CN108841423A - 一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理和水煤浆制备技术，旨在提供一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法。该种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法包括步骤：将煤转化过程中产生的洗气水、脱硫贫液、硫磺水和碳化废水，进行混合搅拌；向混合后的废水中加入复合碱作为调理剂，复合碱的添加量为废水总质量的0.4～1.0wt％；最后将处理后的废水，与煤、添加剂加入棒磨机，制备出废水水煤浆。本发明针对多种煤转化废水的复杂组分和特点，提出了混合废水合理的配比，并采用了复合碱作为煤转化废水的调理剂，有效提高了废水水煤浆的成浆性和流动性，有利于其工业应用。

Description

一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法

技术领域

本发明是关于废水处理和水煤浆制备技术，特别涉及一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法。

背景技术

煤炭是我国主要的化石能源之一，在我国的能源结构中占主要地位。煤气化是我国煤炭清洁高效转化的重要发展方向，目前先进煤气化技术如水煤浆气化技术、粉煤加压气化技术等在我国已成功实现产业化并快速推广应用。其中水煤浆加压气化工艺采用水煤浆进料，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，温度可达1300-1400℃以上，气化过程效率高，对环境污染较小，在各种煤气化技术中优势突出。然而，无论是水煤浆气化工艺，还是固体床碎煤气化等其他气化工艺，在合成气生产、洗涤以及化工产品的转化过程中不仅需水量很大，还产生大量的煤转化废水，这些废水成分十分复杂，主要含有焦油、苯酚、氟化物、氨氮、硫化物等对人体毒性极强的污染物，且排放量大，会对环境造成十分严重的污染。因此煤转化过程中水资源如何高效回收利用成为制约煤气化技术发展的瓶颈，煤转化废水的零排放也是亟待解决的难题。目前我国广泛使用的有机工业废水处理工艺主要有物理法、化学法和生物法，随着国家对废水排放要求的不断提升，这些传统工艺已经难以满足煤转化过程中复杂废水的回收处理的需求，因此迫切需要有一种效果好、成本低的废水处理方法，实现煤转化废水无害化、资源化回收利用的目的。

水煤浆是一种新型浆体燃料，由60-70％的煤粉，30-40％的水以及不到1％的添加剂混合而成。水煤浆因在储存、运输、燃烧排放方面具有明显的环保优势，成为中国现阶段适宜的环保和节能技术，是中国能源长期稳定发展的战略和节能减排的需要，是洁净煤技术之一。水煤浆技术自上世界70-80年代诞生以来，已在国内外得到较为广泛的应用，包括各种工业锅炉、电站锅炉，冶金、建材窑炉，化工气化炉等。

已有的研究表明，利用有机工业废水取代清洁水制备水煤浆，具有较强的可行性，是一种有效的废水资源化利用方式。煤转化废水中不仅含有油类等可燃有机物，也含有水煤浆制备所需的分散剂和稳定剂成分。废水制备水煤浆可以简单可靠地处理煤转化废水，节约常规制浆用水，实现废水回用甚至零排放，同时废水中的碱金属等成分对水煤浆的燃烧和气化的化学反应过程具有促进作用，且废水中的大部分有机成分转化为合成气中的有效成分，提高合成气热值，减少了排放造成的环境污染。因此利用废水制备水煤浆是一种既高效彻底，又经济环保的废水处理技术。

但是，采用煤转化废水制备水煤浆与制备常规的水煤浆有较大的差异，其主要原因在于煤转化废水的组分十分复杂，含有大量无机电解质和有机化合物。这些物质，或与煤颗粒结合，改变煤的表面性质，破坏煤-水分散体系结构；或通过络合反应等，与添加剂结合，影响添加剂的分散降粘作用，类似于使添加剂“中毒”。因此，采用煤转化废水直接制备的水煤浆往往成浆浓度较低，流动性较差，不利于其工业应用。煤转化废水对水煤浆具体性能的影响，可参考实验结果图2至图4。碳化废水代替去离子水制备水煤浆后，成浆浓度下降了约1.7％。而氨氮、金属离子的加入，也导致了水煤浆粘度不同程度地上升。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能解决煤转化废水减量化、无害化、资源化利用的多种煤转化废水制备水煤浆的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法，包括下述步骤：

