CN111392884B - 煤气化系统、气化黑水处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤化工领域，公开了一种煤气化系统、气化黑水处理设备及方法。所述气化黑水处理设备包括分离罐、沉降罐和缓冲罐，分离罐包括分离室、设置于分离室内的搅拌件以及与分离室连通的黑水入口、稀释水入口和黑水出口，搅拌件设置为能够对进入分离室内的黑水进行搅拌以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；沉降罐包括沉降室以及与沉降室连通的黑水入口、清液出口和细渣排放口，沉降罐的黑水入口与分离罐的黑水出口连通，沉降罐用于沉降黑水中的细渣；缓冲罐包括缓冲室和与缓冲室连通的清液入口，缓冲罐的清液入口与沉降罐的清液出口连通，以收集沉降罐中含有漂珠的上清液。所述气化黑水处理设备能有效分离黑水中的漂珠。

Description

煤气化系统、气化黑水处理设备及方法

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体地涉及一种气化黑水处理设备、气化黑水处理方法以及包括该气化黑水处理设备的煤气化系统。

背景技术

随着我国石油资源日益匮乏和煤气化技术的逐渐成熟，使得我国煤化工行业得到了快速发展。煤气化技术是煤化工行业的核心技术，在煤气化工艺过程中，通常会产生大量气化黑水，气化黑水中夹杂着气化细渣。

目前，工厂对气化黑水的处理方式主要是经过真空过滤机去除部分水分后将细渣形成滤饼(该滤饼中含有大量漂珠，如图2所示)，然后将滤饼作为工业固废直接填埋或者少量进行动力掺烧处理。

但是，细渣中含有大量漂珠，而漂珠具有活性高、质轻、绝热、耐高温等特点，可以用于生产保温、隔热、防腐、绝缘等特种材料。因此上述气化黑水处理方式会造成固废资源浪费，并且污染环境。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种气化黑水处理设备、气化黑水处理方法以及包括该气化黑水处理设备的煤气化系统，其能够有效分离气化黑水中的漂珠，实现固废资源的高值化利用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种气化黑水处理设备，包括：

分离罐，所述分离罐包括分离室、设置于所述分离室内的搅拌件以及与所述分离室连通的黑水入口、稀释水入口和黑水出口，所述搅拌件设置为能够对进入所述分离室内的黑水进行搅拌以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

沉降罐，所述沉降罐包括沉降室以及与所述沉降室连通的黑水入口、清液出口以及细渣排放口，所述沉降罐的黑水入口与所述分离罐的黑水出口连通，所述沉降罐用于沉降黑水中的细渣；以及

缓冲罐，所述缓冲罐包括缓冲室以及与所述缓冲室连通的清液入口，所述缓冲罐的清液入口与所述沉降罐的清液出口连通，以收集所述沉降罐中含有漂珠的上清液。

可选地，所述沉降室包括同轴连通的柱状腔和锥状腔，所述锥状腔位于所述柱状腔的下方并设置为由上至下直径逐渐减小，所述沉降罐的黑水入口在所述沉降室的轴向上位于所述柱状腔的靠近所述锥状腔的位置，所述沉降罐的清液出口位于所述柱状腔的顶部，所述细渣排放口位于所述锥状腔的底部。

可选地，所述分离罐的黑水入口和稀释水入口位于所述分离室的上部，所述分离罐的所述黑水出口位于所述分离室的底部，所述气化黑水处理设备包括用于连通所述分离罐的黑水出口与所述沉降罐的黑水入口的第一连通管以及设置于所述第一连通管上的黑水泵。

可选地，所述沉降罐包括设置于所述沉降室内的进料管，所述进料管包括从所述沉降罐的黑水入口处水平向内延伸的水平段和从所述水平段的内端竖直向下延伸的竖直段。

可选地，所述缓冲罐包括与所述缓冲室连通的清液出口，所述气化黑水处理设备包括过滤装置，所述过滤装置具有清液入口、漂珠出口以及滤液出口，所述过滤装置的清液入口与所述缓冲罐的清液出口连通，所述过滤装置用于过滤所述上清液中的漂珠。

可选地，所述气化黑水处理设备包括干燥装置，所述干燥装置具有进料口和出料口，所述进料口与所述过滤装置的漂珠出口连通，所述干燥装置用于干燥漂珠。

可选地，所述气化黑水处理设备包括滤液罐，所述滤液罐包括滤液储存室以及与所述滤液储存室连通的进液口和出液口，所述进液口与所述过滤装置的滤液出口连通，所述出液口与所述分离罐的稀释水入口连通。

