CN101659453A

CN101659453A - 用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔及萃取脱酚处理方法

Info

Publication number: CN101659453A
Application number: CN200910192476A
Authority: CN
Inventors: 钱宇; 陈赟; 高亚楼; 盖恒军; 周志远; 章莉娟; 孙玉江; 冯大春; 周永涛; 李秀喜; 宁秋实; 孟祥青; 吴昌祥
Original assignee: China Coal Longhua Harbin Coal Chemical Industry Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: China Coal Longhua Harbin Coal Chemical Industry Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: CN101659453B

Abstract

本发明公开了用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔及萃取脱酚处理方法。填料萃取塔的蜂窝格栅填料层是在萃取塔的空腔中包括多块矩形板片和矩形隔板，每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔；相邻的两块块矩形板片间距为50～70mm，矩形隔板插入矩形板片间，矩形板片与矩形隔板之间为整体结构；萃取脱酚处理方法包括污水从上段放大段与蜂窝格栅填料层之间的分布器进入萃取塔，与从下分布器进入的萃取溶剂进行逆流萃取，萃取温度为30～60℃。本发明采用填料萃取塔实现高浓度含酚煤气化废水工业应用，具有萃取效率高、处理量大、操作简单，操作费用低、易于安装与维护等特点。总酚脱除率高达93％以上。

Description

用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔及萃取脱酚处理方法

技术领域

本发明涉及用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔以及应用该装置萃取煤气化废水脱酚的方法。

背景技术

煤气化废水来自于煤气洗涤时产生的高污染废水，水质成份复杂，污染物质主要有氨、二氧化碳、单元酚、多元酚、脂肪酸等，硫化氢含量较少，另外还含有少量焦油、粉煤灰等物质。废水COD_cr值高，难以生物降解。而其中特别是酚类，种类繁多，浓度较高。例如中煤龙化哈尔滨气化厂每小时产生100吨煤气化废水，其酚含量高达4500～7000mg/L，而其中多元酚含量达1500～3500mg/L，COD_cr超过20000mg/L。酚类是对所有生活个体都有毒害的原型质毒物，当浓度高于1mg/L时可直接导致生物的死亡，严重危害生态和环境。高浓度含酚废水处理一直是我国废水处理和环境保护的难题。对于该类高含酚废水酚的回收和脱除，国内外普遍采用溶剂萃取法与生化处理相结合的方式来处理。而现有工艺一般采用转盘萃取塔、二异丙醚为溶剂来进行萃取脱酚。存在有萃取塔效率较低、萃取设备易堵塞等问题。例如，哈尔滨气化厂煤气化废水经过萃取塔萃取后，总酚仍高达1400mg/L，COD_cr高达6000mg/L，既造成了酚的浪费，同时该废水进入后续生化处理工段后，严重超出生化处理负荷，难以达到废水排放指标，对松花江下游水体水质造成严重威胁。

中国专利200610033932.1涉及到了一种采用静态混合器和填料萃取塔共同使用进行萃取脱酚的方法，中国专利200610036072.7也涉及到采用填料萃取塔进行萃取脱酚方法，但上述专利并未涉及到本发明所采用的特定填料萃取塔。

发明内容

本发明的目的在于针对现有煤气化废水萃取脱酚工艺设备缺点，提供一种处理量大、萃取效率高、易于安装维护的用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔。

本发明的目的还在于使用该装置进行萃取脱酚处理煤气化废水的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔，包括上段放大段、下段放大段、蜂窝格栅填料层、分布器和上界面测量装置；所述蜂窝格栅填料层位于上段放大段和下段放大段之间，在上段放大段与蜂窝格栅填料层以及蜂窝格栅填料层与下段放大段之间都设有分布器；上段放大段、下段放大段、蜂窝格栅填料层高度比为：6∶(17～19)∶5，外径比为：13∶11∶13；进料连接填料萃取塔的上段放大段与蜂窝格栅填料层之间的分布器；上界面测量装置位于上段放大段内，对上放大段两相界面进行界面控制；

