CN105948306A - 一种煤气化废水废气预处理和综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤气化装置废水废气预处理和综合利用的方法，处理煤气化装置各工段产生的气化废水及废气，并对其进行综合利用。对气化装置不同类别的废水废气进行分类收集和预处理，降低废水的总固体含量和硬度，降低废水NH₃‑N，使预处理后的废水可以大部分回用，外排的少量废水可以直接进入下游废水处理装置；同时将废气和废水中的有用成分集中回收，制取氨水和硫磺副产品，减少废气外排的同时增加经济效益。经过预处理的气化回用水返回气化系统，可以减缓黑水和灰水系统的管道和设备堵塞，提高换热器换热效果，增加气化装置长周期运行的稳定性。

Description

一种煤气化废水废气预处理和综合利用方法

技术领域

本发明涉及煤气化过程三废处理领域，具体为一种煤气化废水废气预处理和综合利用方法。

背景技术

水煤浆气化技术自美国德士古公司开发成功以来，以其生产能力强、碳转化率高、操作方便、运行可靠性高深受国内煤化工企业青睐，在气化煤质可以满足制浆要求的前提下，是煤化工企业气化技术的最佳选择。由于水煤浆气化技术反应温度和压力都比较高，原料煤中的有效成分在气化炉内可以实现完全转化，因此进入煤气水中的杂质以固态渣为主，含有少量溶解的NH₃及CO₂，经过沉降分离其中的固态渣后，煤气水即可循环回用，积累的NH₃及CO₂等成分通过外排部分煤气水保持系统内NH₃及CO₂的平衡。这种煤气水的处理方式，广泛应用于激冷流程的气流床煤气化技术中。

然而根据工厂实际运行经验，气化过程中的废气和废水的来源及其中杂质的含量远比上述理论分析结果要复杂。气化过程产生的废水包括以下几类：

气化废水：气化外排废水，含有一定量固形物，溶解有NH₃及CO₂；

沉渣池废水：含有大量粒径0.1μm的固态渣、添加剂等固体颗粒及大量的Ca²⁺、Mg²⁺、Si²⁺等离子，固形物含量高，硬度高；

变换洗氨废水：变换外排废水，溶解大量的NH₃及H₂S和CO₂。

气化过程产生的废气包括以下几类：

渣池及锁斗放空气：常压，N₂为主，含有少量NH₃及CO₂；

真空闪蒸气：常压，H₂O为主，含有少量NH₃及CO₂；

除氧槽尾气：低压，由H₂S、CO₂等酸性气组成，含有少量NH₃；

黑水闪蒸气：低压，主要为水蒸气，含有CO，H₂，CO₂，NH₃，H₂S。

气化废水废气含有大量NH₃及酸性气CO₂，H₂S等，难以直接外排；Ca²⁺、Mg²⁺、Si²⁺离子的存在使得废水硬度大，难以回用；NH₃的存在与累积可能导致铵盐结晶，堵塞管路和设备，同时易导致外排废水NH₃含量超标。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤气化废水废气预处理及综合利用方法，对气化装置不同类别的废水废气进行分类收集和预处理，使预处理后的废水可以大部分回用，可以减缓黑水和灰水系统的管道和设备堵塞，提高换热器换热效果，增加气化装置长周期运行的稳定性。

本发明的技术方案是：一种煤气化废水废气预处理及综合利用方法，气化装置产生的废水废气，按照含固废水、含氨废水、低压废气、常压废气分别回收。

其特征是：含固废水首先进入废水反应器，与碱液、反应添加剂、絮凝剂反应后，进入絮凝沉降系统。絮凝沉降系统产生的清液进入清液过滤，过滤后的液体进入汽提装置，絮凝系统产生的浆液进入浆液过滤，过滤后的滤液返回絮凝沉降，过滤所得固体进入废固回收。

