CN106865659A - 一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法 - Google Patents

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马成
邹冲
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Abstract

本发明公开一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，包括：将内热式低温干馏炉进行煤低温干馏产生的废水、燃烧煤气、氧气/富氧空气混合喷入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温使废水中的有机物、COD及酚类物质燃烧或分解，得到含有氢气、一氧化碳及水蒸气的高温煤气，高温煤气直接入内热式低温干馏炉或配加循环冷煤气调整成为混合气后入内热式低温干馏炉，通过与内热式低温干馏炉内煤的换热，实现干馏。由于干馏过程废水主要来源于煤中含水，本发明可将干馏产出的废水全部消纳。本发明只需在现行干馏炉外设置带有废水喷口的氧气与煤气燃烧室即可，可不改变现有干馏炉基本结构，实施方便，能效更高。

Description

一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法
技术领域
本发明涉及煤化工、新能源和环保领域，特别涉及一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法。
背景技术
我国的褐煤储量巨大，如何有效地利用这种资源，是一个需要高度关注的问题。通过低温干馏可以有效回收利用其中的焦油，并产出半焦和煤气，其中煤气可以作为化工产品提取及加工原料，半焦则可以作为一种冶金用还原剂、清洁燃料或气化用焦。低温干馏有利于资源的综合利用，提高低变质煤的附加值，是一种有潜力的技术发展方向，也被称为气化、液化、焦化外的煤炭第四条清洁转化与分质综合利用的有效路径，近年来得到快速发展。据不完全统计，全国低温干馏行业半焦产能在0.6亿吨以上，主要集中在晋陕蒙宁、新疆及云南等地区，是地方最大的煤转化工业。
对我国的陕、晋、宁蒙地区的半焦生产企业，虽然近年来取得了很大进步，目前尚存在如下问题：
(1)小颗粒原煤未得到合理利用。现行的兰炭生产工艺主要采用块煤，20㎜以下碎煤尚无法通过干馏实现分质高效利用。
(2)废水缺乏有效处理技术。在煤低温干馏过程中，会产生一部分热解水，经过洗涤净化后，形成了含氨酚废水。现行的处理办法是将这一部分废水返回熄焦水池进行熄焦，导致兰炭含氨酚废水饱和，不仅使得水分含量过高，而且形成污染物携带。部分企业不得不采用炉外烘烤以降低水分，造成额外能量消耗和二次污染。由此也造成兰炭中的酚类物质仍然居高不下，对兰炭的品质造成了严重的影响，直接影响到市场推广和应用。
(3)湿法熄焦能耗和用水量大，且产品水分含量高。
(4)传统煤气热值低。低温干馏目前仍主要内热采用了炉内空气和煤气燃烧加热的方式，燃烧废气混入了煤气中，既降低了煤气的热值，增大了净化系统的处理能力，而且产出的大量低热值煤气在当地缺乏有效的利用途径，易带来环保问题。按照每吨兰炭产生低热值煤气600m3计，陕北兰炭产能3000万吨，低热值煤气产出量约120亿立方米。
(5)焦油和粉尘形成的油渣难以有效分离。
如何适应煤干馏技术的发展，开发适用的技术，是改变陕、晋、宁蒙地区的铁合金焦生产企业面临的问题，提升该行业的技术水平面临的迫切问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，以解决上述现有技术所存在的问题(2)和(4)，即废水处置和煤气热值低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，包括：将内热式低温干馏炉进行煤低温干馏产生的废水、燃烧煤气、氧气/富氧空气混合喷入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温使废水中的有机物、COD及酚类物质燃烧或分解，得到含氢气、一氧化碳和水蒸气的高温煤气，高温煤气直接入内热式低温干馏炉或配加循环冷煤气调整成为混合气后入内热式低温干馏炉，通过与内热式低温干馏炉内煤的换热，实现干馏。
进一步的，燃烧室设置于原内热低温干馏炉烧嘴位置外侧，高温煤气配加循环冷煤气调整成为混合气在设置于内热低温干馏炉烧嘴位置外侧的煤气调调制器中进行。
进一步的，燃烧室内温度大于1000℃。
进一步的，高温煤气配加循环冷煤气调整成为温度680-800℃的混合气后入内热式低温干馏炉。
进一步的，高温煤气或混合气从现有内热式低温干馏炉下部的烧嘴部位进入干馏炉内。
进一步的，燃烧器上安装废水喷淋装置，废水通过废水喷淋装置喷入燃烧区域。
进一步的，内热式低温干馏炉上部导出的煤气经除尘、焦油捕收后，部分返回作为干馏介质调和配气，其它作为富余煤气。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)半焦生产过程废水全部消纳，真正实现无外排和废水的资源化利用；(2)可充分利用废水中的COD等燃烧放热，实现酚类物质的分解，并将废水转化为高质量的煤气；(3)整个系统热量直接利用，能效高；(4)基本不改变现行工艺炉型结构，加装燃烧室即可，易于实施；(5)处置费用低，运行可靠。
本发明适用于各类内热式煤干馏炉，尤其适用于需要煤气作为后续原料气的低温干馏过程。可为后续煤化工工序提供高质量的煤气。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
由于半焦产出废水成分复杂，且毒性大，处理难度大，处理成本很高。现行的处置办法是将这一部分含氨废水返回熄焦水池进行熄焦，导致兰炭含氨废水饱和，不仅使得水分含量过高，而且形成污染物携带。部分企业不得不采用炉外烘烤以降低水分，造成额外能量消耗和二次污染。由此也造成兰炭中的酚类物质仍然居高不下，对兰炭的品质造成了严重的影响，直接影响到市场推广和应用。典型半焦生产废水中污染物含量如表1所示。
表1典型兰炭废水主要来源及水中污染物，mg/L
半焦废水主要是各种有机物及酚类物质，高温条件下这些物质可以分解。因此，本发明提出了如下解决方案：采用富氧及纯氧与半焦燃烧产生高温，将废水喷入，通过高温气化，不仅废水中的有机物分解，而且通过水煤气反应，产出了较高质量的高温煤气。高温煤气直接入干馏炉或配加循环冷煤气调整成为混合气后入炉(可根据干馏工艺需求设定)，通过与炉内煤的换热，实现干馏。由于干馏过程废水主要来源于煤中含水，本发明可将干馏产出的废水全部消纳。
本发明只需在炉外设置带有废水喷口的氧气与半焦燃烧室即可，可不改变现有干馏炉基本结构，实施方便。
本发明适用于各类内热式煤干馏炉。尤其适用于需要煤气作为后续原料气的低温干馏过程。可作为现行煤低温干馏生产配套技术或技术改造技术选用。
请参阅图1所示，本发明一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，具体包括以下步骤：
(1)在现行内热式低温干馏炉烧嘴部位的外侧，加装半焦与氧气(或富氧空气)燃烧器，燃烧器上安装生产废水喷淋装置，燃烧产生的高温不仅使废水快速汽化，并同时其中的有机物分解和水煤气反应，得到含氢气、一氧化碳和水蒸气的高温煤气；为保证废水中有机物及酚类物质的分解，燃烧室温度应保持在1000℃以上，由废水喷入速度、富氧比、氧燃比调节，以确保燃烧过程稳定进行，同时酚类物质充分分解。以废水完全消纳为系统废水喷入基本要求。
(2)燃烧室产生的高温煤气与冷煤气调和为温度680-800℃(具体可根据低温干馏的工艺需求确定)的干馏介质，从干馏炉下部(原干馏炉烧嘴部位)进入干馏炉内，与炉内的煤实现换热与干馏过程；