所述蜂窝格栅填料层是在萃取塔的空腔中包括多块矩形板片和矩形隔板，每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔；相邻的两块块矩形板片间距为50～70mm，矩形隔板插入矩形板片间，矩形板片与矩形隔板之间为整体结构；矩形板片与垂直方向倾斜30～60度范围，多块矩形板片之间平行排列，在矩形板片间隔50～70mm纵向距离插入矩形隔板，矩形板片与矩形隔板之间相互交叉，成“X”型；填料空隙率大于94.5％；

所述分布器采用列管式分布器，多对支管平行间隔分布，通过中央主管连接并连通，主管和支管上都均匀开有多个小孔，开孔的孔径为8～14mm；在主管中部设有进料口；

所述上界面测量装置采用干簧管式磁控界面仪、磁致伸缩式界面仪、短波油水界面监测仪、电容式油水界面仪或射频导纳式界面仪。

所述蜂窝格栅填料层分为若干段，每段填料层制成高度为300mm的一块。

所述矩形板片和矩形隔板由不锈钢制成，厚度为2.5mm。

填料萃取塔的上段放大段萃取相出口通过管道连接溶剂回收塔，溶剂回收塔塔顶通过管道与溶剂罐连通，溶剂回收塔塔底与后续粗酚回收装置通过管道连接；填料萃取塔塔底水相连接后续水处理装置；溶剂罐连接填料萃取塔蜂窝格栅填料层与下段放大段之间的分布器。

应用填料萃取塔的萃取脱酚处理方法：经脱除酸性气和氨、并冷却到30～60℃的污水从上段放大段与蜂窝格栅填料层之间的分布器进入萃取塔，与从下分布器进入的萃取溶剂进行逆流萃取，萃取温度为30～60℃；在上放大段，萃取相和水分层后，萃取相泵入溶剂回收塔中，通过溶剂回收塔，进行精馏分离粗酚与溶剂，溶剂回收塔13塔顶操作压力为0.1～0.2MPa，温度为55～120℃，塔底为0.1～0.2MPa，温度为200～220℃，回流比0.2～0.6；分离回收溶剂回送至溶剂罐供循环使用，粗酚进入后续粗酚储罐；萃取塔的萃余相从塔底部进入后续处理装置。

定期通过管道向溶剂罐中补充新鲜溶剂。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明针对特定的煤气化废水体系，设计了适于该体系的填料萃取塔，以及萃取塔填料、分布器的适宜参数。相对于现有转盘萃取塔，具有如下优点：

(1)处理量大：相邻的两块块矩形板片间距为50～70mm，填料空隙率大，每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔，舌型孔向塔板液流出口处张开，张角约20°左右。舌片与板面成一定的角度，按一定规律排布，这样具有开孔率较大，因此可采用较大空速，生产能力大；传质效率高；塔板压降小。

(2)萃取效率高：填料层填料薄片对分散相有切割破碎作用，可以促进液滴的分散，增加液液传质面积，提高传质效率；填料的规整排列可以使塔内流体分布均匀，抑制了流体轴相返混现象，也提高了两相间传质的效率。

(3)耐腐蚀、强度高、易于安装维护：蜂窝格栅填料层分为若干段，每段填料层制成高度为300mm的一块，这样易于安装和维护，所述矩形板片和矩形隔板由不锈钢制成，厚度为2.5mm，具有耐腐蚀、强度高等优点。

附图说明

图1是填料萃取塔结构示意图；

图2是填料萃取塔填料层结构示意图；

图3是填料萃取塔分布器结构示意图；

图4是本发明的萃取塔应用于废水处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，本发明的实施例并不限于此。