(1)将煤转化过程中产生的洗气水、脱硫贫液、硫磺水和碳化废水，进行混合搅拌；

其中，多种废水的混合配比满足质量比：洗气水：脱硫贫液：硫磺水：碳化废水＝76～85：5～8：5～8：5～8；

所述洗气水为煤气的洗涤、冷凝过程中产生的有机废水；

所述脱硫贫液为脱硫剂与烟气反应后剩余的废液；

所述硫磺水为硫磺压滤洗涤后得到的工业废水；

所述碳化废水为CO₂与NH₃反应生产NH₄HCO₃过程中产生的废水；

(2)步骤(1)混合后的废水中加入复合碱作为调理剂，复合碱的添加量为废水总质量的0.4～1.0wt％；

(3)将步骤(2)处理后的废水，与煤、添加剂加入棒磨机，制备出(满足工业应用要求的)废水水煤浆；

其中，进入棒磨机中的废水、煤、添加剂的质量比为40～50：49.7～59.5：0.3～0.5；

所述添加剂为复配型废水水煤浆添加剂，是由木质素磺酸盐、聚萘磺酸盐、黄原胶，按照质量比6：6：1复配而成。

本发明的工作原理：

1)为了改善煤转化废水的成浆性能，将多种煤转化废水按照特定的比例混合，使废水中的复杂组分互相反应，一方面，物理吸附减少了自由分散在废水中的有害物质的含量；另一方面，部分有害物质经过复杂的化学反应，含量显著减少，比如使获得的废水具有较低的氨氮和Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺含量，从而使得废水对成浆性的不利影响大大减弱。此外，反应生成的两亲类有机物也能起到类似于水煤浆添加剂的作用，促进成浆性能的提高。

2)相关实验研究表明，废水中的氨氮、Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺等物质，对于水煤浆的成浆性有不利影响。如氨氮类物质会降低煤表面的电负性，使煤粒间的静电斥力减小，更加容易团聚；Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺等金属离子则容易与添加剂发生络合反应，不利于添加剂在煤表面的吸附，使添加剂失效。这些因素严重制约了煤转化废水制水煤浆的工业应用。而复合碱的加入，一方面可以与氨氮反应生成氨水，减轻氨氮对煤表面电位的影响；另一方面，碱性可以破坏Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺的络合结构，恢复添加剂的分散降粘作用，同时，生成的絮状胶体结构，有利于煤粉的分散，也在一定程度上提高了水煤浆的成浆性。因此，通过外加复合碱作为调理剂，可以有效地改善废水的理化性质，提高其制浆性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将污染严重、成分复杂、处置困难的煤转化废水这种较难处置的废弃物，转化为气化的浆体燃料，是将多种煤转化废水无害化和资源化掺混回收利用的新方法，实现了水煤浆气化联产化工产品的废水近零排放，具有明显的经济和环保效益。

本发明针对多种煤转化废水的复杂组分和特点，提出了混合废水合理的配比，并采用了复合碱作为煤转化废水的调理剂，有效提高了废水水煤浆的成浆性和流动性，有利于其工业应用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为碳化废水与去离子水水煤浆成浆性对比图。

图3为氨氮含量对水煤浆粘度的影响结果图。

图4为金属离子对水煤浆粘度的影响结果图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照85：5：5：5的质量比例充分混合搅拌。而后在充分混合的废水中加入复合碱(该原料为市场上常见的)作为调理剂，其添加量为废水总质量的0.4wt％。最后，将上述调理后的废水、煤及复配添加剂按照40：59.5：0.5的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为61.24％，粘度为832mPa s，流动性良好的水煤浆。

实施例2

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照76：8：8：8的质量比例充分混合搅拌。而后在充分混合的废水中加入复合碱作为调理剂，其添加量为废水总质量的1.0wt％。最后，将上述调理后的废水、煤及复配添加剂按照50：49.7：0.3的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为51.35％，粘度为328mPa s，流动性良好的水煤浆。

实施例3

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照80：7：7：6的质量比例充分混合搅拌。而后在充分混合的废水中加入复合碱作为调理剂，其添加量为废水总质量的0.8wt％。最后，将上述调理后的废水、煤及复配添加剂按照43：56.6：0.4的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为57.98％，粘度为566mPa s，流动性良好的水煤浆。

