类似单元中分离出氢。还可使用来自该工艺其他部分的氢。

在产物升级单元8中从费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6的产物气体获得石脑油9和柴油10馏分。从气化和气体调节单元3获得高压水蒸气(hp水蒸气)11，从费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6获得中压水蒸气(mp水蒸气)12。分别从费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6和产物升级单元8进一步除去费-托(Fischer-Tropsch)尾气14和排出气体15。分别从费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6以及气化和气体调节单元3获得水性流出物16和17。

图2显示上述BTL生物柴油设施20的一个例子。在该实施例中，将来自共同木材供应设施18的约2.1太瓦小时/年或约1百万立方米/年的能量木材(主要是林业残余物)1输送至生物质液化工艺，该工艺与制浆造纸厂19整体化。该BTL工艺产生65000-88000吨/年的柴油和20000-27000吨/年的石脑油。该制浆造纸厂19产生约600000-700000吨/年的纸浆和/或纸张。

将冷却容量为30-60兆瓦的冷却水25从工厂废水系统23输送至气化和气体调节单元3，用于冷却产生的合成气，输送至费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6并输送至BTL生物柴油设施20的空气分离单元4。进一步将来自制浆造纸厂19和BTL生物柴油设施20的共同离子交换工艺22的120-150吨/小时(35-40千克/秒)的纯化给水输送至BTL生物柴油设施20的WGS反应。WGS从一氧化碳和水生产氢。还利用纯化给水为例如以下工艺提供水蒸气：生物质气化、气体调节和/或尾气间接冷却工艺。

可以在制浆造纸厂19中直接使用从BTL生物柴油设施20的费-托(Fischer-Tropsch)工艺的间接冷却获得的中压纯水冷凝物(20千克/秒)28。同时在BTL生物柴油设施20中利用制浆造纸厂19产生的20-30兆瓦的电能26。

而且，在制浆造纸厂19中直接使用在BTL生物柴油设施20中获得的水蒸气，10-25千克/秒的高压水蒸气11和0-10千克/秒的中压水蒸气12。利用高压水蒸气11发电，利用中压水蒸气12干燥纸浆和/或纸幅。还可以在BTL生物柴油设施20中在气化、气体调节和/或WGS中至少部分地使用中压水蒸气12。

在费-托(Fischer-Trpsch)合成中使用钴催化剂，因此，在费-托(Fischer-Tropsch)合成单元6中产生受醇污染的水，即20-25吨/小时的流出物16。这种污染水不能在工艺中再循环，必须在特别的纯化工艺中对该流出物进行加工。但是，稀释之后，可以在废水处理工艺单元21的生物废水纯化工艺中对污染水进行处理。在生物废水纯化工艺中使用稀释的含醇流出物事实上稳定和改善了该纯化工艺。

在气化和气体调节单元3的洗涤器中以及在BTL生物柴油设施20的产物升级单元8中还产生25-30吨/小时的水性流出物即废水。在气化和气体调节单元3中用水洗涤合成气时，形成工艺流出物。在水洗涤中，合成气冷却至50℃。

还可以在制浆造纸厂19中有效处理BTL生物柴油设施20的除水以外的其他废物。在制浆和/或造纸厂19的常规硫再循环系统中处理3千克/秒的硫化氢27。

在所述工艺中，在制浆造纸厂19附近的废水处理工艺单元21的生物纯化工艺中纯化的水性流出物的总量通常为45-55吨/小时，其典型组成显示在下表2中。

表2

  流出物  数量  特性  废水  20.6吨/小时  醇  MEOH  0.26体积％  ETOH  0.1体积％  PROH  0.03体积％  BUOH  0.02体积％  C5OH  ＜0.01体积％  C6OH  ＜0.01体积％  C7₊OH ＜0.01体积％

同时，制浆造纸厂19从其不同工艺步骤产生约2000-5000吨/小时的污染水(流出物)29。因此，BTL生物柴油设施20和制浆造纸厂19产生污染水作为该工艺的不利副产物。根据本发明，在共同废水处理设施中合并和纯化废水物流。在本实施例中，在生物纯化工艺中处理废水，首先用来自制浆造纸厂的水稀释来自BTL生物柴油设施20的废水，然后将其输送至水纯化。