RU2157400C1

RU2157400C1 - Method of minimization of evaporator scale and removal of salts in gasification process

Info

Publication number: RU2157400C1
Application number: RU99102849/04A
Authority: RU
Inventors: Джордж Генри Вебстер (US); Джордж Генри Вебстер; Клок Бирон Вон (US); Клок Бирон Вон; Дин-Конг Вонг (US); Дин-Конг Вонг; Джон Сандерс Стивенсон (US); Джон Сандерс Стивенсон; Стивен Роберт Джонсон (US); Стивен Роберт Джонсон
Original assignee: Тексэко девелопмент корпорэйшн
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 2000-10-10
Also published as: TW534895B

Abstract

FIELD: synthetic gas production. SUBSTANCE: method of minimization of evaporator scale and removal of water and ammonium from water filtrate resulting from washing of synthetic gas obtained by gasification and partial oxidation of chloride-containing hydrocarbon material with aqueous ammonia having pH at least 6.0 followed by separation of ammonium-containing wash water, partly in the form of water filtrate, is distinguished by that the latter is fed into evaporation system to form water steam and salt solution, wherein concentration of ammonium is approximately 10 to 60 wt %, steam is separated from salt solution and further condensed to be returned as condensate into gasification zone. EFFECT: increased economical efficiency of process. 10 cl, 4 dwg, 8 tbl, 4 ex

Description

Уровень техники
1. Область применения.State of the art
1 area of use.

Данное изобретение касается процесса газификации органических веществ. Более подробно, изобретение касается технологии уменьшения осаждения накипи, а также обработки и извлечения растворенных минералов из водного фильтрата в процессе газификации с минимальным выбросом отходов. This invention relates to a process for the gasification of organic substances. In more detail, the invention relates to a technology for reducing scale deposition, as well as processing and extraction of dissolved minerals from an aqueous filtrate in a gasification process with minimal waste.

2. Описание известного уровня техники. 2. Description of the prior art.

Высокотемпературные газификационные системы с высоким давлением используются для добычи полезных субпродуктов или энергии путем частичного окисления углеводородного топлива, такого как уголь или органические отходы, включая отходы из пластика, нефтяной кокс или сточные воды. Смешивая это топливо с водой, формируют водяное сырье, которое подается в зону реакции газификатора частичного окисления. Вода используется для того, чтобы охлаждать горячие газообразные продукты, которые называют "синтез-газом" или "сингазом". Вода также используется для вымывания твердых частиц из сингаза, а также для охлаждения и/или выведения из газификатора твердых частиц отходов, таких как зола и/или шлак. High-temperature, high-pressure gasification systems are used to extract useful by-products or energy by partially oxidizing hydrocarbon fuels such as coal or organic waste, including plastic waste, petroleum coke or wastewater. By mixing this fuel with water, water raw materials are formed, which is fed into the reaction zone of the partial oxidation gasifier. Water is used to cool hot gaseous products that are called “synthesis gas” or “syngas”. Water is also used to wash solid particles from syngas, as well as to cool and / or remove solid particles of waste such as ash and / or slag from the gasifier.

В работе Дэви "Последние успехи в очистке без выброса жидкости на предприятиях по газификации угля" (Конференция "Power-Gen Americas Int'l". Орландо, Флорида, декабрь 1994) описаны способы обработки сточных вод и извлечения соли, и в том числе описано использование испарителя с падающей пленкой жидкости и кристаллизаторов с принудительной циркуляцией. Davy's “Recent Advances in Liquid-Free Cleaning at Coal Gasification Facilities” (Power-Gen Americas Int'l Conference. Orlando, Florida, December 1994) describes methods for treating wastewater and extracting salt, including the use of an evaporator with a falling film of liquid and crystallizers with forced circulation.

В работе Костэ "Система фильтрации с точки зрения как отсутствия выбросов, так и минимизации опасных твердых отходов" (не датирована) описан процесс обработки сточных вод, включая обработку многократным испарением и кристаллизацией для удаления растворимых солей. Coste's work, “Filtering system in terms of both the absence of emissions and the minimization of hazardous solid waste” (not dated), describes the wastewater treatment process, including multiple evaporation and crystallization treatment to remove soluble salts.

В работе ДеЙонга "Газификация угля и обработка воды" (страницы 90-93) (Synthese Vamn Verworvenhefen, не датирована) описывается обработка сточных вод, включая кристаллизацию растворенных солей. DeYong's paper “Coal Gasification and Water Treatment” (pages 90-93) (Synthese Vamn Verworvenhefen, not dated) describes wastewater treatment, including crystallization of dissolved salts.

Существенные признаки изобретения
Представленное изобретение касается технологии минимизации накипи на испарителе в процессе извлечения жидкостей и сухих веществ из содержащего аммоний (NH₄Cl) водного фильтрата, получаемого при газификации с частичным окислением. Водный фильтрат испаряют и получают водяной дистиллят и соляной раствор, содержащий NH₄Cl в концентрации приблизительно от 10 до 60 процентов по весу. Концентрация соляного раствора может быть еще более повышена, после чего могут быть извлечены кристаллы аммония. Водяной дистиллят повторно используется в реакции газификации. В окружающую среду фильтрат не попадает.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention relates to the technology of minimizing scale on the evaporator during the extraction of liquids and solids from ammonium (NH ₄ Cl) -containing aqueous filtrate obtained by gasification with partial oxidation. The aqueous filtrate was evaporated to give an aqueous distillate and brine containing NH ₄ Cl at a concentration of from about 10 to 60 percent by weight. The concentration of the brine can be further increased, after which ammonium crystals can be recovered. Water distillate is reused in the gasification reaction. The filtrate does not enter the environment.

Краткое описание рисунков и чертежей
Фигура 1 - это упрощенное схематическое представление процесса выработки сингаза при частичном окислении угольной суспензии.Brief Description of Drawings and Drawings
Figure 1 is a simplified schematic representation of the process of syngas production during partial oxidation of a coal suspension.

Фигура 2 - это упрощенное схематическое представление испарительной системы для обработки водного фильтрата, вырабатываемого в результате процесса, изображенного на фигуре 1. Figure 2 is a simplified schematic representation of an evaporation system for treating an aqueous filtrate generated as a result of the process depicted in Figure 1.

Фигура 3 - это упрощенное схематическое представление альтернативной системы для обработки водного фильтрата, вырабатываемого в результате процесса, изображенного на фигуре 1. Figure 3 is a simplified schematic representation of an alternative system for treating an aqueous filtrate generated from the process of Figure 1.

Фигура 4 - это упрощенное схематическое представление еще одной альтернативной системы для обработки водного фильтрата, вырабатываемого в результате процесса, изображенного на фигуре 1. Figure 4 is a simplified schematic representation of yet another alternative system for treating an aqueous filtrate generated from the process of Figure 1.

Описание наилучших вариантов изобретения. Description of the best variants of the invention.

В соответствии с представленным изобретением было установлено, что дистилляция содержащего аммоний водного фильтрата с помощью испарителей является эффективным и экономически выгодным способом получения относительно чистой воды и кристаллов соли аммония, причем этот способ может быть реализован таким образом, чтобы осаждение накипи на поверхностях теплопередачи испарителя было минимизировано. Произведенная вода может быть повторно использована в газификационной системе с частичным окислением, а кристаллизованный аммоний может быть захоронен или выставлен на продажу. In accordance with the present invention, it was found that the distillation of ammonium-containing aqueous filtrate using evaporators is an effective and cost-effective way to obtain relatively pure water and crystals of ammonium salt, and this method can be implemented so that the deposition of scale on the heat transfer surfaces of the evaporator is minimized . The produced water can be reused in a partial oxidation gasification system, and crystallized ammonium can be buried or put up for sale.

В целях экономии воды, газификационные устройства повторно используют задействованную в процессе воду, обычно после удаления мелких твердых частиц в отстойнике твердых частиц. Обычно при реакции газификации вода в системе не накапливается, поскольку она расходуется при образовании водорода в сингазе, поэтому нет необходимости ее удалять. Тем не менее, часть воды обычно непрерывно удаляется в виде водного фильтрата, который также называют серой водой, очищенными сточными водами или "отводимым" потоком, чтобы предотвратить чрезмерное накопление коррозийных солей, особенно хлоридных солей. In order to save water, gasification devices reuse the water used in the process, usually after the removal of fine particulate matter in the particulate sump. Usually, during the gasification reaction, water in the system does not accumulate, since it is consumed during the formation of hydrogen in the syngas, so there is no need to remove it. However, part of the water is usually continuously removed in the form of an aqueous filtrate, which is also called gray water, treated waste water or a "waste" stream to prevent excessive accumulation of corrosive salts, especially chloride salts.

Хлоридным солям уделяется особое внимание, поскольку они растворимы в воде и могут накапливаться в рециркулирующей воде, задействованной в процессе. Более того, хлорид разъедает материалы наподобие нержавеющих сталей, которые применяются в оборудовании системы обработки отходов, используемой при газификации. В случае, когда сырьем для реакции газификации с частичным окислением является уголь, пластиковые отходы и другие хлорорганические материалы, наиболее распространенным хлоридом, выходящим из зоны газификации, является хлористый водород. Концентрация аммония в жидком фильтрате обычно достигает как минимум от приблизительно 0,1% по весу до приблизительно 15% по весу. Chloride salts are given special attention because they are soluble in water and can accumulate in the recycle water involved in the process. Moreover, chloride corrodes materials like stainless steels, which are used in the equipment of the waste treatment system used in gasification. In the case where the raw material for the gasification reaction with partial oxidation is coal, plastic waste and other organochlorine materials, the most common chloride leaving the gasification zone is hydrogen chloride. The concentration of ammonia in the liquid filtrate typically reaches at least about 0.1% by weight to about 15% by weight.

Во время реакции частичной оксидации из азот-органических соединений исходного сырья, которые обычно находятся в углях и тяжелых маслах, вырабатывается также аммиак за счет превращения азота в аммиак в молярных пределах приблизительно от 15% до 25%. Аммиак и хлористый водород реагируют в присутствии воды, в результате чего образуется раствор аммония. При использовании сырья наподобие пластиковых масел количество азота по отношению к хлору в синтез-газе может быть недостаточным для выработки количества аммиака, достаточного для того, чтобы нейтрализовать хлористый водород. Для восполнения этого недостатка можно добавлять аммиак в газификационную водную систему. During the partial oxidation reaction from the nitrogen-organic compounds of the feedstock, which are usually found in coals and heavy oils, ammonia is also produced by converting nitrogen to ammonia in a molar range of about 15% to 25%. Ammonia and hydrogen chloride react in the presence of water, resulting in the formation of an ammonium solution. When using raw materials such as plastic oils, the amount of nitrogen with respect to chlorine in the synthesis gas may not be sufficient to produce enough ammonia to neutralize hydrogen chloride. To make up for this shortcoming, ammonia can be added to the gasification water system.

Состав отводимых сточных вод или серой воды, выводящихся из газификационной системы, довольно сложен. Для сырья с относительно высоким содержанием хлорида главным компонентом сточных вод является аммоний. При высоком давлении и температуре в скруббере часть угарного газа в сингазе реагирует с водой с образованием муравьиной кислоты: CO + H₂O --->HCOOH.The composition of the wastewater or gray water discharged from the gasification system is rather complicated. For raw materials with a relatively high chloride content, the main component of wastewater is ammonium. At high pressure and temperature in the scrubber, part of the carbon monoxide in the syngas reacts with water to form formic acid: CO + H ₂ O ---> HCOOH.