如图1所示，用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔包括上段放大段1、下段放大段5、蜂窝格栅填料层4、分布器3和上界面测量装置2。蜂窝格栅填料层4位于上段放大段1和下段放大段5之间，在上段放大段1与蜂窝格栅填料层4以及蜂窝格栅填料层4与下段放大段5之间都设有分布器3；上界面测量装置2用于测量萃取溶剂相和水相界面，以进行精确控制相界面，位于上段放大段1中部。上段放大段1、下段放大段5、蜂窝格栅填料层4高度比为：6∶(17～19)∶5，外径比为：13∶11∶13。上界面测量装置2位于上段放大段1内，对上段放大段1两相界面进行界面控制。

如图2所示，蜂窝格栅填料层4是在萃取塔的空腔中，包括矩形板片6、7和矩形隔板8，每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔。相邻的两块块矩形板片6、7呈大致纵向排列，间距为50～70mm，矩形隔板8呈大致横向排列，插入矩形板片间，板片与隔板之间为整体结构。矩形板片与垂直方向倾斜30～60度范围，多块矩形板片之间平行排列，在矩形板片间隔50～70mm纵向距离插入矩形隔板8，矩形板片与矩形隔板之间相互交叉，成“X”型。每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔，舌型孔向塔板液流出口处张开，张角约20°左右。舌片与板面成一定的角度，按一定规律排布，这样具有开孔率较大，因此可采用较大空速，生产能力大；传质效率高；塔板压降小。

整个填料层分为若干段，每段填料层制成高度为300mm的一块，这样一方面使液体群有一个聚集再分散的过程，以提高传质效率，另外使用时候可以像搭积木一样堆积而成，便于安装。该填料空隙率大于94.5％。矩形板片6、7和矩形隔板8由不锈钢制成，厚度为2.5mm。大的填料空隙率保证了萃取塔处理量大、通量高、压降小；大的板片间距(格栅距)可以防止该体系易堵塞的缺点。

如图3所示，分布器3选择采用列管式分布器，多对支管9平行间隔分布，通过中央主管10连接并连通，主管10和支管9上都均匀开有多个小孔，开孔的孔径为8～14mm。在主管10中部设有进料口11，进料通过进料口11进入主管10，然后通过主管10进入支管9，进料流经主管和支管，从主管10和支管9上的开孔均匀流出。根据文献和实际的生产经验，设计分散相溶剂在进料分布器中的流速为0.3～0.6m/s，以防止萃取体系可能乳化的情况出现。

上界面测量装置2可采用干簧管式磁控界面仪、磁致伸缩式界面仪、短波油水界面监测仪、电容式油水界面仪、射频导纳式界面仪等界面测量装置。

本发明的萃取塔应用于煤气化废水萃取脱酚处理流程如图4所示。进料15连接填料萃取塔12的上段放大段1与蜂窝格栅填料层4之间的分布器3，填料萃取塔12的上段放大段1萃取相出口通过管道连接溶剂回收塔13，上段放大段1两相界面通过上界面测量装置2进行界面控制。溶剂回收塔13塔顶通过管道与溶剂罐14连通，溶剂回收塔13塔底与后续粗酚回收装置通过管道连接；填料萃取塔12塔底水相连接后续水处理装置；溶剂罐14连接填料萃取塔12蜂窝格栅填料层4与下段放大段5之间的分布器3。

经脱除酸性气和氨、并冷却到30～60℃的污水从上段放大段1与蜂窝格栅填料层4之间的分布器3进入萃取塔12，与从下分布器进入的萃取溶剂进行逆流萃取，萃取温度为30～60℃。在上段放大段1，萃取相和水分层后，萃取相泵入溶剂回收塔13中，通过溶剂回收塔13，进行精馏分离粗酚与溶剂，溶剂回收塔13塔顶操作压力为0.1～0.2MPa，温度为55～120℃，塔底为0.1～0.2MPa，温度为200～220℃，回流比0.2～0.6。分离回收溶剂回送至溶剂罐14供循环使用，粗酚进入后续粗酚储罐。萃取塔12的萃余相(废水)从塔底部进入后续处理装置。定期通过管道向溶剂罐14中补充新鲜溶剂，由溶剂罐14向萃取塔12供应溶剂。

