CN107952588A - 煤气化灰渣中回收碳的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，该方法利用脱灰池进行预先脱灰，用煤浆预处理器进行预处理，然后再用浮选机进行粗选和精选，本发明从灰渣中回收精煤，工艺方法科学优化，节能环保，同时有效解决了煤气化系统由于煤种、氧煤比、炉温等操作参数发生变化时气化灰渣中含碳量偏高引起的资源浪费及灰渣利用难的问题。通过本发明，一方面可以实现灰渣中残碳二次利用，另一方面残渣可以达到国家Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰标准。有效的回收灰渣中的煤粉提高资源利用率，又使低碳灰渣进一步资源化利用，同时还可避免由于大量未被利用的灰渣堆存而造成环境污染。

Description

煤气化灰渣中回收碳的工艺

技术领域

本发明涉及一种煤气化灰渣中回收煤粉的工艺。

技术背景

煤气化工艺主要包括原料制备、气化、合成气的处理和黑水处理四个单元。

原料与气化剂(空气、富氧空气或氧气)在水蒸汽或水的参与下在气流床气化炉内进行反应，从气化炉气化室出来的粗合成气(主要成分为CO、H₂及CO₂等)含有粗渣细灰等固体颗粒物，且出口合成气温度很高，一般1200～1600℃。

为了脱除颗粒物同时回收热量，一般气流床气化炉气化室出口高温合成气的处理方法有：一是采用废锅流程，通过高温合成气的显热副产高品位的中压蒸汽；二是采用激冷流程，通过高温合成气与激冷水直接接触，使高温合成气的显热转化为水蒸汽饱和在合成气中；三是采用废热锅炉和激冷流程结合的处理方法，即通过废热锅炉回收高温合成气的部分显热。但不论采取何种处理方法，在气化工艺中都设置了合成气初步净化单元。如Shell公司粉煤气化工艺采用“对流废锅+合成气干法过滤+合成气洗涤塔”的处理方法，GE公司水煤浆气化废热锅炉工艺采用“辐射锅炉+对流锅炉+合成气洗涤塔”的处理方法，多喷嘴对置式水煤浆或粉煤气化工艺采用“激冷室+旋风分离器+合成气洗涤塔”的处理方法，GE公司水煤浆气化激冷工艺采用“激冷室+合成气洗涤塔”的处理方法，Simens粉煤气化工艺采用“激冷室+文丘里洗涤器+合成气洗涤塔”的处理方法。目的是最大程度地降低合成气中飞灰等颗粒物，使其含量低于5mg/Nm³，以满足下游CO变换等装置的要求。脱除的灰渣进入黑水处理单元。出气化炉气化室合成气处理单元中的每一个水洗涤或者分离设备均会排出大量黑水去黑水处理单元。一般黑水处理单元设置2-4级低压闪蒸器和澄清槽，出澄清槽的灰水部分通过与第1级闪蒸器闪蒸的蒸汽直接接触或间接接触加热后返回至合成气洗涤塔作为合成气洗涤水，合成气洗涤水的温度已较合成气处理单元排出的高温黑水的温度大大降低。而澄清槽内的大量灰渣通常做简单处理外运，或与锅炉燃煤掺混燃烧，这不仅造成能量利用率低引起资源浪费，同时污染环境。

煤气化灰渣的有效处理不仅降低其对环境的污染，而且对促进困民经济发展具有重要意义。在气流床气化过程中，由于煤种、氧煤比、中心氧与环氧分配比例、炉温、水煤浆的粒度和稳定性、系统负荷稳定性、烧嘴磨损及停留时间等发生变化，煤气化灰渣中含碳量普遍较高，进一步加剧了资源浪费严重，同时影响灰渣的资源化利用。制约灰渣有效利用的因素，一是灰渣中含碳量较高，二是灰渣的粒度太粗。据估算每年从灰渣中流失的碳有数百万吨，用于混凝土中的灰渣要求残碳不超过5.0％，残碳过多会影响灰渣制品的强度，降低制品的抗冻融性、抗渗性，大大降低灰渣活性。灰渣经浮选后含碳可二次利用，残渣可以达到国家Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰标准。有效的回收灰渣中的煤粉既可以提高资源利用率，又使低碳灰渣进一步资源化利用，同时还可避免由于大量未被利用的灰渣堆存而造成环境污染。

专利CN 103695041 A公布了一种煤气化系统黑水的处理方法，通过至少将部分高温黑水脱灰后直接返回至合成气洗涤塔循环利用，经固液分离器分离出所携带的细灰后，直接泵送至合成气洗涤塔作为合成气洗涤水，减少了去黑水处理单元的黑水量。

专利CN 101638591A公布了一种气化炉灰渣中碳的回收方法。该回收方法是将从气化炉排出的灰渣包括粗渣、细渣和细灰；然后通过泵或者给料机均匀地给入到筛分机或分级机，根据灰渣中粗粒级物料和细粒级物料的含碳量不同，经过湿法筛分或分级，得到含碳量高的粗粒级产品和含碳量低的细粒级产品，含碳量低的细粒级产品，经沉降浓缩或脱水后作为最终灰渣抛弃或综合利用。