Муравьиная кислота также нейтрализуется аммиаком с образованием формиата аммония в качестве еще одной составляющей сточных вод. В сингазе присутствуют также кислотные углекислый газ и сероводород, однако они не очень хорошо растворяются в воде. Большая часть оставшегося в газификационных сточных водах аммиака, который не был нейтрализован хлоридом или формиатом, реагирует как ион аммония с анионными формами кислотных углекислого газа и сероводорода с образованиемм гидрокарбоната или карбоната, в зависимости от величины pH, и бисульфида. Formic acid is also neutralized by ammonia to form ammonium formate as another component of wastewater. Acid carbon dioxide and hydrogen sulfide are also present in syngas, but they do not dissolve very well in water. Most of the ammonia remaining in the gasification wastewater that has not been neutralized by chloride or formate reacts as an ammonium ion with the anionic forms of acidic carbon dioxide and hydrogen sulfide to form hydrocarbonate or carbonate, depending on the pH and bisulfide.

Поскольку фильтрат сточных вод содержит соли аммония и другие потенциально опасные для окружающей среды растворенные вещества, такие как сульфид и цианид, этот фильтрат не может отводиться из газификационной системы в окружающую среду без обработки. Так как обработка множества различных загрязняющих примесей в сточных водах может оказаться сложной и дорогой, актуальной является разработка других, более простых и менее дорогих, средств для обработки сточных вод. Since the sewage filtrate contains ammonium salts and other potentially hazardous solutes, such as sulfide and cyanide, this filtrate cannot be removed from the gasification system to the environment without treatment. Since the treatment of many different contaminants in wastewater can be difficult and expensive, the development of other, simpler and less expensive means for treating wastewater is relevant.

Реакцию частичной оксидации желательно проводить в безнапорном, открытом, не каталитическом газовом генераторе, или газификаторе, при температуре в пределах приблизительно от 700^oC до 2000^oC, желательно приблизительно от 1200^oC до 1500^oC, и при давлении приблизительно от 2 до 250 атмосфер, желательно приблизительно от 10 до 150 атмосфер, и наиболее предпочтительно приблизительно от 20 до 80 атмосфер. При этих условиях приблизительно от 98% до 99,9% углеводородного сырья может быть преобразовано в синтез-газ, содержащий угарный газ и водород, который также называют синтез-газом или сингазом. В небольших количествах образуются также углекислый газ и вода. В качестве углеводородного сырья может быть использован нефтяной кокс, уголь, пластиковые отходы, сточные воды, или подходящая комбинация.The partial oxidation reaction is preferably carried out in a pressureless, open, non-catalytic gas generator, or gasifier, at a temperature in the range of from about 700 ^° C to 2000 ^° C, preferably from about 1200 ^° C to 1500 ^° C, and at a pressure of from about 2 to 250 atmospheres, preferably from about 10 to 150 atmospheres, and most preferably from about 20 to 80 atmospheres. Under these conditions, approximately 98% to 99.9% of the hydrocarbon feed can be converted to synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, which is also called synthesis gas or syngas. In small quantities, carbon dioxide and water are also formed. Petroleum coke, coal, plastic waste, waste water, or a suitable combination may be used as hydrocarbon feed.

Если в сырье высоко содержание золы, приблизительно от пяти до пятнадцати процентов по весу, большая часть неорганических веществ, присутствующих в сырье, превратится в стекловидный шлак. Содержащийся в сырье хлор преобразуется в газообразный хлористый водород, который поглощается в охладительной камере газификатора участвующей в процессе водой и нейтрализуется присутствующим в ней аммиаком с образованием аммония. Водный фильтрат, или отводимый поток серой воды, содержащий аммоний, выводится из газификационной системы и может быть обработан добавлением FeCl₂ с образованием хлопьев гидроксида железа для удаления любого сульфида, цианида и твердых частиц, с последующим извлечением аммиака, биологической обработкой или испарением с получением сухой соли для коммерческого сбыта и водяного дистиллята. Вода может затем быть повторно использована в процессе, что исключает выброс предприятием сточных вод в любом виде.If the feed contains a high ash content, approximately five to fifteen percent by weight, most of the inorganic substances present in the feed will turn into glassy slag. The chlorine contained in the feed is converted into gaseous hydrogen chloride, which is absorbed in the cooling chamber of the gasifier by the water involved in the process and neutralized by the ammonia present in it to form ammonia. The aqueous filtrate, or the withdrawn stream of sulfur water containing ammonia, is removed from the gasification system and can be treated with FeCl ₂ to form flakes of iron hydroxide to remove any sulfide, cyanide and solid particles, followed by ammonia extraction, biological treatment or evaporation to obtain dry salts for commercial marketing and water distillate. Water can then be reused in the process, which eliminates any type of waste water discharge by the enterprise.

Для газификации сырья из углеводородных отходов обычно используется газификатор с охлаждением. В этом типе газификатора горячий сингаз и расплавленный шлак охлаждается водой. For gasification of raw materials from hydrocarbon wastes, a refrigerated gasifier is usually used. In this type of gasifier, the hot syngas and molten slag are cooled by water.

Для большинства видов хлоридсодержащего газификационного сырья хлорид преобразуется в хлористый водород, выходящий в составе сингаза из газификатора. Охлаждающая вода удаляет мелкие твердые частицы и HCl из этого газа. Для очистки сингаза с целью коммерческого использования могут применяться различные технологии очистки газа, такие как очистка газа регенеративной кислотой. For most types of chloride-containing gasification feedstock, chloride is converted to hydrogen chloride, which leaves the gasifier as part of the syngas. Cooling water removes small solid particles and HCl from this gas. Various gas purification technologies, such as gas purification with regenerative acid, can be used to purify syngas for commercial use.

Поскольку при контакте с водой, находящейся в газификационной системе, пары хлористого водорода преобразуются в обладающую сильными коррозийными свойствами соляную кислоту, для защиты металлических частей системы целесообразным является нейтрализовать соляную кислоту. В качестве нейтрализующих агентов могут быть использованы разнообразные щелочи, такие как гидроксиды или карбонаты натрия, калия, кальция или магния. Однако наиболее предпочтительным нейтрализующим агентом является аммиак, потому что во многих видах исходного сырья, таких как нефтяные осадки и угли, аммиак образуется как побочный продукт. Во многих случаях достаточное количество аммиака образуется только из исходного сырья, так что отпадает необходимость в добавлении аммиака или дополнительного нейтрализующего агента. Since when in contact with water in the gasification system, hydrogen chloride vapors are converted to hydrochloric acid with strong corrosive properties, it is advisable to neutralize hydrochloric acid to protect the metal parts of the system. A variety of alkalis can be used as neutralizing agents, such as hydroxides or carbonates of sodium, potassium, calcium or magnesium. However, ammonia is the most preferred neutralizing agent because in many types of feedstocks such as oil sludge and coal, ammonia is formed as a by-product. In many cases, a sufficient amount of ammonia is formed only from the feedstock, so that there is no need to add ammonia or an additional neutralizing agent.

Кроме того, в отличие от других хлоридов, аммоний хорошо растворяется в воде, и его растворимость значительно зависит от температуры. Эти свойства очень важны для извлечения соли из водяного фильтрата газификационной системы, который можно испарять с помощью испарителей с падающей пленкой жидкости или испарителей с принудительной циркуляцией, или испарителей обоих типов в комбинации. In addition, unlike other chlorides, ammonium is highly soluble in water, and its solubility is significantly dependent on temperature. These properties are very important for the extraction of salt from the water filtrate of the gasification system, which can be evaporated using evaporators with a falling film of liquid or evaporators with forced circulation, or evaporators of both types in combination.

Было установлено, что извлечение кристаллов аммония из водного фильтрата или серой воды лучше всего проходит в том случае, когда водный фильтрат испарен до концентрации приблизительно от 10% до 60%, а наиболее предпочтительно приблизительно от 25% до 45% аммония. Получаемый из испарителя концентрированный соляной раствор, содержащий суспендированные и растворенные твердые частицы, может затем быть кристаллизован с получением солей NH₄Cl и водяного дистиллята, который может быть возвращен в газификационную систему водяного охлаждения.It has been found that the extraction of ammonium crystals from the aqueous filtrate or gray water is best done when the aqueous filtrate is evaporated to a concentration of from about 10% to 60%, and most preferably from about 25% to 45% ammonium. The concentrated brine solution obtained from the evaporator containing suspended and dissolved solids can then be crystallized to form NH ₄ Cl salts and water distillate, which can be returned to the gas-cooled water cooling system.

В испарителе с падающей пленкой жидкости главный теплообменник системы расположен вертикально. Соляной раствор закачивают из коллектора, размещенного под трубами теплообменника, в верхнюю часть труб теплообменника. Соляной раствор затем течет вниз или проваливается сквозь трубы, растекаясь тонким слоем по внутренним стенкам труб, получает теплоту от пара, проходящего по межтрубному пространству, испаряется по мере движения вниз и отводится из нижней части. In an evaporator with a falling liquid film, the main heat exchanger of the system is located vertically. The brine is pumped from a collector located under the heat exchanger tubes to the top of the heat exchanger tubes. The brine then flows down or falls through the pipes, spreading a thin layer on the inner walls of the pipes, receives heat from the steam passing through the annulus, evaporates as it moves down and is removed from the bottom.

Смесь испаренного или сконцентрированного соляного раствора и пара выходит из нижней части труб теплообмена и попадает в коллектор соляного раствора, где пар или водяной пар и жидкий соляной раствор разделяются. Пары выходят из коллектора через его верхнюю часть, а жидкий соляной раствор остается в коллекторе. Сырьевая вода, которой может являться водный фильтрат или отводимые сточные воды, непрерывно добавляется в коллектор соляного раствора, а часть сконцентрированного соляного раствора непрерывно отводится из него с тем, чтобы поддержать нужный коэффициент концентрации. A mixture of evaporated or concentrated brine and steam leaves the bottom of the heat transfer pipes and enters the brine collector, where steam or water vapor and liquid brine are separated. Vapors exit the collector through its upper part, and liquid brine remains in the collector. Raw water, which may be an aqueous filtrate or discharged waste water, is continuously added to the brine collector, and part of the concentrated brine is continuously discharged from it in order to maintain the desired concentration coefficient.

В испарителе с принудительной циркуляцией главный теплообменник системы расположен горизонтально. Соляной раствор прокачивают через трубы, а пар проходит по межтрубному пространству теплообменника и нагревает соляной раствор. Соляной раствор в трубах не закипает, поскольку находится под достаточно большим давлением. Горячий соляной раствор выходит из труб теплообменника под давлением, проходит сквозь фильерную пластину и затем попадает в коллектор соляного раствора, размещенный над испарителем. In a forced circulation evaporator, the main heat exchanger of the system is horizontal. The brine is pumped through the pipes, and the steam passes through the annulus of the heat exchanger and heats the brine. The brine in the pipes does not boil, because it is under sufficiently high pressure. Hot brine leaves the heat exchanger tubes under pressure, passes through a spinneret plate, and then enters the brine collector located above the evaporator.

