CN113736528A - 水煤浆和水煤气的制备方法及其应用 - Google Patents

水煤浆和水煤气的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废物处理领域，公开了一种使用煤气化黑水、污泥水和有机废水制备水煤浆和水煤气的方法及其应用。本发明的水煤浆的制备方法包括：1)将煤气化黑水与第一絮凝剂进行第一混合后再进行第一静置沉降得到灰水和细渣的步骤；2)将污泥水与第二絮凝剂进行第二混合后再进行第二静置沉降得到浓污泥水和稀污泥水的步骤；3)将颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣进行研磨得到水煤浆的步骤，其中，所述污泥水为生化污泥水。该方法降低了废弃物的处理成本，实现对煤气化黑水、污泥和有机废水的资源化利用，并且可以提供高质量的水煤浆和水煤气。

Description

水煤浆和水煤气的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及废物处理领域，具体涉及一种使用煤气化黑水、污泥水和有机废水制备水煤浆和水煤气的方法及其应用
背景技术
煤气化是一种能将煤高效清洁利用的技术，煤经过气化得到粗合成气，成为C1化工重要的原料来源。水煤浆是一种新型煤基流体，具有流动性好、燃烧效率高、节能环保等特性，是替代油的理想燃料和气化原料，水煤浆的成浆效果好坏对气化影响非常大。
来自煤气化闪蒸系统的气化黑水中含有一定量的煤渣，现有技术将气化黑水与絮凝剂混合后经过沉降槽，再将底部细渣含量高的黑水经过脱水得到含水量约50质量％的滤饼。由于滤饼含水率高，资源化利用比较困难，一般送渣场填埋处理或经过干燥后再燃烧利用。然而对该滤饼进行干燥能耗较高、处理成本较高，且需要专门的配套设备，实际生产中该滤饼一般送渣场作填埋处理，造成了资源浪费。
同时，沉降槽上部澄清的灰水的除了循环利用之外，还有约20质量％的灰水作为废水外排。该灰水颗粒物含量约100ppm、pH值6-9、COD约1000mg/L、氨氮300-500mg/L，总碱度400mg/L以上，总硬度1000mg/L以上。该灰水的氨氮含量高，处理成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种利用煤气化黑水、污泥和有机废水制备水煤浆的方法及其应用，该方法降低了废弃物的处理成本，实现对煤气化黑水、污泥和有机废水的资源化利用，并且可以提供高质量的水煤浆和水煤气。
本发明第一方面提供一种水煤浆的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将煤气化黑水与第一絮凝剂进行第一混合后再进行第一静置沉降得到灰水和细渣的步骤；
2)将污泥水与第二絮凝剂进行第二混合后再进行第二静置沉降得到浓污泥水和稀污泥水的步骤；
3)将颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣进行研磨得到水煤浆的步骤，
其中，所述污泥水为生化污泥水。
优选地，步骤1)中，所述煤气化黑水中煤渣含量为0.1-10质量％，煤渣粒径为1-2000μm。
优选地，所述第一混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为2-10s。
优选地，所述第一静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h。
优选地，所述灰水的pH值为7-9。
优选地，所述第一絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺高分子聚合物。
优选地，步骤2)中，所述污泥水的固含量为0.1-5质量％。
优选地，所述第二混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为5-20s。
优选地，所述第二静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h。
优选地，所述第二絮凝剂为聚丙烯酰胺高分子聚合物、非离子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝中的一种或多种。
优选地，步骤2)中，所述浓污泥水的固含量为1-5质量％。
优选地，所述稀污泥水的固含量为0.1-2质量％。
优选地，步骤3)中，所述颗粒煤的粒径为20mm以下。
优选地，所述有机废水COD为1-100000mg/L。
优选地，所述有机废水pH为6-9。
