CN103834441B - 一种煤气化生产污水回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气化生产污水回收利用方法，属于工业生产综合利用技术领域。技术方案是：在煤气降温塔（1）的煤气进口设置提温塔（3）并配套设置真空闪蒸槽（4），水在提温塔内与煤气直接逆流接触换热，水温升高送入真空闪蒸槽进行闪蒸，下部水返回到提温塔循环提温，形成循环加热回路；煤气炉的进口设置空气加热器，真空闪蒸槽分离出的水蒸汽进入空气加热器，冷凝水回收到煤气炉夹套或废锅代替软水生产水蒸汽，作为煤气炉的气化剂使用。本发明设备使用寿命长，运行成本低，每生产1吨醇氨，煤气降温塔循环冷却水用量降低10-20m³，污水回收量增加50-300kg，软水用量下降50-300kg，煤炭消耗下降5-30kg，实现煤气洗涤污水零排放，环保、节水、节能效益都非常显著。

Description

一种煤气化生产污水回收利用方法

技术领域

本发明涉及一种煤气化生产污水回收利用方法，属于工业生产综合利用技术领域。

背景技术

煤化工已成为化学工业的重要组成部分，煤气化在煤化工中占有非常重要的地位，煤气化用于生产城市煤气及各种燃气，也用于生产合成气，作为合成氨、合成甲醇等多种化工产品的原料；煤气化的过程是以煤炭（焦炭）为原料，以空气（氧气或富氧）、水蒸汽作为气化剂，在一定压力和温度下通过化学反应将煤炭中的有机质转化为可燃气体的工艺过程；煤气化所得到的气体称为煤气、半水煤气、原料气，进行煤气化的设备称为煤气发生炉、煤气炉或气化炉。煤气炉出口的煤气温度较高，回收部分显热后温度仍然较高，但因露点腐蚀问题，这部分热量的回收目前存在很大的技术难题，绝大部分没有回收，直接采用冷却水洗涤降温使煤气温度进一步下降后送往下一工序；煤气洗涤水为污染很严重的污水，含有硫、酚、氰化物、氨氮等多种污染物，COD高达10000mg/L以上甚至更高，因此煤气洗涤水必须循环使用，一旦外排将对环境造成严重的污染；在煤气化的过程中气化剂水蒸汽并不能全部参加化学反应，水蒸汽的分解率一般为40-70%，分解率的高低与煤气炉的工况有关，30-60%的未反应的水蒸汽混合在煤气中，这部分水蒸汽在煤气洗涤降温的过程中大部分或绝大部分冷凝为液态水进入洗涤污水中，使得煤气洗涤污水涨水，被迫外排，所排放的这部分污水因污染物含量太高，直接外排污染严重，但处理难度很大、处理成本很高。

以固定床间歇常压煤气化生产甲醇、氨为例，采用常温空气和过热水蒸汽作为气化剂，每生产1吨醇氨煤气炉入炉空气量约为2000-2500Nm³、入炉蒸汽量约为1400-2400kg，煤气炉出口220-300℃的煤气经回收显热后，温度降到110-170℃，进入降温塔采用冷却水洗涤降温，煤气温度下降到30-50℃送入储气柜；煤气洗涤水循环使用，采用凉水塔降温。背景技术主要存在以下几个方面的问题：

一是煤气洗涤水为酸性含尘污水、PH值3-5，COD太高、有害物质含量高、种类多、成分复杂，无法通过简单的沉淀、过滤、中和等来处理及回收利用；

二是每生产1吨醇氨实际参加气化反应的蒸汽量只有900-1000kg，大量没有反应的水蒸汽在煤气洗涤降温的过程中，被煤气洗涤水冷凝下来并放出大量的冷凝热进入煤气洗涤污水中，使煤气洗涤的热负荷大幅度增加，循环水量增加，制气能耗及运行成本大幅度提高的同时又造成热量的大量浪费，每生产1吨醇氨，煤气洗涤降温的循环冷却水用量高达70-100m³；