При проходе соляного раствора сквозь фильерную пластину давление в нем падает. При уменьшении давления горячий соляной раствор закипает, в результате чего формируется двухфазная смесь сконцентрированного соляного раствора и паров воды. As the brine passes through the die plate, the pressure in it drops. With decreasing pressure, the hot brine begins to boil, as a result of which a two-phase mixture of concentrated brine and water vapor is formed.

Когда смесь паров воды и соляного раствора попадает в коллектор соляного раствора, пары воды отделяются от соляного раствора, выводятся из коллектора, попадают в конденсатор и формируют поток водяного дистиллята. Сконцентрированный соляной раствор затем используется повторно, а часть его удаляется или отводится для извлечения соли. Так же, как и в случае с испарителем с падающей пленкой жидкости, сырьевая вода, которая может являться серой водой из газификационной системы, подводится к рециркулирующему потоку соляного раствора, чтобы поддержать необходимый коэффициент концентрации. When a mixture of water vapor and brine enters the brine collector, water vapor is separated from the brine, discharged from the collector, into the condenser and forms a stream of water distillate. The concentrated brine is then reused, and part of it is removed or discharged to recover the salt. As in the case of an evaporator with a falling liquid film, raw water, which may be gray water from the gasification system, is supplied to the recycle brine stream to maintain the required concentration coefficient.

Температура горячего соляного раствора изменяется приблизительно от 225^oF до 245^oF, предпочтительно приблизительно от 235^oF до 240^oF при атмосферном давлении.The temperature of the hot brine varies from about 225 ^° F to 245 ^° F, preferably from about 235 ^° F to 240 ^° F at atmospheric pressure.

Коэффициент концентрации является основным показателем в работе испарителя, так как он определяет изменение режимов работы этого устройства, например уменьшение расхода. Коэффициент концентрации также важен при контролировании и уменьшении образования накипи на теплообменнике, поскольку чем выше коэффициент концентрации, тем большее количество минералов выходит из раствора и имеет возможность осесть на поверхностях теплообмена в виде накипи. The concentration coefficient is the main indicator in the operation of the evaporator, since it determines a change in the operating modes of this device, for example, a decrease in flow rate. The concentration coefficient is also important in controlling and reducing scale formation on the heat exchanger, since the higher the concentration coefficient, the greater the amount of minerals that leave the solution and can settle on the heat exchange surfaces in the form of scale.

Коэффициент концентрации в испарителях в общем случае определяется как отношение массового расхода подающегося потока к массовому расходу потока соляного раствора. Если в системе имеется неиспаряющийся и неосаждающийся компонент, коэффициент концентрации может быть определен как концентрация неиспаряющегося и неосаждающегося компонента в соляном растворе, деленная на концентрацию неиспаряющегося и не осаждающегося компонента в подающемся потоке. Удобным примером такого компонента является натрий или калий. В случае испарителя с рециркуляцией или испарителя с кристаллизатором последнее определение обычно является более удобным для применения. В системе, соответствующей изобретению, натрий и калий не выпадают в осадок сколько-нибудь заметно при правильном выполнении операций, поэтому можно применять последнее определение коэффициента концентрации. The concentration coefficient in evaporators is generally defined as the ratio of the mass flow rate of the feed stream to the mass flow rate of the brine stream. If the system has a non-vaporizing and non-precipitating component, the concentration coefficient can be defined as the concentration of the non-vaporizing and non-precipitating component in the brine divided by the concentration of the non-vaporizing and non-precipitating component in the feed stream. A convenient example of such a component is sodium or potassium. In the case of a recirculating evaporator or a crystallizing evaporator, the latter definition is usually more convenient for use. In the system according to the invention, sodium and potassium do not precipitate any noticeably when the operations are carried out correctly, therefore the last determination of the concentration coefficient can be applied.

Вышеупомянутые типы испарителей известны как устройства, применяемые для дистилляции воды. Однако их применимость зависит от количества накипи, накапливающейся на поверхностях теплообмена испарителя. Веществами, особенно активно образующими накипь, являются слабо растворимые неорганические вещества, которые легко выпадают в осадок при повышении их концентрации во время испарения, такие как соединения алюминия, кальция, магния, фтора, железа и кремния, особенно диоксид кремния (SiO₂), фтористый кальций (CaF₂), фторид магния (MgF₂) и цианид железа, которых больше всего содержится в накипи.The above types of evaporators are known as devices used for distillation of water. However, their applicability depends on the amount of scale accumulating on the heat exchange surfaces of the evaporator. Substances that are especially active in scaling are poorly soluble inorganic substances that easily precipitate when their concentration increases during evaporation, such as compounds of aluminum, calcium, magnesium, fluorine, iron and silicon, especially silicon dioxide (SiO ₂ ), fluoride calcium (CaF ₂ ), magnesium fluoride (MgF ₂ ) and iron cyanide, which are most found in scale.

Обычно жидкий фильтрат или серая вода, отводимые из газификационной системы с частичным окислением, содержат приблизительно от 100 до 500 миллиграмм образующих накипь компонентов на килограмм воды. При восстановлении NH₄Cl с помощью испарения и концентрации из серой воды, отводимой в процессе газификации, коэффициент концентрации может изменяться в пределах приблизительно от 20 до 1000. Было установлено, что на испарителе с падающей пленкой жидкости накипь образуется в приемлемом количестве, если коэффициент концентрации находится в пределах приблизительно от 2 до 20. При более высоком коэффициенте концентрации следует использовать испаритель с принудительной циркуляцией.Typically, liquid filtrate or gray water discharged from a partial oxidation gasification system contains about 100 to 500 milligrams of scale-forming components per kilogram of water. When NH ₄ Cl is reduced by evaporation and concentration from the gray water discharged during gasification, the concentration coefficient can vary from about 20 to 1000. It was found that scale is formed in an acceptable amount on an evaporator with a falling liquid film if the concentration coefficient ranges from approximately 2 to 20. For higher concentration ratios, a forced circulation evaporator should be used.

Еще одним важным фактором в уменьшении накипи на испарителе является разница температур пара и соляного раствора, то есть изменение температуры при прохождении сквозь трубы теплообменника, например от пара в межтрубном пространстве к стекающему слою соляного раствора на внутренней стенке трубы. При большой разнице температур между паром и соляным раствором более вероятно закипание непосредственно на поверхности трубы, а не внутри слоя соляного раствора, что ведет к локальному испарению досуха. Это значительно ускоряет осаждение накипи на трубах. С другой стороны, необходимая площадь поверхности труб, а значит, и стоимость оборудования может быть уменьшена, если увеличится разница температур пара и соляного раствора, поскольку скорость испарения прямо пропорциональна разнице температур пара и соляного раствора, а также площади поверхности труб. Было установлено, что подходящим диапазоном разницы температур пара и соляного раствора в испарителе с падающей пленкой жидкости при приемлемом уровне образования накипи и минимальной площади поверхности трубы является диапазон приблизительно от 1^oF до 20^oF, предпочтительно приблизительно от 6^oF до 10^oF.Another important factor in reducing the scale on the evaporator is the temperature difference between the steam and the brine, that is, the temperature change when passing through the pipes of the heat exchanger, for example, from steam in the annulus to the flowing layer of brine on the inner wall of the pipe. With a large temperature difference between steam and brine, it is more likely to boil directly on the surface of the pipe, and not inside the layer of brine, which leads to local evaporation to dryness. This greatly accelerates the deposition of scale on pipes. On the other hand, the required surface area of the pipes, and hence the cost of the equipment, can be reduced if the difference in temperature of steam and brine increases, since the evaporation rate is directly proportional to the difference in temperature of steam and brine, as well as the surface area of the pipes. It has been found that a suitable range of temperature difference between steam and brine in a falling liquid film evaporator with an acceptable level of scale formation and a minimum pipe surface area is from about 1 ^° F to 20 ^° F, preferably from about 6 ^° F to 10 ^° F .

Как и в случае испарителя с падающей пленкой жидкости, высокая разница температур пара и соляного раствора в испарителе с принудительной циркуляцией может привести к локальному закипанию на поверхностях трубы и, таким образом, к отложению накипи. Поскольку в испарителе с принудительной циркуляцией за счет поддерживания давления кипение гасится, этот температурный диапазон может быть увеличен. Было установлено, что подходящим диапазоном разницы температур пара и соляного раствора является диапазон приблизительно от 1^oF до 36^oF, предпочтительно приблизительно от 12^oF до 24^oF.As in the case of an evaporator with a falling liquid film, the high temperature difference between steam and brine in a forced circulation evaporator can lead to local boiling on the pipe surfaces and, thus, to scale formation. Since boiling is suppressed in a forced circulation evaporator by maintaining pressure, this temperature range can be increased. It was found that a suitable range of temperature differences between steam and brine is a range of from about 1 ^o F to 36 ^o F, preferably from about 12 ^o F to 24 ^o F.

Еще одним важным фактором при контролировании образования накипи в испарителе с падающей пленкой жидкости является испарение за один проход, то есть количество испарившегося соляного раствора, например, выраженное в процентном отношении к соляному раствору, прошедшему по трубам. При высоком испарении за один проход более велика разница концентрации соляного раствора, выходящего из нижних частей труб, и соляного раствора, входящего в верхние части труб. Следовательно, большее количество неорганических веществ, находящихся в соляном растворе, может осесть в виде накипи. С другой стороны, при высоком испарении за один проход сокращается количество проходов соляного раствора через систему. Это экономически привлекательно, поскольку понижаются издержки на работу насосов. В соответствии с настоящим изобретением подходящее испарение за один проход при минимальных эксплуатационных расходах с приемлемым уровнем образования накипи было определено в пределах приблизительно от 0,12% до 2,4%, предпочтительно приблизительно от 0,6% до 1,2%. Another important factor in controlling the formation of scale in an evaporator with a falling liquid film is evaporation in one pass, that is, the amount of brine that has evaporated, for example, expressed as a percentage of the brine passed through the pipes. With high evaporation in one pass, the difference in the concentration of the brine leaving the lower parts of the pipe and the brine entering the upper parts of the pipe is greater. Consequently, a greater amount of inorganic substances present in brine can settle in the form of scale. On the other hand, with high evaporation in one pass, the number of brine passes through the system is reduced. This is economically attractive as the cost of running the pumps is reduced. In accordance with the present invention, suitable evaporation in a single pass at a minimum operating cost with an acceptable level of scale formation was determined in the range from about 0.12% to 2.4%, preferably from about 0.6% to 1.2%.