(3)调和煤气量可按照干馏需要温度需求进行调整。炉子上部导出的煤气经除尘、焦油捕收后，部分返回作为干馏介质调和配气，其它作为富余煤气供后续化生产或其它用途。
其中，系统循环的煤气、氧气压力等，按照循环要求进行设计；燃烧室按照温度要求，应选择高铝质、白云石质耐火材料。废水应喷入高温区域，所以废水喷口应和氧气烧嘴配合，防止局部温度过高。
燃烧采用富氧(富氧率30-100％)。对煤化集中区或大型煤低温干馏企业，可按照规模，建设空分制氧系统。对规模相对较小的，可选择变压吸附等制氧装置。
在燃烧和配气环节，燃烧器选择废水-氧-燃气复合燃烧器。分离焦油后的冷态净煤气部分经加压返回，配入燃烧后的高温废气，形成满足低温干馏要求温度和流量的煤气。干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分用于内部循环，包括燃烧和配气。富余煤气可用于下游工序，如化工和发电等。
实施例1年处理200万吨煤的低温干馏兰炭集中工业区应用
(1)基本情况：
年处理能力60万吨的兰炭生产厂3座，年处理能力20万吨的兰碳生产厂一座，采用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.65：1。焦油产率8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤富余煤气量580m3左右(神木煤)，煤气热值7106-7942kJ/Nm3，煤气用于燃气燃煤混合发电。过程废水产出量120kg/吨半焦。
参考煤气成分如下：
H2 10.2％,CO 8.6％,CO2 6.5％,CH4 13.39％,C2-C5 1.04％，其余为氮气。热值7728kJ/m3。
(2)应用方式
采用空分制氧，分散供氧的方式。其他参考实施方式示意图和文字说明。选用水冷氧气喷枪，氧气与半焦在燃烧室中燃烧产生高温烟气，喷入废水在燃烧室中汽化、分解及煤气化。在燃烧室出口处接有冷煤气配气用混合管，另配入冷煤气量250～270m3/t兰炭，混合气温度达到690-740℃，配制后的干馏气总体积和原来基本持平，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.25～1.28×105Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力、流量、温度等检测与调节装置，实现对过程的调节与控制。
(3)应用结果
采用本发明后，废水全部利用，无需另建废水处理装置。煤焦比降低到1.63：1，焦油产率8.3％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤富余煤气量380-410m3(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到20900-23990kJ/Nm3，煤气有效成分大幅度提高，采用燃气发电，发电机热循环效率提高到42％左右。另外，由于有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：
参考煤气成分为：H2 36.07％,CO 26.08％,CO2 11.15％,CH4 15.21％,C2-C58.11％。煤气热值23073kJ/m3。
实施例2年产60万吨的兰炭生产厂的应用
(1)基本情况
应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.67：1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量560m3左右(神木煤)，煤气热值7116-7810kJ/Nm3，煤气用于金属镁生产。过程废水产出量160kg/吨半焦。
参考煤气成分为：H2 11.2％,CO 9.9％,CO2 6.1％,CH4 11.49％,C2-C5 1.14％，其余为氮气。煤气热值7452kJ/m3。
(2)应用方式
采用变压吸附制氧装置，分散供氧的方式。具体实施方法和技术措施和实例1同。富氧空气中氧气含量80％。选用水冷氧气喷枪，氧气与半焦在燃烧室中燃烧产生高温烟气，喷入废水在燃烧室中汽化、燃烧、分解及煤气化。在燃烧室出口处接有冷煤气配气用混合管，另配入冷煤气量210～260m3/t兰炭，混合气温度达到700-750℃，配制后的干馏气总体积和原来基本持平，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.03～1.12×105Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力、流量、温度等检测与调节装置，实现对过程的调节与控制。
(3)应用结果
采用本发明后，废水全部消纳，煤焦比1.64：1，焦油产率8.4％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤富余煤气量360-420m3(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到20100-21480kJ/Nm3，煤气有效成分大幅度提高。另外，由于有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：
参考煤气成分为：H2 34.07％,CO 23.08％,CO2 11.15％,CH4 15.21％,C2-C58.11％。煤气热值21050kJ/m3。
实施例3年产120万吨的兰炭生产厂
(1)基本情况
应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.68：1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量580m3左右(神木煤)，煤气热值7102-7860kJ/Nm3。过程废水产出量135kg/吨半焦。煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率38％。
煤气参考成分：H2 10.64％,CO 11.0％,CO2 5.9％,CH4 11.42％,C2-C5 1.13％，热值7688kJ/m3。
(2)应用方式
采用空分制氧，分散供氧的方式。其他参考实施方式示意图和文字说明。选用水冷氧气喷枪，氧气与半焦在燃烧室中燃烧产生高温烟气，喷入废水在燃烧室中汽化、分解及煤气化。在燃烧室出口处接有冷煤气配气用混合管，另配入冷煤气量220～250m3/t兰炭，混合气温度达到680-750℃，配制后的干馏气总体积和原来基本持平，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.25～1.28×105Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力、流量、温度等检测与调节装置，实现对过程的调节与控制。
(3)应用结果
采用本发明后，过程废水全部消纳，煤焦比降低到1.63：1，焦油产率8.3％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤富余煤气量360-400m3(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到21600-24088kJ/Nm3，煤气有效成分大幅度提高，采用燃气发电，发电机热循环效率提高到42％左右。另外，由于有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：
参考煤气成分为：H2 37.11％,CO 25.02％,CO2 11.10％,CH4 14.88％,C2-C58.41％。煤气热值24016kJ/m3。
煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41％左右，发电机组数量减少，无剩余煤气外排。