含氨废水直接进入汽提装置。

常压废气经过废气加压后送入汽提装置。

低压废气直接进入汽提装置。

汽提装置处理上述初步处理后的废水分类收集的废气。经过汽提分离出的含硫酸性气进入硫回收系统副产硫磺，富氨气经过冷却吸收生产氨水，分离酸性气和NH₃后的水大部分作为气化回用水返回气化装置，少部分外排。

废水反应器为搅拌釜式反应器，设置废水进口、加碱口、加反应剂口及加絮凝剂口。加碱的目的是，使气化废水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Si²⁺在碱性环境下与反应剂生成沉淀。

絮凝沉降系统包括澄清槽、清液槽、清液泵及澄清槽底泵。

澄清槽为锥底开式或闭式容器。澄清槽设置搅拌器及上部溢流口，清液从澄清槽上部溢流进入清液槽，清液槽中的清液通过清液泵送入清液过滤。澄清槽底部浆液通过澄清槽底泵送至浆液过滤，澄清槽搅拌器用于防止澄清槽底泵入口管线堵塞。

清液过滤采用清液过滤器。一台清液泵需设置两台清液过滤器。清液过滤器内填充4～5层纤维、陶瓷材质的过滤介质，可以过滤粒径0.1μm的悬浮颗粒。过滤后的清液送至汽提装置。

浆液过滤采用浆液过滤器。一台澄清槽底泵需设置两台浆液过滤器。过滤后的浆液送回澄清槽。

废水在废水反应器、澄清槽及清液槽之间依靠重力流动。

汽提装置包括汽提塔，塔顶冷凝器，塔顶气液分离器，进料换热器，汽提塔底泵。汽提塔为板式塔，经处理的含固废水经进料换热器与塔釜出料换热后进入汽提塔上部，含氨废水直接进入汽提塔上部。低压废气温度较高，作为汽提蒸汽进入塔釜，与釜液直接换热。加压后的常压废气送入汽提塔塔板下部，作为补充吹脱气。汽提塔上部得到的含硫酸性气送入硫回收工段。汽提塔中部得到的富氨气体，送入冷却吸收。

含硫酸性气通过硫回收系统制备硫磺副产品。

冷却吸收包括氨冷却器及吸收器，富氨气体进入氨冷却器降温后送入吸收器，与吸收器内的水生成氨水副产品。

本发明的主要优点如下：

(1)通过分类收集处理煤气化装置产生的所有废水及废气，通过废水反应器及絮凝沉降除去废水中的Ca²⁺，Mg²⁺，Si²⁺等离子及0.1μm颗粒悬浮物。通过汽提除去废水中溶解的酸性气及NH₃，处理后的废水大部分直接回用至气化系统。

(2)气化废水及废气中含有的酸性气及NH₃在汽提装置内依次分离，酸性气及富氨气体分别进入硫回收和冷却吸收装置，生产硫磺及氨水副产品，做到废物的综合利用，并减少废水废气的外排量。

(3)气化回用水中的颗粒物、NH₃-N含量的降低，可以减缓黑水和灰水系统的管道和设备堵塞，提高换热器换热效果，增加气化装置长周期运行的稳定性。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2是本发明流程图。

图中，废水反应器(1)，澄清槽(2)，清液槽(3)，清液过滤器(4)，进料换热器(5)，汽提塔(6)，塔顶气液分离器(7)，浆液过滤器(8)，澄清槽底泵(9)，清液泵(10)，汽提塔底泵(11)，汽提塔顶冷凝器(12)。

具体实施方式

图1中，气化装置产生的废水废气，按照含固废水、含氨废水、低压废气、常压废气分别回收。

含固废水首先进入废水反应器1，与碱液、反应添加剂、絮凝剂反应后，进入絮凝沉降系统。絮凝沉降系统产生的清液进入清液过滤，过滤后的液体进入汽提装置，絮凝系统产生的浆液进入浆液过滤，过滤后的滤液返回絮凝沉降，过滤所得固体进入废固回收。