При прохождении через трубы и испарении соляной раствор может перенасытиться некоторыми неорганическими веществами, которые не могут немедленно выпасть в осадок. Особенно труднообразующим накипь минералом является диоксид кремния, который образует осадок в процессе полимеризации. Этот процесс является более медленным по сравнению с процессом соединения ионов, в результате которого обычно образуется осадок других неорганических веществ. В случае возникновения перенасыщенности целесообразным является удлинить время пребывания соляного раствора в коллекторе с тем, чтобы перенасытившие раствор неорганические вещества могли безопасно выпасть в осадок прежде, чем повторно попасть в трубы теплообменника. С другой стороны, увеличение времени пребывания в коллекторе требует увеличения размеров резервуара, что может существенно увеличить издержки на оборудование. В представленном изобретении как для испарителя с падающей пленкой жидкости, так и для испарителя с принудительной циркуляцией время пребывания в коллекторе предусмотрено приблизительно от 0,25 до 4 минут, а предпочтительное время пребывания - приблизительно от 1 до 2 минут. When passing through pipes and evaporation, the brine may be oversaturated with some inorganic substances that cannot immediately precipitate. A particularly difficult scale-forming mineral is silica, which forms a precipitate during the polymerization. This process is slower than the ion bonding process, which usually forms a precipitate of other inorganic substances. In case of oversaturation, it is advisable to lengthen the residence time of the brine in the collector so that the inorganic substances that oversaturated the solution can safely precipitate before re-entering the heat exchanger tubes. On the other hand, an increase in the residence time in the collector requires an increase in the size of the tank, which can significantly increase equipment costs. In the present invention, both for the evaporator with a falling liquid film and for the evaporator with forced circulation, the residence time in the collector is provided for from about 0.25 to 4 minutes, and the preferred residence time is from about 1 to 2 minutes.

В испарителе с падающей пленкой жидкости изменение температуры соляного раствора при прохождении через трубы очень невелико, так как при падении по трубам раствор кипит и его температура не превышает температуру кипения. Иначе дело обстоит в случае испарителя с принудительной циркуляцией, в котором кипение в трубах подавляется давлением, и температура соляного раствора при прохождении через теплообменник повышается. Чем больше позволяют повышаться температуре, тем более экономически выгодна операция, поскольку для достижения данного объема теплопередачи требуется меньшее количество прогонов соляного раствора через теплообменник. Это уменьшает издержки на работу насосов, которые являются главным экономическим фактором. С другой стороны, некоторые минеральные соли, особенно сульфат кальция и карбонат кальция, при более высоких температурах менее растворимы. В представленном изобретении подходящий диапазон повышения температуры соляного раствора был определен в пределах приблизительно от 1^oF до 24^oF, предпочтительно приблизительно от 6^oF до 18^oF.In an evaporator with a falling liquid film, the change in the temperature of the brine during passage through the pipes is very small, since when it falls through the pipes, the solution boils and its temperature does not exceed the boiling point. The situation is different in the case of a forced circulation evaporator, in which boiling in the pipes is suppressed by pressure, and the temperature of the brine increases when passing through the heat exchanger. The more the temperature is allowed to rise, the more economically advantageous is the operation, since in order to achieve a given heat transfer volume, fewer brine runs through the heat exchanger are required. This reduces the cost of running the pumps, which are the main economic factor. On the other hand, some mineral salts, especially calcium sulfate and calcium carbonate, are less soluble at higher temperatures. In the present invention, a suitable range for raising the temperature of the brine was determined to be in the range of about 1 ^° F to 24 ^° F, preferably about 6 ^° F to 18 ^° F.

Скорость движения соляного раствора в трубах теплообменника является еще одним важным параметром для минимизации образования накипи при разработке испарителя с принудительной циркуляцией. Более высокие скорости препятствуют образованию накипи, а также улучшают передачу теплоты. Однако более высокие скорости ведут к более высоким издержкам на работу насосов. В представленном изобретении подходящая скорость определена в пределах приблизительно от 9 до 14 футов в секунду, предпочтительно 10 футов в секунду. The speed of the brine in the heat exchanger tubes is another important parameter to minimize scale formation during the development of a forced circulation evaporator. Higher speeds inhibit scale formation and also improve heat transfer. However, higher speeds lead to higher pump costs. In the present invention, a suitable speed is defined in the range of about 9 to 14 feet per second, preferably 10 feet per second.

Для регулирования коэффициента концентрации обычно используются два метода. Первый метод подразумевает непрерывное измерение концентрации не испаряющегося и не выпадающего в осадок химического компонента, такого как натрий или калий, и управление отводимым потоком соляного раствора с тем, чтобы поддерживать постоянное отношение между концентрацией натрия или калия в подающейся воде и в соляном растворе и концентрацией соляного раствора. Two methods are usually used to control the concentration coefficient. The first method involves continuously measuring the concentration of a non-evaporating and non-precipitating chemical component, such as sodium or potassium, and controlling the discharge flow of the brine so as to maintain a constant ratio between the concentration of sodium or potassium in the feed water and in the brine and the concentration of brine solution.

Для этих целей часто применяют измерение электрической проводимости, поскольку этим методом легко пользоваться. При испарении газификационной воды, однако, измерение проводимости не может быть использовано, поскольку одно из самых проводящих веществ, аммиак, не полностью сохраняется в соляном растворе. Кроме того, даже если аммиак не был перегнан, в серой воде на измерителях электрической проводимости, как было обнаружено, также образуется накипь. For these purposes, the measurement of electrical conductivity is often used, since this method is easy to use. In the evaporation of gasification water, however, the conductivity measurement cannot be used, since one of the most conductive substances, ammonia, is not completely stored in brine. In addition, even if ammonia has not been distilled, scale has also been found to form in gray water on conductivity meters.

Другой метод регулирования коэффициента концентрации состоит в том, чтобы измерять скорость подачи газификационной воды на входе и использовать эти измерения для управления контроллером отводимого потока, поддерживая отношение скоростей этих потоков равным коэффициенту концентрации. Однако соляной раствор активно формирует накипь на всех смачиваемых поверхностях в испарительной системе. Это вызывает загрязнение любых измеряющих расход устройств, таких как индукционные расходомеры и вертушечные расходомеры, до такой степени, что устройства становятся неработоспособными. Подобных проблем следует ожидать и при использовании других устройств измерения потока, таких как диафрагменные расходомеры или расходомеры Вентури, конфигурация которых изменится в результате отложения накипи, и механических устройств наподобие турбинных расходомеров, механические части которых могут быть засорены накипью. Another method for adjusting the concentration coefficient is to measure the feed rate of the gasification water at the inlet and use these measurements to control the outlet flow controller, keeping the ratio of the velocities of these flows equal to the concentration coefficient. However, brine actively forms scale on all wetted surfaces in the evaporation system. This causes contamination of any flow measuring devices, such as induction flow meters and counter flow meters, to such an extent that the devices become inoperative. Similar problems should be expected when using other flow measuring devices, such as orifice plates or Venturi meters, the configuration of which will change as a result of scale deposits, and mechanical devices like turbine meters, the mechanical parts of which may be clogged with scale.

В технологии регулирования коэффициента концентрации, используемой в представленном изобретении, измерение расхода заменено непрерывным измерением объема, с использованием датчиков уровня, которые являются намного более надежными, чем датчики потока. Система управления основана на контролировании скорости испарения, которая устанавливается с помощью управления потоком пара, или контролировании соответствующей мощности компрессора в устройстве рекомпрессии пара. In the concentration coefficient control technology used in the present invention, the flow measurement is replaced by continuous volume measurement using level sensors that are much more reliable than flow sensors. The control system is based on controlling the evaporation rate, which is set by controlling the steam flow, or by controlling the corresponding compressor power in the steam recompression device.

Дистиллят из испарителя собирается по порциям в мерном резервуаре дистиллята. Датчик уровня, находящийся на резервуаре, сигнализирует о завершении накопления очередной порции. В каждую порцию дистиллята добавляется заготовленная порция соляного раствора, например 500 галлонов дистиллята на 50 галлонов соляного раствора. Коэффициент концентрации устанавливается по отношению веса порции дистиллята к весу порции соляного раствора. The distillate from the evaporator is collected in portions in a measuring tank of the distillate. The level sensor located on the tank signals the completion of the accumulation of the next portion. A prepared portion of brine, for example 500 gallons of distillate per 50 gallons of brine, is added to each portion of the distillate. The concentration coefficient is determined by the ratio of the portion weight of the distillate to the portion weight of the brine.

После сбора порции дистиллята собирается порция соляного раствора, объем которой также контролируется с помощью датчика уровня на мерном резервуаре для соляного раствора. Для того, чтобы поддержать уставку в отстойнике соляного раствора, в систему добавляется подпиточная вода. After collecting a portion of the distillate, a portion of the brine is collected, the volume of which is also monitored using a level sensor on a measuring tank for brine. In order to maintain the setting in the brine sump, make-up water is added to the system.

Такая система позволяет контролировать скорость отгрузки соляного раствора и точно регулировать коэффициент концентрации, кроме того, в ней используются только датчики уровня, функционирование которых намного менее подвержено сбоям из-за отложения накипи, по сравнению с датчиками расхода, поскольку время их контакта с раствором минимально. Наиболее подходящими датчиками уровня являются, например, поплавковые реле с герметизированным электромагнитным переключателем, разработанные Ryton R-4^TM (Компания Филлипс 66) и производящиеся Imo Industries Inc. Gems Sensor Division в Плэйнвилле, штат Коннектикут. Некоторые датчики уровня, которые вообще не контактируют с жидкостью, очень надежны, даже если в резервуаре присутствует накипь. Примером таких датчиков могут служить ультразвуковые датчики уровня.Such a system allows you to control the rate of shipment of the brine and precisely control the concentration coefficient, in addition, it uses only level sensors, the operation of which is much less prone to failures due to scale deposits, compared with flow sensors, since their contact time with the solution is minimal. The most suitable level sensors are, for example, float switches with a sealed electromagnetic switch, developed by Ryton R-4 ^TM (Phillips 66) and manufactured by Imo Industries Inc. Gems Sensor Division in Plainville, Connecticut. Some level sensors that do not come into contact with the liquid at all are very reliable, even if scale is present in the tank. An example of such sensors are ultrasonic level sensors.

Схема управления может быть собрана из общедоступных реле. Она может также быть собрана из электронных устройств различных типов, например из программируемых логических контроллеров или интегральных схем. The control circuit can be assembled from public relays. It can also be assembled from various types of electronic devices, such as programmable logic controllers or integrated circuits.

В одной из реализаций, парообразный поток соляного раствора из испарителя направляется в кристаллизатор сверхбыстрого охлаждения, в котором соляной раствор охлаждается за счет уменьшения давления, в результате чего формируются кристаллы аммония, поскольку при уменьшении температуры уменьшается его растворимость от приблизительно 46% при 244^oF до приблизительно 35% при 135^oF на единицу веса NH₄Cl. Кристаллы аммония могут производиться для продажи. Выделенные пары могут быть сконденсированы в водяной дистиллят, который, вместе с дистиллятом испарителя, может быть повторно использован в газификаторе. В результате испарения при пониженном давлении температура соляного раствора падает до точки, соответствующей температуре кипения при данном давлении, и образуются поток соляного раствора для повторного использования и поток очищенного соляного раствора.In one implementation, the vaporous stream of brine from the evaporator is directed to an ultrafast cooling crystallizer, in which the brine is cooled by reducing the pressure, resulting in the formation of ammonium crystals, as the temperature decreases, its solubility decreases from about 46% at 244 ^° F to approximately 35% at 135 ^o F per unit weight of NH ₄ Cl. Ammonium crystals can be produced for sale. The separated vapors can be condensed into a water distillate, which, together with the evaporator distillate, can be reused in a gasifier. As a result of evaporation under reduced pressure, the temperature of the brine drops to the point corresponding to the boiling point at a given pressure, and a stream of brine for reuse and a stream of purified brine are formed.