实施例4

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照25：25：25：25的质量比例充分混合搅拌。而后在充分混合的废水中加入复合碱作为调理剂，其添加量为废水总质量的0.4wt％。最后，将上述调理后的废水、煤及复配添加剂按照40：59.5：0.5的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为61.20％，粘度为1054mPa s，流动性一般的水煤浆。

实施例5

只在碳化废水中加入复合碱作为调理剂，其添加量为废水总质量的0.4wt％。而后，将上述调理后的废水、煤及复配添加剂按照40：59.5：0.5的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为61.21％，粘度为1087mPa s，流动性较差的水煤浆。

实施例6

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照85：5：5：5的质量比例充分混合搅拌。在不添加复合碱调理剂的情况下，将废水、煤及复配添加剂按照40：59.5：0.5的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为61.22％，粘度为1081mPa s，流动性较差的水煤浆。

实施例7

首先将洗气水、脱硫贫液、硫磺水、碳化废水按照85：5：5：5的质量比例充分混合搅拌。而后在充分混合的废水中加入复合碱作为调理剂，其添加量为废水总质量的0.4wt％。最后，将上述调理后的废水、煤及木质素磺酸盐添加剂按照40：59.5：0.5的质量比例加入棒磨机，制备出固体浓度为61.21％，粘度为1023mPa s，流动性一般的水煤浆。

表1实施例制备的废水水煤浆性能表

表1中，实施例1至实施例3是废水按照本发明指定比例配置后，并加入所述调理剂后煤转化废水水煤浆的成浆性能，而实施例4、实施例5是未按特定比例配置时废水水煤浆的成浆性能，实施例6与实施例7分别为未添加调理剂和未采用复配添加剂时废水水煤浆的成浆性能。

由表1可见，对比实施例1与实施例4、5可知，按照本发明指定比例和方法配制的水煤浆粘度更低，只有328-832mPa.s，且流动性更好，即成浆性能更好；不按本发明指定的比例和方法配制的水煤浆，如采用均等比例配制(实施例4)和只采用一种废水配制(实施例5)，其粘度均在1000mPa.s以上，达到1054-1087mPa.s，且流动性明显变差了，不利于工业应用。

对比实施例1与实施例6可知，不加入调理剂后，废水水煤浆的粘度明显上升，达到1081mPa.s，流动性变差。说明采用复合碱作为煤转化废水的调理剂，可以与废水中的氨氮反应减轻对制浆的影响，同时破坏高价金属离子的络合结构，并生成的絮状胶体结构，有利于煤粉的分散降粘，改善成浆特性。

对比实施例1与实施例7可知，采用特制的复配型废水水煤浆添加剂，成浆粘度较低，流动性良好；采用木质素磺酸盐为添加剂后，在其他条件相同的情况下，废水水煤浆的粘度明显提高，达到1023mPa.s，流动性也变差。可见采用复配型废水水煤浆添加剂能显著提升废水水煤浆的成浆性能，本发明可以有效地利用煤转化废水制备成浆性能良好的废水水煤浆，对于煤转化废水的资源化利用意义重大。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用多种煤转化废水制备水煤浆的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将煤转化过程中产生的洗气水、脱硫贫液、硫磺水和碳化废水，进行混合搅拌；

其中，多种废水的混合配比满足质量比：洗气水：脱硫贫液：硫磺水：碳化废水＝76～85：5～8：5～8：5～8；

所述洗气水为煤气的洗涤、冷凝过程中产生的有机废水；

所述脱硫贫液为脱硫剂与烟气反应后剩余的废液；

所述硫磺水为硫磺压滤洗涤后得到的工业废水；

所述碳化废水为CO₂与NH₃反应生产NH₄HCO₃过程中产生的废水；

(2)步骤(1)混合后的废水中加入复合碱作为调理剂，复合碱的添加量为废水总质量的0.4～1.0wt％；

(3)将步骤(2)处理后的废水，与煤、添加剂加入棒磨机，制备出废水水煤浆；

其中，进入棒磨机中的废水、煤、添加剂的质量比为40～50：49.7～59.5：0.3～0.5；

所述添加剂为复配型废水水煤浆添加剂，是由木质素磺酸盐、聚萘磺酸盐、黄原胶，按照质量比6：6：1复配而成。