含氨废水直接进入汽提装置。

常压废气经过废气加压后送入汽提装置。

低压废气直接进入汽提装置。

汽提装置处理经过上述分类收集及初步处理后的废水废气。经过汽提分离出的含硫酸性气进入硫回收系统副产硫磺，富氨气经过冷却吸收生产氨水，分离酸性气和NH₃后的水大部分作为气化回用水返回气化装置,少部分外排。

气化装置产生的废水废气，按照含固废水、含氨废水、低压废气、常压废气分别回收，其中，沉渣池废水属于含固废水；气化废水、变换洗氨废水属于含氨废水；黑水闪蒸气和除氧槽尾气属于低压废气；真空闪蒸气、渣池及锁斗放空气属于常压废气；同类废水废气在气化装置内混合后进入废水废气预处理装置。

含固废水首先进入废水反应器1，与碱液、反应添加剂、絮凝剂反应后，进入澄清槽2，澄清槽清液溢流进入清液槽3。清液槽内的废水经清液泵10加压后进入清液过滤器4过滤后，进入进料换热器5，预热后的废水进入汽提塔6上部。汽提塔塔顶气体经塔顶冷凝器12冷却后进入塔顶气液分离器7。塔顶气液分离器7分离的液相作为汽提塔回流液，含硫酸性气送入硫回收系统生产硫磺。汽提塔釜液经汽提塔底泵11加压后，经过进料换热器冷却后，返回气化装置。汽提塔中部得到的富氨气体，送入冷却吸收。澄清槽底浆液经澄清槽底泵9加压后进入浆液过滤器8，过滤后的浆液返回澄清槽，固体送至废固回收。

汽提塔6为板式塔，含氨废水送至汽提塔顶部，低压废气温度较高，作为汽提蒸汽进入塔釜，与釜液直接换热。加压后的常压废气送入汽提塔塔板下部，作为补充吹脱气。

废水反应器1为搅拌釜式反应器，设置废水进口、加碱口、加反应剂口及加絮凝剂口。加碱的目的是，使气化废水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Si²⁺在碱性环境下与反应剂生成沉淀。

澄清槽2为锥底开式容器。澄清槽设置搅拌器及上部溢流口，清液从澄清槽上部溢流进入清液槽，清液槽中的清液通过清液泵10送入清液过滤器4。澄清槽底部浆液通过澄清槽底泵9送至浆液过滤器8，澄清槽搅拌器用于防止澄清槽底泵入口管线堵塞。

清液过滤器4内填充五层陶瓷材质的过滤介质，可以过滤粒径0.1μm的悬浮颗粒。过滤后的清液送至汽提装置。

废水在废水反应器1、澄清槽2及清液槽3之间依靠重力流动。

应用本发明的一个实际案例如下，来自气化过程的废水废气组成及流量见下表：

经过本装置处理后的气化回用水及外排废水组成为：

		气化回用水	去废水处理
				流量	kg/h	135200	37742
H2O	％wt	99.96％	99.96％
				Ca2+	mg/L	150	150
Mg2+	mg/L	100	100
				Si2+	mg/L	50	50
固含量	mg/L	10	10
				氨含量	mg/L	100	100
H2S含量	mg/L	-	-

经过本装置处理后回用水中的固态物及NH₃-N含量大为减少，Ca²⁺、mg²⁺、Si²⁺离子在本装置中经过沉淀除去，可以减缓黑水和灰水系统的管道和设备堵塞，提高换热器换热效果，增加气化装置长周期运行的稳定性。废水废气中的氨及H₂S分别回收作为生产氨水与硫磺等副产品的原料，生产15％wt氨水1.3wt/a，硫磺330t/a，减少废气外排的同时增加经济效益。

Claims (8)

1.一种煤气化废水废气预处理及综合利用方法，气化装置产生的废水废气，按照含固废水、含氨废水、低压废气、常压废气分别回收，其特征是：

含固废水首先进入废水反应器，与碱液、反应添加剂、絮凝剂反应后，进入絮凝沉降系统；絮凝沉降系统产生的清液经过清液过滤，过滤后的清液进入汽提装置，絮凝沉降系统产生的浆液经过浆液过滤，过滤后的滤液返回絮凝沉降系统，过滤所得固体进行废固回收；