Кристаллы аммония могут быть отделены от охлажденного соляного раствора с помощью таких приемов, как отстаивание, центрифугование и фильтрация. Извлекаемые кристаллы могут быть выделены как таковые или могут быть вымыты с помощью охлажденного водяного дистиллята с минимальным временем контакта, чтобы повысить их чистоту. Ammonium crystals can be separated from the cooled brine using techniques such as sedimentation, centrifugation and filtration. Recoverable crystals can be isolated as such or can be washed with chilled water distillate with a minimum contact time to increase their purity.

Поток охлажденного соляного раствора, предназначенный для рециркуляции, насыщенный аммонием при установившейся в кристаллизаторе температуре, может быть повторно подан в испарительную систему с тем, чтобы повысить его концентрацию до того уровня, когда его можно будет возвратить в кристаллизатор и дополнительно восстановить кристаллы аммония. A stream of cooled brine intended for recirculation, saturated with ammonium at a temperature established in the crystallizer, can be re-fed into the evaporation system in order to increase its concentration to the level where it can be returned to the crystallizer and additionally recover ammonium crystals.

Фильтрат соляного раствора в очищенном потоке может быть недостаточно чистым. Представленное изобретение обеспечивает систему, из которой не отводится сточная вода с солями. Это обеспечивается за счет повторного использования потока очищенного соляного раствора в топке газификатора при реакции газификации. Поскольку растворимые соли, а именно соли хлора, поданные в газификатор, в конечном счете оказываются в воде, подающейся в испаритель сточных вод, а затем и в соляном растворе кристаллизатора, в данной методике, чтобы она успешно работала, должны быть предусмотрены средства, позволяющие выводить из системы соли, отличные от аммония. The brine filtrate in the purified stream may not be sufficiently pure. The presented invention provides a system from which waste water with salts is not discharged. This is ensured by the reuse of the stream of purified brine in the gasifier furnace during the gasification reaction. Since soluble salts, namely chlorine salts, supplied to the gasifier, ultimately end up in water supplied to the wastewater evaporator, and then in the salt solution of the crystallizer, in this method, for it to work successfully, means must be provided that allow to remove from a salt system other than ammonium.

Самую высокую концентрацию после аммония имеет формиат аммония, содержание которого доходит до 20% от общего количества растворенных твердых веществ. В данном изобретении средством, с помощью которого формиату не позволяют избежать переработки, является термическое разложение формиата в дистилляте испарителя и очищенном потоке до угарного газа и воды при температуре приблизительно от 2000^oF до 2500^oF: HCOOH ---> CO + H₂O. Было установлено, что при работе испарителей при температуре, большей, чем приблизительно 230^oF, в дистиллят повторно попадает значительное количество формиата.The highest concentration after ammonium is ammonium formate, the content of which reaches 20% of the total amount of dissolved solids. In this invention, the means by which formate cannot be avoided is the thermal decomposition of formate in the evaporator distillate and the purified stream to carbon monoxide and water at a temperature of from about 2000 ^° F to about 2500 ^° F: HCOOH ---> CO + H ₂ O. It has been found that when evaporators are operated at temperatures greater than about 230 ^° F, a significant amount of formate is re-introduced into the distillate.

Было установлено, что повторное направление в газификационную топку содержащей формиат обработанной воды предотвращает накопление формиата. Кроме аммония и формиата аммония имеется также небольшое количество, порядка 8%, других солей, включая те, которые содержат ионы натрия, калия, алюминия, кальция, магния, бора, фтора и кремния. Вместе с очищенным потоком эти соли могут быть повторно направлены в газификатор. Эти компоненты не смогут накопиться в водной системе, поскольку они будут удалены вместе с газификационным шлаком. В основе такого поведения этих веществ лежит их способность к распределению. It was found that re-directing treated water containing formate to the gasification furnace prevents the accumulation of formate. In addition to ammonium and ammonium formate, there is also a small amount, about 8%, of other salts, including those containing sodium, potassium, aluminum, calcium, magnesium, boron, fluorine and silicon ions. Together with the purified stream, these salts can be recycled to the gasifier. These components will not be able to accumulate in the water system, since they will be removed along with the gasification slag. The basis for this behavior of these substances is their ability to distribute.

Распределение зависит от температуры воды, величины pH воды и времени контакта между шлаковой фазой и водяной фазой. Большая часть веществ включается в поток шлака, а не в отводимый поток воды. Например, свыше 99% калия, алюминия, кальция, магния и кремния распределяются в шлак. Для оставшихся компонентов распределение в шлак составляет приблизительно 97% для натрия, 85% для фтора и 58% для бора. The distribution depends on the temperature of the water, the pH of the water and the contact time between the slag phase and the water phase. Most of the substances are included in the slag stream, and not in the diverted water stream. For example, over 99% of potassium, aluminum, calcium, magnesium and silicon are distributed into slag. For the remaining components, the slag distribution is approximately 97% for sodium, 85% for fluorine, and 58% for boron.

Чтобы обеспечить отсутствие или минимальность выбросов воды, необходимо удалять воду из концентрированного соляного раствора, выходящего из испарителя. Одной из методик для обезвоживания соляного раствора является обезвоживание на поверхности обогреваемого барабана. При обезвоживании с помощью обогреваемого барабана два полых барабана помещаются так, чтобы они почти касались друг друга и их оси располагались горизонтально. С помощью механического привода барабаны приводятся во вращение вокруг своих осей так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, например один по часовой стрелке, другой против часовой стрелки. Внутри барабанов находится пар, сконденсировавшаяся вода отводится. Обезвоживаемый соляной раствор помещается между барабанами над линией, вдоль которой они практически касаются друг друга, в зоне, которую называют "зоной контакта". Горячие барабаны вращаются и соляному раствору передается теплота, вплоть до полного испарения воды, когда на поверхности барабанов остается твердый слой соли. Возле поверхности каждого барабана расположено лезвие скребка, который соскребает соль в приемный бункер. To ensure no or minimal water emissions, it is necessary to remove water from the concentrated brine leaving the evaporator. One of the methods for saline dehydration is dehydration on the surface of a heated drum. When dehydrated using a heated drum, two hollow drums are placed so that they almost touch each other and their axes are horizontal. By means of a mechanical drive, the drums are rotated around their axes so that they rotate in opposite directions, for example, one clockwise, the other counterclockwise. There is steam inside the drums, condensed water is discharged. A dehydrated saline solution is placed between the drums above the line along which they practically touch each other, in the area called the “contact area”. Hot drums rotate and heat is transferred to the brine, up to the complete evaporation of water, when a solid layer of salt remains on the surface of the drums. Near the surface of each drum there is a scraper blade that scrays salt into the hopper.

Существуют два режима работы для двухбарабанной системы. В первом режиме, известном под названием "двойной барабан", барабаны вращаются так, чтобы их поверхности в зоне контакта перемещались вниз. ВО втором режиме, который называется "спаренный барабан", направление вращения барабанов таково, чтобы их поверхности в зоне контакта перемещались вверх. Было установлено, что оба эти режима работы хорошо подходят для обезвоживания соляного раствора из газификационных сточных вод. There are two operating modes for a dual-drum system. In the first mode, known as the "double drum", the drums rotate so that their surfaces in the contact zone move down. In the second mode, which is called the "twin drum", the direction of rotation of the drums is such that their surfaces in the contact zone move up. It was found that both of these operating modes are well suited for the dehydration of brine from gasification wastewater.

Как показано на фигуре 1, уголь и вода смешиваются в резервуаре 10 и формируют суспензию, которая подается в зону реакции 14 высокотемпературного газификатора 16 по линии 12, к которой добавляется какой-либо окислитель, например кислород. В зоне реакции 14 происходит частичное окисление угля и формируется необработанный сингаз и шлак, который попадает в охладительную камеру 20 в нижней части газификатора 16, где горячий сингаз и расплавленный шлак вступают в контакт с охладительным потоком воды 18, охлаждаются и разделяются. Взвешенный в охлаждающей или серой воде шлак передается через линию 22 в воронку-затвор 24, из которой шлак с некоторым количеством серой воды удаляется из системы по линии 26. Шлак, который не является токсичным, передается по линии 27 для использования в качестве строительного материала или на захоронение. Поток серой воды 28 из охладительной камеры 20 и поток серой воды 29 из линии 26 объединяются в линии 30 и подаются в вакуумный испарительный барабан. В нем серая вода охлаждается и выводится по линии 34 в отстойник твердых частиц 36, где мелкие частицы золы отделяются от серой воды и удаляются из системы по линии 38. As shown in figure 1, coal and water are mixed in a tank 10 and form a suspension, which is fed into the reaction zone 14 of the high-temperature gasifier 16 via line 12, to which any oxidizing agent, for example oxygen, is added. In the reaction zone 14, partial coal oxidation occurs and untreated syngas and slag are formed, which enters the cooling chamber 20 at the bottom of the gasifier 16, where the hot syngas and molten slag come into contact with the cooling water stream 18, are cooled and separated. Slag suspended in cooling or gray water is passed through line 22 to the gate funnel 24, from which slag with some amount of gray water is removed from the system via line 26. Slag that is not toxic is transferred through line 27 for use as building material or for burial. The stream of gray water 28 from the cooling chamber 20 and the stream of gray water 29 from line 26 are combined in line 30 and fed to a vacuum evaporation drum. In it, gray water is cooled and discharged via line 34 to a particulate sump 36, where small particles of ash are separated from gray water and removed from the system via line 38.

Покинув охладительную камеру 20, сингаз по линии 40 попадает в скруббер Вентури 42, затем по линии 44 в угольный скруббер 46, в котором из сингаза удаляются мелкие частицы золы и сажи, и выходит вместе с потоком воды через линию 48. Часть водяного потока 48 по линии 49 попадает в скруббер Вентури 42 и используется в качестве среды для мокрой очистки газа. Оставшаяся часть водяного потока 48 попадает в линию 18 и служит в качестве охладителя в охладительной камере 20. After leaving the cooling chamber 20, the syngas through line 40 enters the Venturi scrubber 42, then through line 44 into the coal scrubber 46, in which small particles of ash and soot are removed from the syngas, and exits with the water stream through line 48. Part of the water stream 48 line 49 enters the venturi scrubber 42 and is used as a medium for wet gas purification. The remainder of the water stream 48 enters line 18 and serves as a cooler in the cooling chamber 20.

Свободный от макрочастиц сингаз вместе с вовлеченной водой выходит из верхней части угольного скруббера 46 и по линии 50 попадает в конденсатор 52, в котором часть воды конденсируется, и затем по линии 54 проходит в резервуар ударного водосепаратора 56, в котором вода отделяется от сингаза. Поток осевшей воды 58 выходит из резервуара 56 и попадает в верхнюю часть угольного скруббера 46. Поток сингаза 60 выходит из верхней части резервуара ударного водосепаратора 56 и попадает в конденсатор 62, в котором конденсируется аммиак и остаток воды, по линии 64 проходит в сепаратор сингаза 66 и покидает систему в виде потока очищенного сингаза 68. Водяной поток 70 покидает сепаратор сингаза 66 и разделяется на отводимый поток 72 и поток 74, который повторно направляется в ударный водосепаратор 56. The particulate-free syngas, together with the water involved, exits from the top of the coal scrubber 46 and passes through line 50 to a condenser 52, in which part of the water condenses, and then passes through line 54 to the reservoir of the shock water separator 56, in which water is separated from the syngas. The flow of settled water 58 leaves the reservoir 56 and enters the upper part of the coal scrubber 46. The syngas stream 60 leaves the upper part of the reservoir of the shock water separator 56 and enters a condenser 62, in which ammonia and the remaining water are condensed, passes through line 64 to the syngas separator 66 and leaves the system in the form of a purified syngas stream 68. The water stream 70 leaves the syngas separator 66 and is divided into a diverted stream 72 and a stream 74, which is re-routed to the shock separator 56.