三是当煤气炉炉况较好，水蒸汽分解率达到50%以上，夏季气温较高、气候干燥季节凉水塔蒸发水损失量较大，煤气洗涤循环水系统可以实现污水零排放；但夏季多雨以及冬季气温较低的季节凉水塔水蒸发损失量很小，系统涨水问题非常突出，被迫排放部分污水；当煤气炉炉况较差，蒸汽分解率在50%以下，夏季气温较高、气候干燥季节煤气洗涤循环水系统即存在明显的涨水，夏季多雨以及冬季气温较低的季节涨水问题将更加突出，污水排放量大幅度增加；因此必须配套建设污水处理装置，因这部分污水处理难度大、处理成本太高，处理不达标、偷排污水污染环境的现象时有发生；年产20万吨醇氨固定床煤气化装置，全年排放的煤气洗涤污水量高达10000m³以上，存在重大的环保问题；

四是煤气化工艺采用常温空气作为气化剂，所说的常温是指室外空气的自然温度，冬季和夏季的空气温度相差很大，特别是我国北部地区冬季和夏季空气温差高达60℃以上，同一天的昼夜温差有时也高达15℃以上，气化剂空气温度的变化对煤气炉稳定运行极为不利，经常因此造成煤炭消耗增加、煤气洗涤污水系统严重涨水等问题。

针对以上问题，有人提出了两段结构的洗气塔（降温塔），如中国专利号200910014146.0和201020211741.1所述，下段设置换热器用于加热软水，上段用于煤气降温；专利号200910014146.0在下段设置热管换热器，专利号201020211741.1在下段设置波纹管列管换热器，解决了回收部分低温余热的问题，但煤气洗涤冷却水系统涨水问题没有得到解决；存在的主要问题是：换热器换热管直接与煤气接触，露点腐蚀非常严重，换热器使用寿命很短，一般在1年左右或不足1年，换热器一旦出现泄漏，因所加热的软水压力较高，软水将漏入煤气洗涤冷却水系统，造成煤气洗涤污水涨水问题更加严重，实用性及经济性较差，不适宜在生产实际中采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤气化生产污水回收利用方法，在煤气降温塔的煤气进口设置提温塔并配套设置真空闪蒸槽，在煤气炉的进口设置空气加热器，将气化过程中未反应的部分水蒸汽分离出来，回收到气化炉内作为气化剂使用：有效解决煤气洗涤污水涨水问题，同时规避煤气对换热器的露点腐蚀问题，实现低温余热的回收利用，达到节能、降耗、环保、增效的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种煤气化生产污水回收利用方法，包含如下工艺步骤：

①通过冷凝、闪蒸将气化过程未反应的部分水蒸汽进行分离：

在煤气降温塔的煤气进口设置提温塔并配套设置真空闪蒸槽，水在提温塔内与110-170℃煤气直接逆流接触换热，煤气中的大部分未反应的水蒸汽冷凝，与进入提温塔的水混合，并释放出大量冷凝热，水温升高到90-100℃，送入真空闪蒸槽进行闪蒸，分离出70-90℃的水蒸汽，真空闪蒸槽下部70-80℃的水返回到提温塔循环提温，形成循环加热回路；煤气温度降到80-90℃进入降温塔，经进一步冷却后温度下降到30-50℃送入储气柜；

②通过再冷凝、再蒸发将所分离的水蒸汽返回到煤气炉内作为气化剂使用：

在煤气炉的进口设置空气加热器，真空闪蒸槽分离出的70-90℃水蒸汽进入空气加热器，加热空气的同时使水蒸汽冷凝，冷凝水回收到煤气炉夹套或废锅代替软水生产水蒸汽，作为煤气炉的气化剂使用，形成水、汽循环回路，热空气作为气化剂代替常温空气进入煤气炉。

煤气炉也称为气化炉、煤气化炉、煤气发生炉，是将煤作为气化燃料进行可燃气体制造的炉子。

通过以上步骤，将气化过程中没有反应的部分蒸汽分离出来返回到煤气炉作为气化剂使用，有效解决煤气洗涤污水涨水问题，采用煤气与水直接逆流接触的方式将煤气的热量转移到水中，再采用真空闪蒸的方式将热水中较为清洁的水蒸汽分离出来作为加热空气的热源，巧妙的避开换热器换热管受煤气露点腐蚀严重的影响，实现了煤气低温余热的回收利用。