含氨废水直接进入汽提装置；常压废气经过废气加压后送入汽提装置；低压废气直接进入汽提装置；

经过汽提装置汽提分离出的含硫酸性气进入硫回收系统副产硫磺，富氨气经过冷却吸收生产氨水，分离酸性气和NH₃后的水大部分作为气化回用水返回气化装置，少部分外排。

2.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是含固废水首先进入废水反应器(1)，与碱液、反应添加剂、絮凝剂反应后，进入澄清槽(2)，清液从澄清槽上部溢流进入清液槽(3)，清液槽内的清液经清液泵(10)加压后进入清液过滤器(4)过滤后，进入进料换热器(5)，经进料换热器(5)与塔釜出料换热后的废水进入汽提塔上部，汽提塔塔顶气体经塔顶冷凝器(12)冷却后进入塔顶气液分离器(7)，塔顶气液分离器(7)分离的液相作为汽提塔回流液，含硫酸性气送入送入硫回收工段，通过硫回收系统制备硫磺副产品；汽提塔中部得到的富氨气体，进行冷却吸收，生成氨水副产品；

含氨废水直接进入汽提塔上部；低压废气温度较高，作为汽提蒸汽进入塔釜，与釜液直接换热；加压后的常压废气送入汽提塔塔板下部，作为补充吹脱气；经过汽提装置汽提分离出的含硫酸性气进入硫回收系统副产硫磺，富氨气经过冷却吸收生产氨水，分离酸性气和NH₃后的水大部分作为气化回用水返回气化装置，少部分外排；

清槽底浆液经澄清槽底泵(9)加压后进入浆液过滤器(8)，过滤后的浆液返回澄清槽(2)，固体送至废固回收。

3.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是絮凝沉降系统包括澄清槽(2)、清液槽(3)、清液泵(10)及澄清槽底泵(9)，其中澄清槽(2)为锥底开式或闭式容器，澄清槽(2)设置搅拌器及上部溢流口，清液从澄清槽上部溢流进入清液槽(3)，清液槽(3)中的清液通过清液泵(10)送入清液过滤器(4)；澄清槽底部浆液通过澄清槽底泵(9)送至浆液过滤器(8)，澄清槽搅拌器用于防止澄清槽底泵(9)入口管线堵塞。

4.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是清液过滤采用清液过滤器(4)，一台清液泵(10)需设置两台清液过滤器(4)，清液过滤器内填充4～5层纤维、陶瓷材质的过滤介质，可以过滤粒径0.1μm的悬浮颗粒，过滤后的清液送至汽提装置。

5.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是浆液过滤采用浆液过滤器(8)，一台澄清槽底泵(9)需设置两台浆液过滤器(8)，过滤后的浆液送回澄清槽(2)。

6.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是汽提装置包括汽提塔(6)，塔顶冷凝器(12)，塔顶气液分离器(7)，进料换热器(5)，汽提塔底泵(11)，其中汽提塔(6)为板式塔，过滤后的清液经进料换热器(5)与塔釜出料换热后进入汽提塔上部，含氨废水直接进入汽提塔上部；低压废气温度较高，作为汽提蒸汽进入塔釜，与釜液直接换热；加压后的常压废气送入汽提塔塔板下部，作为补充吹脱气；汽提塔上部得到的含硫酸性气送入硫回收工段，通过硫回收系统制备硫磺副产品；汽提塔中部得到的富氨气体，进行冷却吸收，生成氨水副产品。

7.如权利要求6所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是冷却吸收包括氨冷却器及吸收器，富氨气体进入氨冷却器降温后送入吸收器，与吸收器内的水生成氨水副产品。

8.如权利要求1所述的煤气化废水废气预处理及综合利用方法，其特征是废水反应器(1)是搅拌釜式反应器，设置废水进口、加碱口、加反应剂口及加絮凝剂口，加碱的目的使气化废水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Si²⁺在碱性环境下与反应剂生成沉淀。