优选地，所述水煤浆添加剂为萘磺酸甲基缩合物、木质素磺酸钠、磷酸三钠和纤维素中的一种或多种。
优选地，步骤3)中，所述研磨使得所述水煤浆中颗粒粒径为2mm以下。
优选地，所述研磨的条件包括：研磨速度15-30rpm，研磨温度5-50℃，研磨时间5-60min。
优选地，以所述颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣合计重量为100重量％计，所述颗粒煤为55-70重量％，所述稀污泥水为0.5-10重量％，所述有机废水为2-20重量％，所述水煤浆添加剂为0.2-1重量％，所述灰水为1-20重量％，所述细渣为5-20重量％。
优选地，所述研磨使得所述水煤浆的粘度为1300CP以下。
优选地，所述研磨使得所述水煤浆的浓度为58-70质量％。
优选地，该方法还包括：将得到的水煤浆进行过滤的步骤，所述过滤用于除去粒径≥3000μm的颗粒。
优选地，该方法还包括：从得到的水煤浆中除去铁屑的步骤。
本发明第二方面提供一种制备水煤气的方法，该方法包括：使用权利要求1-7中任意一项所述的制备方法得到的水煤浆加压后喷入气化炉使其与氧气反应。
优选地，所述反应的条件包括：温度为1000-1400℃，压力为4-8MPa。
优选地，所述水煤浆的体积与所述氧气的体积的比例为1m3：460-500m3。
本发明第三方面提供本发明的方法在水煤浆和/或水煤气制备中的应用。
本发明的方法降低了废弃物的处理成本，实现对煤气化黑水、污泥和有机废水的资源化利用，并且可以提供高质量的水煤浆和水煤气。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种水煤浆的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将煤气化黑水与第一絮凝剂进行第一混合后再进行第一静置沉降得到灰水和细渣的步骤；
2)将污泥水与第二絮凝剂进行第二混合后再进行第二静置沉降得到浓污泥水和稀污泥水的步骤；
3)将颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣进行研磨得到水煤浆的步骤，
其中，所述污泥水为生化污泥水。
本发明的发明人经过研究发现，将煤化工中常见的煤气化黑水沉降后与污泥、有机废水和颗粒煤经过处理制成水煤浆，可得到高质量的水煤浆并且实现煤气化黑水的资源利用。
在本发明中，所述生化污泥水可以是化工厂生化污泥水和/或市政生化污泥水。
在本发明中，化工厂生化污泥水是指：化工厂污水经过生物处理，降解污水中的有机物，以各种细菌及原生物为主。例如可以举出国能榆林化工有限公司污水处理的生化污泥水。
在本发明中，市政生化污泥水是指：居民生活排放进入市政管网的污水，经过市政污水处理厂处理过的污泥水。例如可以举出榆林市污水处理厂处理过的生化污泥水。
根据本发明，所述煤气化黑水可以是煤化工中煤气化闪蒸系统得到的含有煤渣的水。作为所述煤气化黑水，其煤渣含量例如可以为1-15质量％，所含煤渣粒径例如可以为1-5000μm；优选地，所述煤气化黑水中煤渣含量为5-10质量％，煤渣粒径为500-2000μm。
根据本发明，为了得到更好的絮凝效果，优选地，所述第一混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为3-5h；更优选地，所述第一混合的条件包括：混合温度为10-40℃，混合时间为3-4h。为了得到更好的絮凝效果，优选地，所述第一混合还包括搅拌。
根据本发明，为了使得细渣沉降更充分，优选地，所述第一静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h；更优选地，所述第一静置沉降的条件包括：静置温度为10-40℃，静置时间为3-4h。
根据本发明，当所述灰水pH值为7以上时，所述灰水对水煤浆有改性效果，优选地，所述灰水的pH值为7-9；更优选地，所述灰水的pH值为8-8.5。
根据本发明，所述第一絮凝剂没有特别限定，可以为本领域通常使用的絮凝剂，例如可以为阳离子型聚丙烯酰胺高分子聚合物、非离子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝中的一种或多种；优选地，所述第一絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺和/或聚合氯化铝复配型阳离子型聚丙烯酰胺。
第一絮凝剂的用量没有特别限定，可根据需要和絮凝剂的种类任意调整，例如可以为按照絮凝剂与煤气化黑水的质量比1：500000的比例添加；优选地，按照絮凝剂与煤气化黑水的质量比1：250000-500000的比例添加。