可选地，所述气化黑水处理设备包括用于连通所述缓冲罐的清液出口与所述过滤装置的清液入口的第二连通管以及设置于所述第二连通管上的清液泵。

可选地，所述气化黑水处理设备包括用于连通所述出液口与所述分离罐的稀释水入口的第三连通管以及设置于所述第三连通管上的滤液泵。

本发明第二方面提供一种煤气化系统，包括以上所述的气化黑水处理设备。

可选地，所述煤气化系统包括气化设备，所述气化设备的黑水出口与所述分离罐的黑水入口连通，所述气化设备的生产水出口与所述分离罐的稀释水入口连通。

可选地，所述煤气化系统包括细渣处理设备，所述细渣处理设备的进料口与所述细渣排放口连通。

本发明第三方面提供一种气化黑水处理方法，包括以下步骤：

S1、向黑水中加入稀释水，将黑水稀释至固含量小于10％；

S2、对稀释后的黑水进行搅拌，以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

S3、对黑水中的细渣进行沉降，以得到含有漂珠的上清液。

可选地，所述方法还包括：对含有漂珠的上清液进行过滤，以得到漂珠和滤液，将所述滤液用作所述稀释水，对过滤得到的漂珠进行干燥。

可选地，所述方法采用以上所述的气化黑水处理设备实施。

本发明的气化黑水处理设备，通过在分离罐上设置稀释水入口，能够将稀释水通入分离室内对分离室内的黑水进行稀释，以利于黑水中漂珠与细渣的分离；通过采用搅拌件对稀释后的黑水进行搅拌，能够使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；通过采用沉降罐对分离完成的黑水进行沉降，由于细渣密度较大则会沉降至底部，而漂珠密度较小会漂浮于上层清液中，随上清液流出，从而实现漂珠分离。本发明的气化黑水处理设备能够实现黑水中漂珠的有效分离，操作简单，运行成本低，而且可在不改变原有气化工艺的基础上直接嵌入使用。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明中气化黑水处理设备的一种实施方式的示意图；

图2是经过现有气化黑水处理方式得到的滤饼的SEM图像；

图3是经过本发明的气化黑水处理方法处理后得到的滤饼的SEM图像；

图4是经过本发明的气化黑水处理设备得到的漂珠的SEM图像。

附图标记说明

10-分离罐，11-黑水出口，12-搅拌件，13-转轴，14-电机，20-第一连通管，21-黑水泵，30-沉降罐，31-细渣排放口，32-进料管，33-柱状腔，34-锥状腔，35-泥浆泵，40-缓冲罐，41-排污口，50-第二连通管，51-清液泵，60-过滤装置，70-干燥装置，80-滤液罐，81-出液口，82-连通口，83-真空泵，90-第三连通管，91-滤液泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是指参照附图所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

本发明第一方面提供一种气化黑水处理设备，包括：

分离罐10，分离罐10包括分离室、设置于所述分离室内的搅拌件12以及与所述分离室连通的黑水入口、稀释水入口和黑水出口11，搅拌件12设置为能够对进入所述分离室内的黑水进行搅拌以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

沉降罐30，沉降罐30包括沉降室以及与所述沉降室连通的黑水入口、清液出口以及细渣排放口31，沉降罐30的黑水入口与分离罐10的黑水出口11连通，沉降罐30用于沉降黑水中的细渣；以及

缓冲罐40，缓冲罐40包括缓冲室以及与所述缓冲室连通的清液入口，缓冲罐40的清液入口与沉降罐30的清液出口连通，以收集沉降罐30中含有漂珠的上清液。

上述中，需要说明的是，黑水来自气化设备，具体是从气化炉出来的粗合成气经过文丘里洗涤器、洗涤塔用水喷淋、洗涤后，经过闪蒸处理产生的含有较高固含量(10％-15％)的工艺介质。黑水中的固体物质主要包括含有不反应矿物质、残炭的细渣及漂珠。其中，大部分漂珠或附着于细渣上或包裹于细渣内。

本发明的气化黑水处理设备，通过在分离罐10上设置稀释水入口，能够将稀释水通入分离室内对分离室内的黑水进行稀释，以利于黑水中漂珠与细渣的分离；通过采用搅拌件12对稀释后的黑水进行搅拌，能够使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；通过采用沉降罐30对分离完成的黑水进行沉降，由于细渣密度较大则会沉降至底部，而漂珠密度较小会漂浮于上层清液中，随上清液流出，从而实现漂珠分离。本发明的气化黑水处理设备能够实现黑水中漂珠的有效分离，操作简单，运行成本低，而且可在不改变原有气化工艺的基础上直接嵌入使用。