В случае, если отношение количества азота к хлору слишком мало, чтобы нейтрализовать весь хлорид, в скруббере Вентури 42 и/или в угольном скруббере 46 в водную систему может быть добавлен аммиак. Критерием необходимости изменения этого отношения является величина pH воды в скрубберах. Желательно поддерживать величину pH по крайней мере около 6 и выше, предпочтительно от 6 до 9. Это позволяет гарантировать восстановление аммония. Другим показателем, сигнализирующим о том, что требуется добавлять аммиак, является отсутствие аммиака в потоке 58, отводимом из ударного водосепаратора 56, и/или в потоке 70 выходящего из сепаратора сингаза 66. If the ratio of nitrogen to chlorine is too small to neutralize all of the chloride, ammonia can be added to the water system in a venturi scrubber 42 and / or in a coal scrubber 46. The criterion for the need to change this ratio is the pH of the water in the scrubbers. It is desirable to maintain the pH at least about 6 and higher, preferably from 6 to 9. This allows the recovery of ammonium to be guaranteed. Another indicator that ammonia needs to be added is the absence of ammonia in stream 58 discharged from the shock separator 56 and / or in stream 70 exiting the syngas separator 66.

Из отстойника твердой фазы 36 выходит надосадочный поток серой воды 90. Из него выделяется поток 94, который в случае необходимости подпитывается дополнительной водой и подается в нижнюю часть угольного скруббера 46. Оставшаяся часть потока 90 выделяется в отводимый поток содержащей аммоний серой воды 100, который выводится из системы для дальнейшей обработки с удалением растворимых солей. A supernatant stream of gray water 90 exits from the solid phase sump 36. A stream 94 is released from it, which, if necessary, is fed with additional water and is supplied to the lower part of the coal scrubber 46. The remaining part of the stream 90 is separated into a discharge stream of ammonium-containing gray water 100, which is discharged from the system for further processing with the removal of soluble salts.

Как показано на фигуре 2, сбрасываемый из показанной на фигуре 1 системы поток содержащей аммоний серой воды 100, который также может подаваться из хранилища, попадает в систему обработки, в которой подается в нагреваемый паром испаритель с принудительной циркуляцией 106 и через линию 110 выводится в расположенный над ним коллектор соляного раствора 112. Уменьшение давления нагретой серой воды 110, попавшей в отстойник соляного раствора 112, приводит к мгновенному испарению части воды. Поток соляного раствора 120 выходит из нижней части коллектора соляного раствора 112, после чего от него отделяется поток 124, который с помощью насоса 122 повторно направляется к входу в испаритель 106. Часть рециркулируемого потока соляного раствора 120 удаляется через линию 130 в мерный резервуар соляного раствора 132 и выводится из системы в качестве аммоний-содержащего соляного раствора по линии 134. Замер и отгрузка произведенного соляного раствора осуществляется с помощью регулирующих клапанов 140 и 142 и индикатора верхнего уровня 144. As shown in FIG. 2, the ammonia-containing sulfur water stream 100 discharged from the system shown in FIG. 1, which can also be supplied from the storage, enters a treatment system in which a forced circulation evaporator is fed into the steam heated 106 and is discharged via line 110 to above it, the brine collector 112. A decrease in the pressure of the heated sulfur water 110 entering the sump of brine 112 leads to the instantaneous evaporation of part of the water. The brine stream 120 exits from the bottom of the brine collector 112, after which a stream 124 is separated, which is re-routed to the inlet of the evaporator 106 using a pump 122. A portion of the recycled brine stream 120 is removed through line 130 to the brine meter 132 and is withdrawn from the system as an ammonium-containing brine through line 134. Measurement and shipment of the produced brine is carried out using control valves 140 and 142 and an upper level indicator 144.

Пусть регулирующий клапан 142 закрыт, а регулирующий клапан 140 открыт. Соляной раствор заполняет мерный резервуар соляного раствора 132 до тех пор, пока индикатор верхнего уровня 144 не активируется. В этот момент регулирующий клапан 140 закрывается, а регулирующий клапан 142 открывается, и мерный резервуар соляного раствора 132 опорожняется. Эта процедура повторяется в течение всего времени функционирования системы обработки. Такая технология минимизирует формирование накипи. Коллектор соляного раствора 112 служит в качестве накопителя для измерения и отгрузки произведенного соляного раствора. Поток произведенного соляного раствора 134 может затем быть обработан в кристаллизаторе и/или с помощью каких-либо технологий обезвоживания с получением твердого аммония. Let control valve 142 be closed and control valve 140 open. Salt solution fills the measuring tank of brine 132 until the top level indicator 144 is activated. At this point, control valve 140 closes, and control valve 142 opens, and the brine metering tank 132 is empty. This procedure is repeated throughout the processing system. This technology minimizes scale formation. The brine collector 112 serves as a reservoir for measuring and shipping the produced brine. The stream of produced brine 134 may then be processed in a crystallizer and / or using any dehydration technology to produce solid ammonium.

Поток водяного пара 150 выходит из верхней части коллектора соляного раствора 112, проходит через конденсатор 152, и по линии 154 попадает в барабанный сепаратор 156. Не сконденсировавшийся газ выходит из верхней части барабанного сепаратора 156 через линию продувки 158 для дальнейшей обработки (не показано). Водяной конденсат покидает нижнюю часть барабанного сепаратора 156 по линии 170 и передается в мерный бак дистиллята 172, откуда покидает систему через линию 174 в виде относительно чистого водяного дистиллята. Замер и отгрузка произведенного водяного дистиллята через линию 174 контролируется с помощью регулирующих клапанов 176 и 178, а также датчика верхнего уровня 180 и датчика нижнего уровня 182. Пусть регулирующий клапан 178 закрыт, а регулирующий клапан 176 открыт. Мерный бак дистиллята 172 заполняется дистиллятом до тех пор, пока датчик верхнего уровня 180 не сработает. Затем регулирующий клапан 176 закрывается, а регулирующий клапан 178 открывается, и произведенный водяной дистиллят вытекает через линию 174 мерного бака дистиллята 172 до тех пор, пока не сработает датчик нижнего уровня 182. После этого процедура повторяется. A stream of water vapor 150 exits the top of the brine collector 112, passes through a condenser 152, and flows through line 154 to a drum separator 156. Uncondensed gas leaves the top of the drum separator 156 through a purge line 158 for further processing (not shown). Water condensate leaves the bottom of the drum separator 156 via line 170 and is transferred to the measuring tank of the distillate 172, from where it leaves the system through line 174 in the form of a relatively pure water distillate. Measurement and dispatch of the produced water distillate via line 174 is controlled by control valves 176 and 178, as well as a high level sensor 180 and a low level sensor 182. Let control valve 178 be closed and control valve 176 open. The measured tank of the distillate 172 is filled with distillate until the upper level sensor 180 is triggered. Then, control valve 176 closes, and control valve 178 opens, and the produced water distillate flows through line 174 of the distillate metering tank 172 until the low level sensor 182 trips. After this, the procedure is repeated.

Барабанный сепаратор 156 служит как накопитель для замера и отгрузки произведенного дистиллята. Произведенный дистиллят может быть повторно использован в качестве подпиточной воды в газификационной системе, показанной на фигуре 1. Вместо специальных средств для замера и отгрузки дистиллята и соляного раствора, показанных на фигуре 2, могут быть использованы какие-либо другие эквивалентные средства. Drum separator 156 serves as a storage device for measuring and shipping the produced distillate. The distillate produced can be reused as make-up water in the gasification system shown in Figure 1. Instead of the special means for measuring and shipping the distillate and brine shown in Figure 2, any other equivalent means can be used.

В то время как в системе обработки, показанной на фигуре 2, используется принудительная циркуляция, очевидно, что также может использоваться испарение с падающей пленкой жидкости или комбинации методов испарения с падающей пленкой жидкости и с принудительной циркуляцией. While the processing system shown in Figure 2 uses forced circulation, it is obvious that evaporation with a falling film of liquid or a combination of evaporation methods with a falling film of liquid and with forced circulation can also be used.

На фигуре 3 показана система обработки отводимой серой воды с использованием испарителя с падающей пленкой жидкости 200. Работа системы на фигуре 3 подобна работе системы на фигуре 2, в которой использовался испаритель с принудительной циркуляцией, и соответствующие элементы системы фигуры 3, обозначенные теми же позициями, что и элементы системы на фигуре 2, имеют те же самые функции. Главное отличие состоит в том, что коллектор соляного раствора 202 входит в состав испарителя с падающей пленкой жидкости 200 в качестве его нижней части. В процессе работы испарителя с падающей пленкой жидкости 200 насос 122 повторно направляет соляной раствор из коллектора 202 в верхнюю часть испарителя с падающей пленкой жидкости 200, откуда соляной раствор и водяной пар проходят сквозь трубы испарителя вниз в коллектор 202, где соляной раствор и водяной пар разделяются. Водяные пары покидают отстойник по линии 150 и конденсируются в конденсаторе 152. Поток сбрасываемой серой воды 100 подается в коллектор 202. Figure 3 shows a system for treating exhaust gray water using an evaporator with a falling liquid film 200. The operation of the system in figure 3 is similar to the system in figure 2, in which a forced circulation evaporator was used, and the corresponding elements of the system of figure 3, indicated by the same positions, as elements of the system in figure 2, have the same functions. The main difference is that the brine collector 202 is included in the evaporator with a falling film of liquid 200 as its lower part. During operation of the evaporator with a falling liquid film 200, the pump 122 re-directs the brine from the collector 202 to the top of the evaporator with the falling film of liquid 200, from where the brine and water vapor pass through the evaporator pipes down to the collector 202, where the brine and water vapor are separated . Water vapor leaves the sump along line 150 and condenses in a condenser 152. A stream of discharged sulfur water 100 is supplied to a collector 202.

На фигуре 4 показана система обработки отводимой серой воды, в которой используется как испаритель с падающей пленкой жидкости, так и испаритель с принудительной циркуляцией, первый в качестве концентратора первой ступени, второй в качестве концентратора второй ступени. Элементы, связанные с испарителем с падающей пленкой жидкости 200 на фигуре 4, обозначенные теми же позициями, что и связанные с испарителем с падающей пленкой жидкости на фигуре 3, имеют те же самые функции. Элементы, связанные с испарителем с принудительной циркуляцией 106' на фигуре 4, имеющие те же самые функции, что и связанные с испарителем с принудительной циркуляцией на фигуре 2, обозначены позициями со штрихом. Figure 4 shows a system for treating discharged gray water, which uses both an evaporator with a falling liquid film and an evaporator with forced circulation, the first as a concentrator of the first stage, the second as a concentrator of the second stage. The elements associated with the falling liquid film evaporator 200 in FIG. 4, denoted by the same positions as those associated with the falling liquid film evaporator in FIG. 3, have the same functions. Elements associated with a forced circulation evaporator 106 'in FIG. 4, having the same functions as those associated with a forced circulation evaporator in FIG. 2, are indicated by dashes.