实施例1～3是采用本发明专利技术的实施例，实施例4是原有技术实施的对比例。

使用该装置进行萃取脱酚处理煤气化废水的方法，包括如下步骤：

(1)经过出去氨和酸性气的煤气化废水，冷却至40～60℃后送入萃取塔上部，与从萃取塔下部进入的溶剂进行逆流萃取，萃取溶剂与污水的体积比为1∶5～10，该萃取溶剂可以是甲基异丁基酮或者二异丙醚，含有富酚的萃取相在塔上放大段与水相分离。

(2)溶剂回收：将步骤(1)采出的萃取相送至溶剂回收塔，使塔顶压力为0.1～0.2MPa，温度为55～120℃，塔底为0.1～0.2MPa，温度为200～220℃，回流比0.2～0.6，从塔顶采出溶剂回送溶剂罐以循环使用，从塔底采出产品粗酚；将步骤(2)采出的萃余相送至后续装置处理。

实施例1

某进入填料萃取塔煤气化污水总酚含量为6010mg·L^-1，pH值为6，水温50℃，流量100吨/小时。

萃取塔采用填料塔，填料层高度为17.5m，萃取剂为甲基异丁基甲酮，溶剂污水比为1∶6。溶剂回收塔理论级数为20级，塔顶压力0.11MPa，温度110℃，塔底压力0.12MPa，温度215℃，回流比0.5。操作中萃取塔上放大段相界面易于控制，处理后的废水中总酚含量280mg·L^-1，回收萃取溶剂中酚含量约为80mg/l^-1，粗酚中萃取剂含量约为800mg/l^-1。酚脱除率为93.3％，标定萃取级数约为5。

实施例2

进入填料萃取塔煤气化污水总酚含量为5680mg·L^-1，pH值为5，水温50℃，流量60吨/小时。

萃取塔采用填料塔，填料层高度为17.5m，萃取剂为甲基异丁基甲酮，溶剂污水比为1∶6。溶剂回收塔理论级数为20级，塔顶压力0.11MPa，温度110℃，塔底压力0.12MPa，温度215℃，回流比0.5。处理后的废水中总酚含量260mg·L^-1，回收萃取溶剂中酚含量约为74mg/l^-1，粗酚中萃取剂含量约为750mg/l^-1。酚脱除率为95.4％，标定萃取级数为5级。

实施例3

进入填料萃取塔煤气化污水总酚含量为5540mg·L^-1，pH值为6.5，水温50℃，流量80吨/小时。

萃取塔采用填料塔，填料层高度为17.5m，萃取剂为二异丙醚，溶剂污水比为1∶10。溶剂回收塔理论级数为20级，塔顶压力0.11MPa，温度68℃，塔底压力0.12MPa，温度200℃，回流比0.5。处理后的废水中总酚含量350mg·L^-1，回收萃取溶剂中酚含量约为80mg/l^-1，粗酚中萃取剂含量约为280mg/l^-1。酚脱除率为93.6％，标定萃取级数为5级。

实施例4

进入填料萃取塔煤气化污水总酚含量为5820mg·L^-1，pH值为6.5，水温50℃，流量88吨/小时。

萃取塔采用转盘萃取塔，高度为21m，萃取剂为二异丙醚，溶剂污水比为1∶10。溶剂回收塔理论级数为18级，塔顶压力0.11MPa，温度68℃，塔底压力0.12MPa，温度200℃，回流比0.5。处理后的废水中总酚含量1050mg·L^-1，回收萃取溶剂中酚含量约为92mg/l^-1，粗酚中萃取剂含量约为350mg/l^-1。酚脱除率为81.9％，标定萃取级数为1.8级。