本发明的气化黑水处理设备在使用时，可以对进入分离罐10的稀释水的量进行控制，最好将黑水的固含量控制在10％以下，这样可以使黑水中的漂珠得到最大程度的解离，从而达到很好的分离效果。其中，本发明对稀释水的水质没有要求，可以使用各种生产水或者循环水，使不同水质的水达到梯级利用，可以有效降低水耗和水处理成本。

本发明中，搅拌件12可以是任意能够进行搅拌的部件。例如图1所示的实施方式，搅拌件12可以是具有多个搅拌叶片的部件。为了驱动搅拌件12的旋转，可在分离罐10的顶部设置电机14，搅拌件12通过转轴13连接至电机14的输出端。其中，转轴13的转速最好不低于150r/min，这样可使分离室中的黑水处于湍流状态，从而使得附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣的分离效果更好。

本发明中，如图1所示，作为优选，分离罐10的黑水入口和稀释水入口位于所述分离室的上部，分离罐10的黑水出口11位于所述分离室的底部。所述气化黑水处理设备还可包括用于连通分离罐10的黑水出口与沉降罐30的黑水入口的第一连通管20以及设置于第一连通管20上的黑水泵21。黑水泵21用于将分离罐10内的黑水泵送至沉降罐30中。

本发明中，沉降罐30中分离漂珠的原理主要是运用漂珠和细渣的密度差进行沉降分离。为了实现更好的沉降分离效果，如图1所示，所述沉降室可包括同轴连通的柱状腔33和锥状腔34，锥状腔34位于柱状腔33的下方并设置为由上至下直径逐渐减小，沉降罐30的黑水入口在所述沉降室的轴向上(即图1所示的竖直方向)位于柱状腔33的靠近锥状腔34的位置，沉降罐30的清液出口位于柱状腔33的顶部，细渣排放口31位于锥状腔34的底部。另外，沉降罐30还可包括设置于所述沉降室内的进料管32，进料管32可包括从沉降罐30的黑水入口处水平向内延伸的水平段和从所述水平段的内端(即图1所示的右端)竖直向下延伸的竖直段。这样，黑水可以从锥状腔34的上方进入，细渣沉降在锥状腔34内，进料管32水平延伸后呈90度直角向下延伸，可以有效防止进料过程中造成锥状腔34底部局部形成涡流，细渣返混，沉降时间增加，分离出的漂珠中夹杂较多细渣。其中，竖直段的底端最好设置为刚伸入锥状腔34内(如图1所示)，水平段和竖直段的具体长度可根据实际处理量及沉降罐30的尺寸而定。黑水在沉降罐30内的沉降时间最好不少于30min。另外，沉降罐30的清液出口可以采用溢流堰的方式使上清液溢流而出。

其中，细渣排放口31用于沉降罐30内细渣的排放，细渣排放口31可与后续工段处理设备，例如细渣处理设备连接，与细渣排放口31连接的管路上可设置有泥浆泵35，以实现细渣的泵送。其中，细渣处理设备的工艺可包括：絮凝，沉降，过滤脱水，形成滤饼(含水量45％左右)，填埋或者其他方式利用。经细渣排放口31排放出的细渣中含有很少的漂珠，如图3所示。

本发明中，缓冲罐40还可包括与所述缓冲室连通的清液出口和排污口41。排污口41用于定期排出罐内的沉淀物。清液出口则用于实现漂珠的后续处理。如图1所示，所述气化黑水处理设备还可包括过滤装置60，过滤装置60具有清液入口、漂珠出口以及滤液出口，过滤装置60的清液入口与缓冲罐40的清液出口连通，过滤装置60用于过滤所述上清液中的漂珠。

由于过滤装置60过滤出的漂珠中会含有水分，为了实现漂珠的包装使用，所述气化黑水处理设备还可包括干燥装置70，干燥装置70具有进料口和出料口，所述进料口与过滤装置60的漂珠出口连通，干燥装置70用于干燥漂珠。从干燥装置70的出料口排出的漂珠(如图4所示)可以直接进行包装使用。

其中，为了实现过滤装置60产生滤液的重复利用，所述气化黑水处理设备还可包括滤液罐80，滤液罐80包括滤液储存室以及与所述滤液储存室连通的进液口和出液口81，所述进液口与过滤装置60的滤液出口连通，出液口81与分离罐10的稀释水入口连通。这样，由过滤装置60产生的滤液可通入分离罐10中作为稀释用水，既能节约水资源，又能避免废水排放而污染环境。