Пример 1
Уголь Питсбург N 8 измельчается в дробилке и добавляется в воду с образованием суспензии, содержащей приблизительно 60-63% угля по весу. Угольная суспензия подается в газификатор со скоростью 31000 кг угля в час и частично окисляется в газификаторе с поглощением практически чистого кислорода и с образованием потока горячего синтез-газа (сингаза), который охлаждается водой с отделением расплавленного шлака. Сингаз подается в скруббер Вентури и в угольный скруббер, в которых из него удаляются мелкие частицы золы, сажи и растворенные в участвующей в процессе газификации воде соли. Из угольного скруббера сингаз подается в охладитель. Весовое отношение азота к хлору в сырье составляет 11,7, то есть является достаточно большим для того, чтобы в пересчете на моли аммиака в воде было больше, чем анионов, например, хлорида, формиата и/или карбоната, и величина pH была большей, чем 7,0. Водный фильтрат или отводимая вода подается в систему по извлечению солей и рециркуляции воды со скоростью 14308 литров в час и попадает в испаритель с падающей пленкой жидкости, который производит поток водяного дистиллята, выходящий со скоростью 12879 кг/ч, и первично сконцентрированный аммоний-содержащий соляной раствор, который подается в испаритель с принудительной циркуляцией со скоростью 1431 кг/ч. Производится поток водяного дистиллята, выходящий из испарителя с принудительной циркуляцией со скоростью/ 1288 кг/ч, и повторно сконцентрированный аммоний-содержащий соляной раствор, который подается в барабанную сушилку со скоростью 143 кг/ч. Барабанная сушилка производит твердую фазу со скоростью 83 кг/ч и поток водяного дистиллята со скоростью 60 кг/ч. Потоки водяного дистиллята, выходящие из испарителя с падающей пленкой жидкости, испарителя с принудительной циркуляцией и барабанной сушилки объединяются с потоком в 3983 кг/ч подпиточной воды, которая повторно подается в угольную суспензию, подводимую в газификатор.Example 1
Pittsburgh N 8 coal is ground in a grinder and added to water to form a slurry containing approximately 60-63% by weight of coal. The coal suspension is fed into the gasifier at a rate of 31,000 kg of coal per hour and partially oxidized in the gasifier with the absorption of almost pure oxygen and with the formation of a stream of hot synthesis gas (syngas), which is cooled by water with the separation of molten slag. Syngas is fed to a Venturi scrubber and a coal scrubber, in which small particles of ash, soot and salt dissolved in the water involved in gasification are removed from it. From the coal scrubber, the syngas is fed to the cooler. The weight ratio of nitrogen to chlorine in the feed is 11.7, that is, it is large enough so that in terms of moles of ammonia in water there are more anions than, for example, chloride, formate and / or carbonate, and the pH is greater, than 7.0. The aqueous filtrate or the discharged water is supplied to the system for the extraction of salts and water recirculation at a rate of 14308 liters per hour and enters the evaporator with a falling film of liquid, which produces a stream of water distillate leaving at a speed of 12879 kg / h, and primarily concentrated ammonium-containing hydrochloric the solution that is fed into the evaporator with forced circulation at a speed of 1431 kg / h A stream of water distillate is produced, leaving the forced circulation evaporator at a rate of / 1288 kg / h, and a re-concentrated ammonium-containing salt solution, which is fed to the drum dryer at a speed of 143 kg / h. The drum dryer produces a solid phase at a rate of 83 kg / h and a stream of water distillate at a rate of 60 kg / h. The streams of water distillate leaving the evaporator with a falling liquid film, a forced circulation evaporator and a drum dryer are combined with a stream of 3983 kg / h of make-up water, which is re-fed into the coal slurry fed to the gasifier.

Возникающее в результате распределение угольных компонентов в задействованную в процессе отводимую воду приведено в таблице 1. Рабочие величины концентрации и скорости потока для каждого задействованного устройства приведены в таблице 2. The resulting distribution of the coal components in the waste water used in the process is shown in Table 1. The operating concentrations and flow rates for each device involved are shown in Table 2.

Испаритель с падающей пленкой жидкости работает при разнице температур пара и соляного раствора в 10^oF и при коэффициенте концентрации, равном 10. Испаритель с принудительной циркуляцией работает при разнице температур пара и соляного раствора в 24^oF, коэффициенте концентрации, равном 10, и скорости соляного раствора в трубах, равной 10 футам в секунду, производя сконцентрированный раствор аммония (40% по весу NH₄Cl). Анализ аммонийсодержащего соляного раствора, выходящего из испарителя с падающей пленкой жидкости, и концентрированного аммонийсодержащего соляного раствора, производящегося испарителем с принудительной циркуляцией, приведен ниже в таблице 3.An evaporator with a falling liquid film operates at a temperature difference of 10 ^° F between steam and brine and a concentration coefficient of 10. An evaporator with forced circulation works at a temperature difference of 24 ^° F between steam and brine, a concentration coefficient of 10 and speed saline in pipes equal to 10 feet per second, producing a concentrated solution of ammonium (40% by weight of NH ₄ Cl). An analysis of the ammonium-containing saline solution leaving the evaporator with a falling liquid film and the concentrated ammonium-containing saline solution produced by the forced circulation evaporator are shown in Table 3 below.

Концентрированный раствор аммония, подводимый к барабанной сушилке, содержит 13,9% формиата аммония. Барабанная сушилка действует таким образом, чтобы производить 0,5 фунта дистиллята и 0,5 фунта кристаллов аммония на фунт соляного раствора. Производимый барабанной сушилкой продукт состоит из 73,1% аммония, 2,9% формиата аммония, 3,5% хлорида натрия и 20,5% воды. The concentrated ammonium solution supplied to the drum dryer contains 13.9% ammonium formate. The drum dryer operates to produce 0.5 pounds of distillate and 0.5 pounds of ammonium crystals per pound of brine. The product produced by the drum dryer consists of 73.1% ammonium, 2.9% ammonium formate, 3.5% sodium chloride and 20.5% water.

Скорость осаждения накипи на теплопередающих трубах является чрезвычайно важным показателем. Она должна быть достаточно низкой, чтобы периоды между чистками имели приемлемую величину. Было установлено, что следующие эксплуатационные режимы позволяют продлить периоды между чистками. The scale deposition rate on heat transfer pipes is an extremely important indicator. It should be low enough so that the periods between cleanings have an acceptable value. It was found that the following operating conditions allow to extend the periods between cleanings.

Эксплуатационные режимы испарителя с падающей пленкой жидкости первой ступени представлены в конце описания. The operating conditions of the evaporator with a falling film of liquid of the first stage are presented at the end of the description.

Эксплуатационные режимы испарителя с принудительной циркуляцией второй ступени представлены в конце описания. The operating modes of the evaporator with forced circulation of the second stage are presented at the end of the description.

Было установлено, что для испарителя с падающей пленкой жидкости при оптимальных режимах скорость осаждения накипи составляет 1,25•10^-5 кубических футов накипи на кубический фут испаренной воды, что соответствует интервалам между чистками труб в 2 месяца. Скорость осаждения накипи у испарителя с принудительной циркуляцией намного ниже и составляет 5,0•10^-7 кубических футов накипи на кубический фут испаренной воды, что соответствует интервалам между чистками труб в 12 месяцев. Сравнивая скорости оседания накипи, видим, что в испарителе с падающей пленкой жидкости эта скорость в 25 раз выше скорости оседания накипи в испарителе с принудительной циркуляцией. Таким образом осуществляется существенная экономия на техническом обслуживании и уменьшается время простоя.It was found that for an evaporator with a falling liquid film under optimal conditions, the scale deposition rate is 1.25 • 10 ^-5 cubic feet of scale per cubic foot of evaporated water, which corresponds to an interval between pipe cleanings of 2 months. The scale deposition rate of the forced circulation evaporator is much lower and amounts to 5.0 • 10 ^-7 cubic feet of scale per cubic foot of evaporated water, which corresponds to the intervals between pipe cleanings of 12 months. Comparing the scale sedimentation rate, we see that in an evaporator with a falling liquid film, this speed is 25 times higher than the scale sedimentation rate in a forced circulation evaporator. This saves significant maintenance costs and reduces downtime.

Состав накипи на нагреваемых и ненагреваемых частях испарителя как с падающей пленкой жидкости, так и с принудительной циркуляцией приведен в таблице 4. The composition of the scale on the heated and unheated parts of the evaporator with both a falling liquid film and forced circulation is shown in table 4.

Скорость осаждения накипи для испарителя с принудительной циркуляцией низка из-за того, что главные образующие накипь элементы (кальций и кремний) отсутствуют на теплопередающих поверхностях в испарителе с принудительной циркуляцией. То, что Mg преобладает в накипи на трубах испарителя с принудительной циркуляцией, является доказательством успеха в уменьшении образования накипи за счет кальция и кремния, так как магний составляет только 3 ppm, тогда как Si и Ca - приблизительно 109 и 25 ppm соответственно. The scale deposition rate for the forced circulation evaporator is low due to the fact that the main scale-forming elements (calcium and silicon) are absent on the heat transfer surfaces in the forced circulation evaporator. The fact that Mg prevails in scale on evaporator tubes with forced circulation is evidence of success in reducing scale formation due to calcium and silicon, since magnesium is only 3 ppm, while Si and Ca are approximately 109 and 25 ppm, respectively.

Пример 2
Повторяется процесс, описанный в примере 1, за исключением того, что концентрированный аммонийсодержащий соляной раствор, произведенный в испарителе с принудительной циркуляцией, передается в охлаждающий кристаллизатор со скоростью 443 кг/ч, в котором производится суспензия кристаллов аммония в количестве 414 кг/ч и водяной дистиллят в количестве 30 кг/ч. Суспензия кристаллов аммония подается в сепаратор твердой фазы, в котором отделяется поток кристаллов аммония, содержащий 7% H₂O, со скоростью 56 кг/ч, что эквивалентно 52 кг/ч сухого вещества. В сепараторе твердой фазы также производится фильтрат в количестве 358 кг/ч, из которых 339 кг/ч повторно подаются в испаритель с принудительной циркуляцией, а поток очищенного фильтрата в объеме 19 кг/ч передается в барабанную сушилку, в которой производится 8,8 кг в час сухого остатка и 7 килограммов в час водяного дистиллята. Поток водяного дистиллята, выходящий из испарителя с падающей пленкой жидкости со скоростью 12879 кг/ч, и поток водяного дистиллята, выходящий из испарителя с принудительной циркуляцией со скоростью 1327 кг/ч, объединяются с потоками водяного дистиллята, выходящими из охлаждающего кристаллизатора и барабанной сушилки, а также с 3963 кг/ч подпиточной воды, и вся эта вода повторно добавляется к угольной суспензии, подаваемой в газификатор. Концентрации веществ и скорости потоков в ходе данного процесса сведены в таблицу 5.Example 2
The process described in example 1 is repeated, except that the concentrated ammonium-containing brine produced in a forced-circulation evaporator is transferred to a cooling crystallizer at a speed of 443 kg / h, in which a suspension of ammonium crystals in an amount of 414 kg / h and water distillate in an amount of 30 kg / h. A suspension of ammonium crystals is fed to a solid phase separator, in which a stream of ammonium crystals containing 7% H ₂ O is separated at a rate of 56 kg / h, which is equivalent to 52 kg / h of dry matter. A filtrate in the amount of 358 kg / h is also produced in the solid phase separator, of which 339 kg / h are re-fed to the evaporator with forced circulation, and a stream of purified filtrate in a volume of 19 kg / h is transferred to a drum dryer, in which 8.8 kg is produced per hour solids and 7 kilograms per hour of water distillate. The stream of water distillate leaving the evaporator with a falling liquid film at a speed of 12879 kg / h and the stream of water distillate leaving the evaporator with forced circulation at a speed of 1327 kg / h are combined with the flows of water distillate leaving the cooling crystallizer and drum dryer, as well as from 3963 kg / h of make-up water, and all this water is re-added to the coal suspension supplied to the gasifier. The concentration of substances and flow rates during this process are summarized in table 5.