通过对比采用填料萃取塔的实施例1～3与转盘萃取塔的实施例4可以看出，填料萃取塔酚脱除效果得到明显改善，总酚脱除率高达93％以上，相对于设备大小相近的通用转盘萃取塔，总酚脱除率比转盘萃取塔高出约15％以上，这极利于后续生化处理。分布器2能实现液体均匀喷淋、均匀分散，从而保证和另一相进行有效接触传质；填料层4填料薄片对分散相有切割破碎作用，可以促进液滴的分散，增加液液传质面积，提高传质效率；填料的规整排列可以使塔内流体分布均匀，抑制了流体轴相返混现象，也提高了两相间传质的效率。0.3～0.6m/s的分散相溶剂流速，经分布器2内8～14mm孔径的分布，可以形成合适大小的液滴，避免由于液滴过小，导致萃取乳化现象。上界面的精确控制，保证了操作的稳定。

Claims

1、用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔，包括上段放大段、下段放大段、蜂窝格栅填料层、分布器和上界面测量装置；所述蜂窝格栅填料层位于上段放大段和下段放大段之间，在上段放大段与蜂窝格栅填料层以及蜂窝格栅填料层与下段放大段之间都设有分布器；上段放大段、下段放大段、蜂窝格栅填料层高度比为：6∶(17～19)∶5，外径比为：13∶11∶13；进料连接填料萃取塔的上段放大段与蜂窝格栅填料层之间的分布器；上界面测量装置位于上段放大段内，对上放大段两相界面进行界面控制；

其特征在于：所述蜂窝格栅填料层是在萃取塔的空腔中包括多块矩形板片和矩形隔板，每块矩形板片和矩形隔板上都设有多个舌型孔；相邻的两块块矩形板片间距为50～70mm，矩形隔板插入矩形板片间，矩形板片与矩形隔板之间为整体结构；矩形板片与垂直方向倾斜30～60度范围，多块矩形板片之间平行排列，在矩形板片间隔50～70mm纵向距离插入矩形隔板，矩形板片与矩形隔板之间相互交叉，成“X”型；填料空隙率大于94.5％；

2、根据权利要求1所述的用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔，其特征在于：所述蜂窝格栅填料层分为若干段，每段填料层制成高度为300mm的一块。

3、根据权利要求1所述的用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔，其特征在于：所述矩形板片和矩形隔板由不锈钢制成，厚度为2.5mm。

4、根据权利要求1所述的用于煤气化废水脱酚的填料萃取塔，其特征在于：填料萃取塔的上段放大段萃取相出口通过管道连接溶剂回收塔，溶剂回收塔塔顶通过管道与溶剂罐连通，溶剂回收塔塔底与后续粗酚回收装置通过管道连接；填料萃取塔塔底水相连接后续水处理装置；溶剂罐连接填料萃取塔蜂窝格栅填料层与下段放大段之间的分布器。

5、应用权利要求1所述的填料萃取塔的萃取脱酚处理方法，其特征在于：经脱除酸性气和氨、并冷却到30～60℃的污水从上段放大段与蜂窝格栅填料层之间的分布器进入萃取塔，与从下分布器进入的萃取溶剂进行逆流萃取，萃取温度为30～60℃；在上放大段，萃取相和水分层后，萃取相泵入溶剂回收塔中，通过溶剂回收塔，进行精馏分离粗酚与溶剂，溶剂回收塔13塔顶操作压力为0.1～0.2MPa，温度为55～120℃，塔底为0.1～0.2MPa，温度为200～220℃，回流比0.2～0.6；分离回收溶剂回送至溶剂罐供循环使用，粗酚进入后续粗酚储罐；萃取塔的萃余相从塔底部进入后续处理装置。

6、根据权利要求5所述的应用填料萃取塔的萃取脱酚处理方法，其特征在于：定期通过管道向溶剂罐中补充新鲜溶剂。