本发明中，过滤装置60优选采用真空带式过滤机，真空带式过滤机结构简单、操作便捷、维护成本低、滤布使用寿命长，可实现长周期、连续化生产。在这种情况下，滤液罐80可包括与所述滤液储存室连通的连通口82，连通口82外可连接有管路，管路上可设置有真空泵83(如图1所示)，在使用时，真空泵83可对过滤装置60提供负压进行抽滤，抽滤产生的滤液由滤液罐80的滤液储存室进行分离和储存。当然，在其他实施方式中，过滤装置60也可采用陶瓷真空过滤机等。

本发明中，干燥装置70优选采用密闭带式热风干燥机。在干燥时，漂珠以静止状态在密闭带式热风干燥机密闭的环境中完成干燥过程，避免了粉尘外泄，而且处理量大。当然，干燥装置70也可采用沸腾床干燥器，沸腾床干燥器处理量大，具有较高的传热和传质速率，可通过改变漂珠在干燥器内停留时间控制漂珠含水量，沸腾床干燥器中后置的旋风分离器等分离装置可以将漂珠尽可能分离，减少粉尘污染。

本发明中，所述气化黑水处理设备还可包括用于连通缓冲罐40的清液出口与过滤装置60的清液入口的第二连通管50以及设置于第二连通管50上的清液泵51。清液泵51用于将缓冲罐40内的上清液泵送至过滤装置60。另外，所述气化黑水处理设备还可包括用于连通出液口81与分离罐10的稀释水入口的第三连通管90以及设置于第三连通管90上的滤液泵91。滤液泵91用于将滤液罐80内的滤液泵送至分离罐10内。

上述中，滤液罐80内的滤液还可作为工艺用水供其他设备使用，例如直接泵送至循环水罐供气化工艺使用。

本发明中，黑水泵21、泥浆泵35、清液泵51、滤液泵91优选采用转速可调的变频式离心泵，该种离心泵耐腐蚀、成本低。而且本发明中涉及的控制方法多为液位控制，变频式离心泵可通过液位信号调节泵的功率，从而控制介质输送量，具有使装置中液位控制平稳、节约电能的优势。

下面结合图1详细介绍本发明的气化黑水处理设备的工艺流程：

首先通过分离罐10的黑水入口将气化工艺产生的黑水引入分离罐20的分离室内，接着通过稀释水入口向分离室内加入稀释水调节黑水浓度，使黑水中固含量小于10％，通过搅拌件12对黑水进行搅拌以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；搅拌完成后的黑水经黑水出口11由黑水泵21输送至沉降罐30的沉降室内，黑水中的漂珠和细渣因密度差异而在沉降室内沉降分离，密度较大的细渣沉降于锥状腔34底部，并经细渣排放口31由泥浆泵35输送至后续工段进行处理，密度较小的漂珠则位于上层清液中并随上清液经清液出口流至缓冲罐40的缓冲室内；进入缓冲罐40内的清液可由清液泵51输送至过滤装置60；过滤装置60可由真空泵83提供负压进行过滤操作，过滤得到的滤液进入滤液罐80内进行气液分离，滤液罐80内的滤液可由滤液泵91输送至分离罐10作为稀释水，过滤得到的漂珠则依靠重力落入干燥装置70进行干燥处理，最后对经过干燥的漂珠进行包装。

本发明第二方面提供一种煤气化系统，包括以上所述的气化黑水处理设备。

其中，所述煤气化系统还可包括气化设备，所述气化设备的黑水出口与分离罐10的黑水入口连通。另外，还可使所述气化设备的生产水出口与分离罐10的稀释水入口连通，以对生产水进行循环利用，减少煤气化系统的废水排放。此外，所述煤气化系统还可包括细渣处理设备，所述细渣处理设备的进料口与细渣排放口31连通。

另外，本发明中，所述气化设备可以为气流床气化设备。

本发明第三方面提供一种气化黑水处理方法，包括以下步骤：

S1、向黑水中加入稀释水，将黑水稀释至固含量小于10％；

S2、对稀释后的黑水进行搅拌，以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

S3、对黑水中的细渣进行沉降，以得到含有漂珠的上清液。

所述方法还可包括以下步骤：

S4、对含有漂珠的上清液进行过滤，以得到漂珠和滤液，将所述滤液用作所述稀释水；

S5、对过滤得到的漂珠进行干燥。

所述方法可采用以上所述的气化黑水处理设备实施，当然不限于此，也可采用其他适当的设备实施。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种气化黑水处理设备，其特征在于，包括：