В ходе этого процесса производятся два потока твердых веществ: 51,9 кг/ч 95,8% NH₄Cl в центрифуге и 9,5 кг/ч 67,7% NH₄Cl в сушилке очищенного фильтрата. Если смешать эти два потока, получится 61,3 кг/ч 91,4% NH₄Cl в качестве конечного продукта.Two solid streams are produced during this process: 51.9 kg / h 95.8% NH ₄ Cl in a centrifuge and 9.5 kg / h 67.7% NH ₄ Cl in a purified filtrate dryer. If you mix these two streams, you get 61.3 kg / h of 91.4% NH ₄ Cl as the final product.

Пример 3
Повторяется процесс, описанный в примере 2, за исключением того, что отсутствует барабанная сушилка, а поток очищенного фильтрата добавляется к потоку водяного дистиллята, который добавляется к угольной суспензии, подаваемой в газификатор. Концентрации веществ и скорости каждого потока в ходе данного процесса сведены в таблицу 6.Example 3
The process described in Example 2 is repeated, except that there is no drum dryer, and the stream of purified filtrate is added to the stream of water distillate, which is added to the coal slurry fed to the gasifier. The concentration of substances and the speed of each stream during this process are summarized in table 6.

В каждом из примеров 1, 2 и 3 приблизительно 56 г/ч NH₄Cl было извлечено со следующими показателями чистоты.In each of Examples 1, 2, and 3, approximately 56 g / h of NH ₄ Cl was recovered with the following purity values.

Пример 1. Example 1

Извлеченный продукт: 66,4 кг/ч (общее количество твердого вещества); чистота: 84,3% NH₄Cl (барабанная сушилка).Recovered product: 66.4 kg / h (total solid); purity: 84.3% NH ₄ Cl (drum dryer).

Пример 2. Example 2

Извлеченный продукт: 51,8 кг/ч (твердое вещество из центрифуги); чистота: 95,8% NH₄Cl.Recovered product: 51.8 kg / h (solid from a centrifuge); purity: 95.8% NH ₄ Cl.

Извлеченный продукт: 9,5 кг/ч (твердое вещество из сушилки очищенного фильтрата); чистота: 67,7% NH₄Cl.Recovered product: 9.5 kg / h (solid from a dried filtrate dryer); purity: 67.7% NH ₄ Cl.

Извлеченный продукт: 61,3 кг/ч (общее количество твердого вещества); чистота: 91,4% NH₄Cl (кристаллизатор и сушилка очищенного фильтрата).Recovered product: 61.3 kg / h (total solid); purity: 91.4% NH ₄ Cl (crystallizer and dryer of the purified filtrate).

Пример 3. Example 3

Извлеченный продукт: 58,5 кг/ч (общее количество твердого вещества); чистота: 95,8% NH₄Cl (кристаллизатор с отводом очищенного фильтрата в газификатор).Recovered product: 58.5 kg / h (total solid); purity: 95.8% NH ₄ Cl (crystallizer with removal of the purified filtrate into a gasifier).

Приведенные показатели иллюстрируют преимущества использования кристаллизатора с очищенным потоком, повторно отводимым в газификатор. В результате получается поток высокой степени чистоты. The above figures illustrate the advantages of using a crystallizer with a purified stream recycled to the gasifier. The result is a stream of high purity.

Следует также отметить, что при указанных выше условиях большая часть формиата опять попадает в дистиллят и не загрязняет соляной раствор. За счет этого удается получать более чистый конечный продукт. It should also be noted that under the above conditions, most of the formate again enters the distillate and does not contaminate the brine. Due to this, it is possible to obtain a cleaner final product.

Пример 4
Повторяется процесс, описанный в примере 2, за исключением того, что в системе отсутствует испаритель с падающей пленкой жидкости, и отводимая вода направляется непосредственно в испаритель с принудительной циркуляцией.Example 4
The process described in Example 2 is repeated, except that there is no evaporator with a falling liquid film in the system, and the discharged water is sent directly to the forced circulation evaporator.

Жидкое сырье, имеющее состав, приведенный в таблице 7, подается в газификатор со скоростью подачи 31000 кг/ч. Произведенный сингаз подается в водяной скруббер, в котором из сингаза удаляются хлор и твердые частицы. Содержание азота в сырье составляет 0,11%, а хлора - 0,22%. Отношение количества азота к хлору в сырье слишком низко, чтобы восстановить хлор в виде аммония, как это происходило в примерах 1, 2 и 3. В этом случае приблизительно 22,4 кг/ч аммиака добавляются в скруббер в виде 29% водного раствора аммиака, подаваемого со скоростью 77,3 кг/ч, что позволяет поддерживать величину pH воды в скруббере на уровне 7,0 или выше, и основывается на том, что по расчетам 25% азота в сырье превращается в аммиак в сингазе. Таким образом, чтобы нейтрализовать 0,22% хлора в сырье необходимо 32,8 кг/ч аммиака, в то время как в газификаторе производится только 10,4 кг/ч аммиака. Оценки количества аммиака, рассчитанные здесь, позволяют получить оценки для калибровки оборудования для разных значений концентрации сырья и с регулированием режимов с помощью pH. Поддержание pH воды в скруббере на уровне выше чем 7,0 позволяет улучшить восстановление аммония из отводимой воды при использовании испаряющих и кристаллизующих средств, разработанных и эксплуатируемых таким образом, чтобы минимизировать осаждение накипи на поверхностях теплопередачи. Liquid raw materials having the composition shown in table 7 are fed into the gasifier with a feed rate of 31,000 kg / h. The syngas produced is fed into a water scrubber in which chlorine and particulate matter are removed from the syngas. The nitrogen content in the feed is 0.11%, and chlorine is 0.22%. The ratio of nitrogen to chlorine in the feed is too low to recover chlorine in the form of ammonium, as was the case in Examples 1, 2 and 3. In this case, approximately 22.4 kg / h of ammonia are added to the scrubber as a 29% aqueous ammonia solution, fed at a speed of 77.3 kg / h, which allows you to maintain the pH of the water in the scrubber at 7.0 or higher, and is based on the fact that, according to calculations, 25% of the nitrogen in the feed is converted to ammonia in syngas. Thus, in order to neutralize 0.22% of chlorine in the feed, 32.8 kg / h of ammonia is needed, while only 10.4 kg / h of ammonia is produced in the gasifier. Estimates of the amount of ammonia calculated here allow us to obtain estimates for calibrating the equipment for different values of the concentration of raw materials and with the regulation of the modes using pH. Maintaining the pH of the water in the scrubber at a level higher than 7.0 allows you to improve the recovery of ammonia from the discharged water using evaporative and crystallizing agents designed and operated in such a way as to minimize scale deposition on heat transfer surfaces.

Отводимый поток воды из скруббера подается в испаритель с принудительной циркуляцией со скоростью 3138 кг/ч, что соответствует концентрации хлорида в скруббере в 21760 мг/кг. The diverted water stream from the scrubber is fed to the evaporator with forced circulation at a speed of 3138 kg / h, which corresponds to a chloride concentration in the scrubber of 21760 mg / kg.

Состав соляного раствора и водяного дистиллята, выходящих из испарителя с принудительной циркуляцией, приведен в таблице 8. Параметры работы испарителя с принудительной циркуляцией приведены ниже:
Скорость в трубах: 10 футов в секунду
Разница температур пара и соляного раствора: 25^oF
Повышение температуры соляного раствора: 6^oF
Время пребывания в отстойнике в 1 минуту приводит к очень низкой скорости осаждения накипи на поверхностях теплопередачи, составляющей 5,2•10^-8 кубических футов накипи на кубический фут испаренной воды. За 29,5 дней работы на теплопередающих трубах осело только 4,57 грамма накипи. Накипь, образовавшаяся на трубах, состоит приблизительно из 20% диоксида кремния и 80% цианида железа.The composition of the brine and water distillate exiting the forced circulation evaporator is shown in table 8. The forced circulation evaporator operation parameters are given below:
Pipe speed: 10 feet per second
The temperature difference between steam and brine: 25 ^o F
Increase in brine temperature: 6 ^o F
A residence time of 1 minute in a sump leads to a very low scale deposition rate on heat transfer surfaces of 5.2 • 10 ^-8 cubic feet of scale per cubic foot of evaporated water. Over 29.5 days of operation on heat transfer pipes, only 4.57 grams of scale settled. The scale formed on the pipes consists of approximately 20% silicon dioxide and 80% iron cyanide.

Эти данные показывают, что использование определенных параметров работы с принудительной циркуляцией для газификационной воды приводит к сильной минимизации накипи. These data show that the use of certain operation parameters with forced circulation for gasification water leads to a strong minimization of scale.

Claims

1. The method of minimizing scale on the evaporator and extracting water and ammonium from the aqueous filtrate obtained by washing with ammonia water with a pH value of at least about 6.0 synthesis gas resulting from the gasification reaction with partial oxidation of the chloride-containing hydrocarbon feedstock, followed by separation ammonium-containing wash water, part of which is separated to form an aqueous filtrate, characterized in that the aqueous filtrate is fed to the evaporation system, where it is evaporated to form water vapor and yanogo solution having an ammonium concentration of about 10 -. 60% by weight, steam was separated from the salt solution, followed by condensation of water vapor to form a distillate water, with the water distillate is returned to the gasification reaction and the partial oxidation of the recovered ammonium salt solution.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon feedstock is selected from the group consisting of petroleum coke, coal, plastic waste, wastewater and mixtures thereof.

3. The method according to p. 1, characterized in that the concentration coefficient during evaporation of the aqueous filtrate is in the range of about 2 to 1000.

4. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of ammonia in the aqueous filtrate is in the range of at least about 0.1 to 15 weight. %

5. The method according to claim 1, characterized in that the evaporator is selected from the group consisting of an evaporator with a falling film of liquid, an evaporator with forced circulation, and combinations thereof.

6. The method according to claim 5, characterized in that the ammonium is recovered from the brine using crystallization means.

7. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation system consists of an evaporator with a falling film of liquid connected to an evaporator with forced circulation.

8. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation system consists of an evaporator with forced circulation.

9. The method according to claim 1, characterized in that part of the brine from the stage of evaporation of the aqueous filtrate is returned to the gasification reaction zone with partial oxidation.

10. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation system consists of a forced circulation evaporator connected to crystallization means.