现有技术存在以下不足：(1)灰渣中碳回收率低；(2)工艺复杂，成本较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既可有效回收碳资源，又可提高灰渣品质的工艺路线。

实现上述目的采用以下技术方案：

一种煤气化灰渣回收碳的工艺方法，包括如下步骤：

a)预先脱灰：待处理的灰渣水进入浮选入料脱灰池，用变频器控制浮选入料泵，在浮选入料脱灰池内借助水力分级作用进行脱灰；

b)煤浆预处理：浮选入料泵将经过预先脱灰的煤浆输入至煤浆预处理器内，往煤浆预处理器内添加浮选剂和循环水进行预处理，根据煤浆与浮选剂混合接触时间的不同，用清净循环水稀释煤浆的浓度为55-85g/L；

c)浮选：用浮选机分别对煤浆进行粗选、精选；所述粗选具体实现为：经过预处理的煤浆进入粗选用浮选机内，分选出灰分为10-20％的粗选精煤和灰分为60-80％的残渣；所述精选具体实现为：粗选精煤用循环水稀释后，送入精选用浮选机内，得到精选泡沫和灰分为50-70％的残渣。

上述技术方案中，优选地，所述粗选用的浮选机的单位面积充气量0.35-0.55m³/m²/min，粗选时间为12-15分钟，分选出灰分为14-16％的粗选精煤和灰分为60-80％的残渣。

上述技术方案中，优选地，所述精选用浮选机的单位面积充气量为0.35-0.55m³/m²/min，精选时间为15-17分钟，单位容积处理量控制在≤5.5m³/m³/h，得到精选泡沫和灰分为50-70％的残渣。

上述技术方案中，优选地，所述浮选入料脱灰池底流流量为浮选入料脱灰池入料流量的35-75％。

上述技术方案中，优选地，按入浮干煤泥量计算，所述浮选剂的添加量为0.5-0.9kg/t。

上述技术方案中，优选地，浮选剂由起泡剂和捕收剂组成，两者的重量比为1:4-1:3；较为优选地，为1:2-1:5。

上述技术方案中，优选地，所述的起泡剂是脂肪醇，捕收剂是煤油；较为优选地，起泡剂是碳原子数为6-9个的脂肪醇，本发明一实施例中，起泡剂是松油醇。

上述技术方案中，优选地，还包括如下步骤：精选后的精选泡沫制成水煤浆；或精选泡沫用压滤机或加压过滤机脱水回收，得到精煤和滤液，回收的浮选精煤灰分为10.00-15.00％；或精选后的精选泡沫脱水、烘干进入到粉煤输送系统。

上述技术方案中，优选地，所述的粗选煤浆浓度用循环水稀释到80-40g/L。可以根据煤浆与浮选机混合接触时间的不同，调整粗选煤浆浓度。

上述技术方案中，优选地，所述浮选采用一次粗选一次精选或一次粗选两次精选的工艺组合。

上述技术方案中，优选地，所述精选泡沫脱水回收的产品和灰渣的工艺指标为：精煤灰分10-15％，综合残渣灰分≥55％，分选完善指标≥57％，整个浮选系统脱灰率为≥60％。

气化炉在运行过程中发现灰渣中残炭量偏高，其中灰中残炭量达30％，渣中高达6％，由于气化效率低、碳转化率低，造成气化炉运行成本过高，资源浪费严重，同时大量煤粉进入湿洗系统，增大了初步水处理的负荷。采用本工艺对灰渣中煤粉处理回收后，使未反应的煤粉颗粒重返气化炉气化，有效的回收灰渣中的煤粉既提高资源利用率，又可以使低碳灰渣进一步资源化利用。

与现有技术相比，本发明利用脱灰池对灰渣进行预先脱灰，用煤浆预处理器进行预处理，然后通过浮选机进行粗选和精选，达到充分分离碳与灰渣的目的。通过本发明，一方面可以实现灰渣中残碳二次利用，另一方面残渣可以达到国家Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰标准。有效的回收灰渣中的煤粉提高资源利用率，又使低碳灰渣进一步资源化利用，同时还可避免由于大量未被利用的灰渣堆存而造成环境污染。

附图说明

图1是本发明实施例2煤气化灰渣中回收碳的工艺图；

图2是本发明实施例1煤气化灰渣中回收碳的工艺图。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明作进一步阐述。

【实施例1】

第一步 预先脱灰、脱渣

将含碳量15％的煤气化灰渣，制成灰渣水自流到料脱灰池内，借助水力分级作用，脱除部分细灰。用变频器控制浮选入料泵，通过变频技术，视煤质情况在线灵活调整脱灰量。该设备为钢筋混凝土构筑物，兼有浮选入料缓冲、脱灰、脱渣两项功用。在浮选入料脱灰池内借助水力分级作用进行脱灰，将灰分为55％的细灰渣预先脱除，脱除率可达35％。