根据本发明，为了便于沉降处理以得到污泥浓度适合的浓污泥水，优选地，所述污泥水的固含量为0.1-10质量％；更优选地，所述污泥水的固含量为2-5质量％。
根据本发明，为了得到更好的絮凝效果，优选地，所述第二混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为1-10h；更优选地，所述第二混合的条件包括：混合温度为10-40℃，混合时间为5-10h。为了得到更好的絮凝效果，优选地，所述第二混合还包括搅拌。
根据本发明，为了使得污泥沉降更充分，优选地，所述第二静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h；更优选地，所述第二静置沉降的条件包括：静置温度为10-40℃，静置时间为4-5h。
根据本发明，所述第二絮凝剂没有特别限定，可以为废水处理领域通常使用的絮凝剂，例如可以为阳离子型聚丙烯酰胺高分子聚合物、非离子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝中的一种或多种；优选地，所述第二絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺和/或复配型阳离子型聚丙烯酰胺。
第二絮凝剂的用量没有特别限定，可根据需要和絮凝剂的种类任意调整，例如可以为按照絮凝剂与污泥水的质量比1：500000的比例添加；优选地，按照絮凝剂与污泥水的质量比1：250000-500000的比例添加。
根据本发明，当所述浓污泥水中含有特定含量的污泥时，制备得到的水煤浆质量更好，优选地，步骤2)中，所述浓污泥水的固含量为2-5质量％；更优选地，步骤2)中，所述浓污泥水的固含量为3-5质量％。
优选地，所述稀污泥水的固含量为0.1-2质量％；更优选地，所述稀污泥水的固含量为0.5-2质量％。
作为分离得到所述稀污泥水和浓污泥水的方式没有特别限定，可以使用本领域通常使用的方法，例如可以使用沉降槽进行分离。
根据本发明，为了便于研磨，优选地，步骤3)中，所述颗粒煤的粒径为20mm以下；更优选地，所述颗粒煤的粒径为1-15mm。
根据本发明，所述有机废水含有特定含量的有机物时，得到的水煤浆质量更好，优选地，所述有机废水COD为1-100000mg/L；更优选地，所述有机废水COD为1-50000mg/L；进一步优选地，所述有机废水COD为100-50000mg/L；进一步优选地，所述有机废水COD为500-20000mg/L，特别优选地，所述有机废水COD为10000-20000mg/L。
根据本发明，所述有机废水pH为特定范围时，对水煤浆有改性效果，得到的水煤浆质量更好，优选地，所述有机废水pH为6-9；更优选地，所述有机废水pH为7-9。
作为上述有机废水可以使用各种化工厂排放的、初步处理去除了其中的醇、醚等物质且COD含量较高的有机废水。例如可以举出：甲醇制烯烃工艺排放的有机废水、烯烃分离工艺排放经过汽提处理后的有机废水。具体地可以举出：国能榆林化工有限公司甲醇制烯烃装置排放的有机废水、烯烃分离装置排放经过汽提处理后的有机废水。
根据本发明，所述水煤浆添加剂没有特别限定，可以为煤化工领域通常使用的水煤浆添加剂，例如可以为萘磺酸甲基缩合物、木质素磺酸钠、磷酸三钠和纤维素中的一种或多种，优选地，所述水煤浆添加剂为萘磺酸甲基缩合物和/或木质素磺酸钠。
根据本发明，所述研磨用于降低所述水煤浆中颗粒粒径，优选地，步骤3)中，所述研磨使得所述水煤浆中颗粒粒径为3mm以下；更优选地，所述研磨使得所述水煤浆中颗粒粒径为2mm以下；进一步优选地，所述研磨使得所述水煤浆中颗粒粒径为1μm-2mm。
在本发明的一个优选的实施方式中，研磨后所述水煤浆中颗粒粒径满足：100％通过8目筛，98％通过12目筛，75％通过35目筛，25-35％通过325目筛。
根据本发明，为了得到更好的研磨效果，优选地，所述研磨的条件包括：研磨速度15-30rpm，研磨温度5-50℃，研磨时间30-60min；更优选地，所述研磨的条件包括：研磨速度15-30rpm，研磨温度10-50℃，研磨时间30-60min。
根据本发明，从改善所得水煤浆性能的角度考虑，优选地，以所述颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣合计重量为100重量％计，所述颗粒煤为55-70重量％，所述稀污泥水为0.5-10重量％，所述有机废水为2-20重量％，所述水煤浆添加剂为0.2-1重量％，所述灰水为1-20重量％，所述细渣为5-20重量％；更优选地，以所述颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣合计重量为100重量％计，所述颗粒煤为64-67重量％，所述稀污泥水为2-8重量％，所述有机废水为5-15重量％，所述水煤浆添加剂为0.5-0.7重量％，所述灰水为3-15重量％，所述细渣为8-10重量％。