本发明的提温塔与真空闪蒸槽构成独立的水循环加热回路，提温塔采用空塔喷淋或采用低阻、抗堵填料塔结构，设备使用寿命长，运行可靠。

控制真空闪蒸槽真空度10-40KPa（a）。

热水在真空闪蒸槽停留时间≧1分钟。

煤气炉气化剂空气入炉温度由常温提高到50-80℃。

空气加热器设置在空气鼓风机的进口或出口。

降温塔和提温塔可分体设置，也可以设置为一体结构两段布置。

提温塔与降温塔之间设置连通阀门，提温塔亏水由降温塔上水系统补水，提温塔涨水，多余的水排到降温塔回水系统，操作简单、灵活可靠。

本发明的积极效果：煤气在提温塔内与水逆流、直接接触，将热量传递给水，同时煤气中大部分未反应的水蒸汽在此阶段冷凝，水的温度升高后依靠压差自动进入真空闪蒸槽进行闪蒸，真空闪蒸槽闪蒸出的较清洁的水蒸汽进入空气加热器冷凝，同时加热空气，冷凝水回收到煤气炉的夹套、废锅等代替软水使用生产水蒸汽，相当于将气化过程中未反应的部分水蒸汽分离出来回收到了气化炉内；降低煤气化生产过程软水消耗的同时，使煤气洗涤污水涨水问题得到了有效解决，空气加热器换热管不与煤气直接接触，不存在露点腐蚀问题，使用寿命长，同时因没有设置软水加热器，所以不存在因换热器泄漏导致煤气洗涤污水涨水问题，对煤气的部分低温余热进行了有效的回收，回收的热量又通过加热气化剂空气的方式返回到了煤气炉内，使煤炭消耗降低，同时煤气炉入炉空气温度波动范围大幅度缩小，不再受季节和昼夜温差的影响，有利于稳定煤气炉工况和进一步降低煤炭消耗。与背景技术相比，设备使用寿命长，运行成本低，每生产1吨醇氨，煤气降温塔循环冷却水用量降低10-20m³，污水回收量增加50-300kg，软水用量下降50-300kg，煤炭消耗下降5-30kg，全年可实现煤气洗涤污水零排放，环保问题可得到有效的解决，节水、节能效益都非常显著。

本发明可用于各种煤气化生产污水的回收利用，也可以用于其他行业的污水回收利用，闪蒸出的低压水蒸汽可用于加热入炉气化剂空气、氧气等，也可以用于加热其他介质；回收的冷凝水可以代替软水、脱盐水生产水蒸汽，也可以作为其他用途使用。

本发明特别适用于北方地区煤气化生产，冬季空气温度一般在-10℃以下甚至更低，采用本发明将煤气炉入炉气化剂空气温度由-10℃以下提高到50-80℃，每生产1吨醇氨可回收污水量200-300kg，煤炭消耗下降20-30kg，可彻底解决冬季煤气洗涤污水系统涨水严重的问题。

附图说明

图1是本发明背景技术一种流程示意图；

图2是本发明实施例示意图；

图中：降温塔1、空气鼓风机2、提温塔3、真空闪蒸槽4、循环水泵5、空气加热器6、冷凝水槽7、真空泵8。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例，对本发明作进一步说明。

图1为背景技术年产20万吨醇氨固定床煤气化流程示意图，采用空气和蒸汽作为气化剂，设置降温塔1，空气鼓风机2直接将常温空气送入煤气炉，煤气炉出口220-300℃的煤气经回收部分显热后，温度降到110-170℃进入降温塔1采用20-40℃的冷却水洗涤降温，煤气温度下降到30-50℃送入储气柜，煤气中未反应的水蒸汽在降温塔1内冷凝为水混入循环冷却水，水温升高到40-50℃经凉水塔冷却降温到20-40℃循环使用，降温塔循环冷却水用量1700-2300m³/h。全年煤气洗涤污水排放10000-15000m³，污水COD为10000-50000mg/L，污水处理成本30-50元/m³，污水处理不达标现象经常发生，环保问题严重。