Claims (7)

1.一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，包括：将内热式低温干馏炉进行煤低温干馏产生的废水、燃烧煤气、氧气/富氧空气混合喷入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温使废水中的有机物、COD及酚类物质燃烧或分解，得到含氢气、一氧化碳和水蒸气的高温煤气，高温煤气直接入内热式低温干馏炉或配加循环冷煤气调整成为混合气后入内热式低温干馏炉，通过与内热式低温干馏炉内煤的换热，实现干馏。
2.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，燃烧室设置于内热低温干馏炉烧嘴位置外侧，高温煤气配加循环冷煤气调整成为混合气在设置于内热低温干馏炉烧嘴位置外侧的煤气调调制器中进行。
3.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，燃烧室内温度大于1000℃。
4.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，高温煤气配加循环冷煤气调整成为温度680-800℃的混合气后入内热式低温干馏炉。
5.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，高温煤气或混合气从内热式低温干馏炉下部的烧嘴部位进入干馏炉内。
6.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，燃烧器上安装废水喷淋装置，废水通过废水喷淋装置喷入燃烧区域。
7.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏废水高温处置与利用方法，其特征在于，内热式低温干馏炉上部导出的煤气经除尘、焦油捕收后，部分返回作为干馏介质调和配气，其它作为富余煤气。
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