第二步 煤浆预处理

将经过预先脱灰、脱渣的煤浆输入至煤浆预处理器内，往煤浆预处理器内添加浮选剂，浮选剂添加量按入浮干灰渣量，为0.9kg/t；浮选剂由起泡剂和捕收剂组成，两者的重量比为3:1，起泡剂添加量为12kg/h，捕收剂添加量为35kg/h。起泡剂是松油醇，捕收剂是煤油。然后调整煤浆的浓度；控制浮选机的入料浓度为：粗选和精选的煤浆浓度为65g/L。

第三步 浮选

该步骤选用不同室数的选机分别进行粗选、精选，浮选过程中为了保证单位面积的充气量控制在0.5m³/m²/min。然后进行浮选，煤浆浓度用循环水稀释到65g/L后，送入浮选机内，浮选时间为17分钟，单位容积处理量控制在4m³/m³/h，得到精选泡沫，和灰分为58％的残渣；

第四步 脱水回收

精选泡沫用压滤机或加压过滤机脱水回收，得到精煤和滤液，回收的浮选精煤灰分为8％。脱水回收后的产品和工艺指标为：精煤灰分8％，产率52％。

【实施例2】

将含碳量15％的煤气化灰渣，经脱灰、脱渣及煤浆预处理，其步骤同实施例1相同，这里不进一步阐述。

第三、第四步浮选(先粗选，后精选)

该步骤选用不同室数的选机分别进行粗选、精选，浮选过程中为了保证单位面积的充气量控制在0.5m³/m²/min。然后进行浮选，其步骤为：

a.粗选

经过预处理的煤浆首先进入粗选用的浮选机内，然后进行粗选，粗选用喷射式浮选机的单位面积充气量为0.5m³/m²/min，粗选时间为12分钟，单位容积处理量4m³/m³/h，分选出灰分为10％的粗选精煤和灰分为90％的残渣；

b.精选

粗选精煤浓度用循环水稀释到65g/L后，送入精选浮选机内，精选时间为16分钟，单位容积处理量控制在4m³/m³/h，得到精选泡沫，和灰分为95％的残渣；

第五步制浆

精选后的产品：精煤灰分5％，产率55％，利用该浮选精煤进行制浆以备后续利用，也可以脱水后进行烘干，烘干后进入粉煤输送系统，返回气化炉进入气化系统。

【对比例1】

CN 101638591A将煤气化炉排出的含碳15％的干灰渣，通过给料机或者气流输送设备均匀地给入到筛分机，经过干法筛分，得到含碳量高的粗粒级产品(灰分为35％)和含碳量低的细粒级产品(灰分为68％)，产率为43％；含碳量低的细粒级产品，经除尘器收集后作为最终灰渣用作生产砖的原料。

很明显本发明回收效率高、产品纯度高，不仅有效的回收灰渣中的煤粉提高资源利用率，又使低碳灰渣进一步资源化利用，同时还可避免由于大量未被利用的灰渣堆存而造成环境污染。

Claims (9)

1.一种煤气化灰渣回收碳的工艺方法，包括如下步骤：

a)预先脱灰：待处理的灰渣水进入浮选入料脱灰池，用变频器控制浮选入料泵，在浮选入料脱灰池内借助水力分级作用进行脱灰；

b)煤浆预处理：浮选入料泵将经过预先脱灰的煤浆输入至煤浆预处理器内，往煤浆预处理器内添加浮选剂和循环水进行预处理，用清净循环水稀释煤浆的浓度为55-85g/L；

c)浮选：用浮选机分别对煤浆进行粗选、精选；所述粗选具体实现为：经过预处理的煤浆进入粗选用浮选机内，分选出灰分为10-20％的粗选精煤和灰分为60-80％的残渣；所述精选具体实现为：粗选精煤用循环水稀释后，送入精选用浮选机内，得到精选泡沫和灰分为50-70％的残渣。

2.根据权利要求1所述的煤气化灰渣回收碳的工艺方法，其特征在于，所述浮选入料脱灰池底流流量为浮选入料脱灰池入料流量的35-75％。

3.根据权利要求1所述的煤气化灰渣回收碳的工艺方法，其特征在于，按入浮干煤泥量计算，所述浮选剂的添加量为0.5-0.9kg/t。

4.根据权利要求1所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，浮选剂由起泡剂和捕收剂组成，两者的重量比为1:4-1:3。

5.根据权利要求1或4所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，所述的起泡剂是脂肪醇，捕收剂是煤油。

6.根据权利要求1所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，还包括如下步骤：精选后的精选泡沫制成水煤浆；或精选泡沫用压滤机或加压过滤机脱水回收，得到精煤和滤液，回收的浮选精煤灰分为10.00-15.00％；或精选后的精选泡沫脱水、烘干进入到粉煤输送系统。

7.根据权利要求1所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，所述的粗选煤浆浓度用循环水稀释到80-40g/L。

8.根据权利要求1所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，所述浮选采用一次粗选一次精选或一次粗选两次精选的工艺组合。

9.根据权利要求1所述的煤气化灰渣中回收碳的工艺方法，其特征在于，所述精选泡沫脱水回收的产品和灰渣的工艺指标为：精煤灰分10-15％，综合残渣灰分≥55％，分选完善指标≥57％，整个浮选系统脱灰率为≥60％。