图2采用本发明年产20万吨醇氨固定床煤气化流程示意图，采用空气和蒸汽作为气化剂，设置降温塔1，提温塔3、空气鼓风机2出口设置空气加热器6，真空闪蒸槽4和循环水泵5与提温塔3形成独立的循环水加热回路，冷凝水槽7和真空泵8与空气加热器6为蒸汽加热冷凝装置。

降温塔1循环冷却水量1300-1700m³/h，提温塔3循环水流量3-15³m/h。

煤气炉出口220-300℃的煤气经回收部分显热后，温度降到110-170℃进入提温塔与真空闪蒸槽来的水直接逆流接触换热，煤气温度降到80-90℃进入降温塔1，采用20-35℃的循环冷却水洗涤降温，煤气温度下降到30-45℃送入储气柜。

煤气中未反应的大部分水蒸汽在提温塔3内冷凝，提温塔3下部出口水温提高到90-100℃送入真空闪蒸槽4，闪蒸后的水温度降到70-80℃由循环水泵5再送入提温塔3循环提温；控制真空闪蒸槽4的压力10-40KPa（a），真空闪蒸槽4出口70-90℃的水蒸汽进入空气加热器6冷凝，同时加热空气，40-60℃的冷凝水回收到煤气炉水夹套和废锅代替软水使用，空气加热器6出口50-80℃的空气送入煤气炉作为气化剂使用。

与图1所述的背景技术相比，每生产1吨醇氨煤耗下降10-20kg，全年污水回收量15000-20000m³，软水用量减少15000-20000m³，全年煤气洗涤污水排放为0，降低污水处理费用30-60万元，彻底解决了污水外排不达标的问题，具有显著的经济效益和社会效益。

Claims (4)

1.一种煤气化生产污水回收利用方法，其特征在于包含如下工艺步骤：

①通过冷凝、闪蒸将气化过程未反应的部分水蒸汽进行分离：

在煤气降温塔（1）的煤气进口设置提温塔（3）并配套设置真空闪蒸槽（4），水在提温塔内与110-170℃煤气直接逆流接触换热，煤气中的大部分未反应的水蒸汽冷凝，与进入提温塔的水混合，并释放出冷凝热，水温升高到90-100℃，送入真空闪蒸槽进行闪蒸，分离出70-90℃的水蒸汽，真空闪蒸槽下部70-80℃的水返回到提温塔循环提温，形成循环加热回路；煤气温度降到80-90℃进入降温塔，经进一步冷却后温度下降到30-50℃送入储气柜；

②通过再冷凝、再蒸发将所分离的水蒸汽返回到煤气炉内作为气化剂使用：

在煤气炉的进口设置空气加热器（6），真空闪蒸槽分离出的70-90℃水蒸汽进入空气加热器，加热空气的同时使水蒸汽冷凝，冷凝水回收到煤气炉夹套或废锅代替软水生产水蒸汽，作为煤气炉的气化剂使用，形成水、汽循环回路，热空气作为气化剂代替常温空气进入煤气炉；

所述的提温塔与真空闪蒸槽构成独立的水循环加热回路，提温塔采用空塔喷淋或低阻、抗堵填料塔结构；控制真空闪蒸槽真空度10-40KPa（a），热水在真空闪蒸槽停留时间≧1分钟。

2.根据权利要求1所述的一种煤气化生产污水回收利用方法，其特征在于所述煤气炉的气化剂空气入炉温度由常温提高到50-80℃；空气加热器设置在空气鼓风机的进口或出口。

3.根据权利要求2所述的一种煤气化生产污水回收利用方法，其特征在于所述降温塔和提温塔分体设置，或一体结构两段布置。

4.根据权利要求3所述的一种煤气化生产污水回收利用方法，其特征在于提温塔与降温塔之间设置连通阀门，提温塔亏水由降温塔上水系统补水，提温塔涨水，多余的水排到降温塔回水系统。