根据本发明，当粘度处于特定范围时，所述水煤浆更便于使用，优选地，所述研磨使得所述水煤浆的粘度为1300CP以下；更优选地，所述研磨使得所述水煤浆的粘度为300-900CP。
根据本发明，当浓度处于特定范围时，所述水煤浆性能更好，优选地，所述研磨使得所述水煤浆的浓度为58-70质量％；优选地，所述研磨使得所述水煤浆的浓度为62-65质量％。
根据本发明，为了进一步除去水煤浆中的颗粒，优选地，该方法还包括：将得到的水煤浆进行过滤的步骤，所述过滤用于除去粒径≥3mm的颗粒。
所述过滤的方式没有特别限定，可以为化工领域通常使用的过滤方式，例如可以使用滚筒筛进行过滤。
根据本发明，为了除去煤和制浆机中引入的铁屑，避免对装置产生干扰，优选地，该方法还包括：从得到的水煤浆中除去铁屑的步骤。
除去铁屑的方法没有特别限定，可以为化工领域通常使用的除铁方式，例如可以使用除铁器进行除铁。
本发明第二方面提供一种制备水煤气的方法，该方法通过将本发明的制备方法得到的水煤浆加压后喷入气化炉使其与氧气反应。
根据本发明，优选地，所述水煤浆与氧气的反应的条件包括：所述反应温度为1200-1400℃，反应压力为6-7MPa；更优选地，所述水煤浆与氧气的反应温度为1240-1300℃，反应压力为6.2-6.7MPa。
当反应条件为以上条件时，水煤浆与氧气生成氢气与一氧化碳的反应进行更充分，且能够使得所述水煤浆中的氨氮等物质无害化。
根据本发明，从提高反应效率的角度考虑，优选地，所述水煤浆的质量与所述氧气的体积的比例为1m3：460-500m3；更优选地，所述水煤浆的质量与所述氧气的体积的比例为1m3：460-480m3。
本发明第二方面提供本发明的方法在水煤浆和/或水煤气制备中的应用。
本发明的方法降低了废弃物的处理成本，实现对煤气化黑水、污泥和有机废水的资源化利用，并且可以提供高质量的水煤浆和水煤气。
实施例
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于以下实施例。
以下实施例中，煤气化黑水的煤渣含量为10重量％，所含煤渣粒径为500-2000μm。污泥水由国能榆林化工有限公司污水处理厂提供，该污泥水固含量为2-5重量％。有机废水为国能榆林化工有限公司的有机废水，各实施例中使用的有机废水的pH值与COD如表1所示。
实施例1
(1)将煤气化黑水与第一絮凝剂(阳离子型聚丙烯酰胺，购于常州中南化工有限公司)按质量比500000：1在45℃下混合10s后再静置沉降4h得到灰水和细渣。
(2)将污泥水与第二絮凝剂(聚合氯化铝，购于巩义市滤料工业有限公司)按质量比250000：1在35℃下混合20s后再静置沉降5h，从沉降槽底部得到浓污泥水，从沉降槽溢流口得到稀污泥水。
(3)将颗粒煤(平均粒径为19mm)、步骤(2)所得稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂(主要成分为木质素磺酸钠，固含量≥30％，购于中国神华煤制油化工有限公司上海研究院)和步骤(1)所得灰水、细渣按照质量比65：2：5：0.5：17.5：10进行研磨得到水煤浆，所述研磨的条件包括：研磨速度25rpm，研磨温度25℃，研磨时间50min。
(4)将步骤(3)所得水煤浆与纯氧按照1m3：490m3的比例通入气化炉，在1250℃，6.5MPa下反应得到水煤气。
实施例2-5
按照实施例1的方式制备水煤浆和水煤气，不同之处在于，所用污泥水的固含量和有机废水的pH值与COD以及步骤(3)中颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣的质量比分别为表1所示的值。
对比例1
按照实施例3的方法制备水煤浆和水煤气，不同的是，使用同等质量的水代替污泥水。
对比例2
按照实施例3的方法制备水煤浆和水煤气，不同的是，使用同等质量的水代替有机废水。
对比例3
按照实施例3的方法制备水煤浆和水煤气，不同的是，使用同等质量的水代替污泥水、有机废水和细渣。
表1
Figure BDA0003217643520000101
测试例1
按照GB/T18556.2-2008的方法测定所得水煤浆的浓度，按照GB/T18556.3-2008的方法测定所得水煤浆的粒度分布，按照GB/T18556.4-2008的方法测定所得水煤浆的表观粘度，结果见表2所示。