分离罐(10)，所述分离罐(10)包括分离室、设置于所述分离室内的搅拌件(12)以及与所述分离室连通的黑水入口、稀释水入口和黑水出口(11)，所述搅拌件(12)设置为能够对进入所述分离室内的黑水进行搅拌以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

沉降罐(30)，所述沉降罐(30)包括沉降室以及与所述沉降室连通的黑水入口、清液出口以及细渣排放口(31)，所述沉降罐(30)的黑水入口与所述分离罐(10)的黑水出口(11)连通，所述沉降罐(30)用于沉降黑水中的细渣；以及

缓冲罐(40)，所述缓冲罐(40)包括缓冲室以及与所述缓冲室连通的清液入口，所述缓冲罐(40)的清液入口与所述沉降罐(30)的清液出口连通，以收集所述沉降罐(30)中含有漂珠的上清液；

所述沉降室包括同轴连通的柱状腔(33)和锥状腔(34)，所述锥状腔(34)位于所述柱状腔(33)的下方并设置为由上至下直径逐渐减小，所述沉降罐(30)的黑水入口在所述沉降室的轴向上位于所述柱状腔(33)的靠近所述锥状腔(34)的位置，所述沉降罐(30)的清液出口位于所述柱状腔(33)的顶部，所述细渣排放口(31)位于所述锥状腔(34)的底部；

所述沉降罐(30)包括设置于所述沉降室内的进料管(32)，所述进料管(32)包括从所述沉降罐(30)的黑水入口处水平向内延伸的水平段和从所述水平段的内端竖直向下延伸的竖直段。

2.根据权利要求1所述的气化黑水处理设备，其特征在于，所述分离罐(10)的黑水入口和稀释水入口位于所述分离室的上部，所述分离罐(10)的所述黑水出口(11)位于所述分离室的底部，所述气化黑水处理设备包括用于连通所述分离罐(10)的黑水出口与所述沉降罐(30)的黑水入口的第一连通管(20)以及设置于所述第一连通管(20)上的黑水泵(21)。

3.根据权利要求1或2所述的气化黑水处理设备，其特征在于，所述缓冲罐(40)包括与所述缓冲室连通的清液出口，所述气化黑水处理设备包括过滤装置(60)，所述过滤装置(60)具有清液入口、漂珠出口以及滤液出口，所述过滤装置(60)的清液入口与所述缓冲罐(40)的清液出口连通，所述过滤装置(60)用于过滤所述上清液中的漂珠。

4.根据权利要求3所述的气化黑水处理设备，其特征在于，

所述气化黑水处理设备包括干燥装置(70)，所述干燥装置(70)具有进料口和出料口，所述进料口与所述过滤装置(60)的漂珠出口连通，所述干燥装置(70)用于干燥漂珠；和/或

所述气化黑水处理设备包括滤液罐(80)，所述滤液罐(80)包括滤液储存室以及与所述滤液储存室连通的进液口和出液口(81)，所述进液口与所述过滤装置(60)的滤液出口连通，所述出液口(81)与所述分离罐(10)的稀释水入口连通。

5.根据权利要求4所述的气化黑水处理设备，其特征在于，

所述气化黑水处理设备包括用于连通所述缓冲罐(40)的清液出口与所述过滤装置(60)的清液入口的第二连通管(50)以及设置于所述第二连通管(50)上的清液泵(51)；和/或

所述气化黑水处理设备包括用于连通所述出液口(81)与所述分离罐(10)的稀释水入口的第三连通管(90)以及设置于所述第三连通管(90)上的滤液泵(91)。

6.一种煤气化系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的气化黑水处理设备。

7.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，

所述煤气化系统包括气化设备，所述气化设备的黑水出口与所述分离罐(10)的黑水入口连通，所述气化设备的生产水出口与所述分离罐(10)的稀释水入口连通；和/或

所述煤气化系统包括细渣处理设备，所述细渣处理设备的进料口与所述细渣排放口(31)连通。

8.一种气化黑水处理方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-5中任意一项所述的气化黑水处理设备实施，所述方法包括以下步骤：

S1、向黑水中加入稀释水，将黑水稀释至固含量小于10％；

S2、对稀释后的黑水进行搅拌，以使黑水中附着于细渣上和包裹于细渣内的漂珠与细渣分离；

S3、对黑水中的细渣进行沉降，以得到含有漂珠的上清液。

9.根据权利要求8所述的气化黑水处理方法，其特征在于，

所述方法还包括：对含有漂珠的上清液进行过滤，以得到漂珠和滤液，将所述滤液用作所述稀释水，对过滤得到的漂珠进行干燥。

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