表2
Figure BDA0003217643520000111
通过表2的结果可以看出，采用本发明的方法制备得到的水煤浆的浓度均大于63％，至少提高了2个百分点，而且粒度分布合理，性能好。
测试例2
使用气相色谱法测定所得水煤气的组成成分含量，结果见表3所示。
表3
Figure BDA0003217643520000112
通过表3的结果可以看出，采用本发明的方法制备得到的水煤气有效气含量均达到了80％以上，气化性能更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水煤浆的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将煤气化黑水与第一絮凝剂进行第一混合后再进行第一静置沉降得到灰水和细渣的步骤；
2)将污泥水与第二絮凝剂进行第二混合后再进行第二静置沉降得到浓污泥水和稀污泥水的步骤；
3)将颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣进行研磨得到水煤浆的步骤，
其中，所述污泥水为生化污泥水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，所述煤气化黑水中煤渣含量为0.1-10质量％，煤渣粒径为1-2000μm；
优选地，所述第一混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为2-10s；
优选地，所述第一静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h；
优选地，所述灰水的pH值为7-9；
优选地，所述第一絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺高分子聚合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)中，所述污泥水的固含量为0.1-5质量％；
优选地，所述第二混合的条件包括：混合温度为5-50℃，混合时间为5-20s；
优选地，所述第二静置沉降的条件包括：静置温度为5-50℃，静置时间为3-5h；
优选地，所述第二絮凝剂为聚丙烯酰胺高分子聚合物、非离子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)中，所述浓污泥水的固含量为1-5质量％；
优选地，所述稀污泥水的固含量为0.1-2质量％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中，所述颗粒煤的粒径为20mm以下；
优选地，所述有机废水COD为1-100000mg/L；
优选地，所述有机废水pH为6-9；
优选地，所述水煤浆添加剂为萘磺酸甲基缩合物、木质素磺酸钠、磷酸三钠和纤维素中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中，所述研磨使得所述水煤浆中颗粒粒径为2mm以下；
优选地，所述研磨的条件包括：研磨速度15-30rpm，研磨温度5-50℃，研磨时间5-60min；
优选地，以所述颗粒煤、稀污泥水、有机废水、水煤浆添加剂、灰水和细渣合计重量为100重量％计，所述颗粒煤为55-70重量％，所述稀污泥水为0.5-10重量％，所述有机废水为2-20重量％，所述水煤浆添加剂为0.2-1重量％，所述灰水为1-20重量％，所述细渣为5-20重量％；
优选地，所述研磨使得所述水煤浆的粘度为1300CP以下；
优选地，所述研磨使得所述水煤浆的浓度为58-70质量％。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：将得到的水煤浆进行过滤的步骤，所述过滤用于除去粒径≥3000μm的颗粒；
优选地，该方法还包括：从得到的水煤浆中除去铁屑的步骤。
8.一种制备水煤气的方法，其特征在于，该方法包括：使用权利要求1-7中任意一项所述的制备方法得到的水煤浆加压后喷入气化炉使其与氧气反应。
9.根据权利要求8所述的方法，所述反应的条件包括：温度为1000-1400℃，压力为4-8MPa；
优选地，所述水煤浆的体积与所述氧气的体积的比例为1m3：460-500m3。
10.权利要求1-9中任意一项所述的方法在水煤浆和/或水煤气制备中的应用。
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