PDF《水汽集成式煤气化与合成气处理近零废水 生成工艺研究》

第22 卷第

5 期洁净煤技术Vol.

22 No.

5 2016 年9月Clean Coal Technology Sep.

2016 水汽集成式煤气化与合成气处理近零废水 生成工艺研究 彭万旺(北京国能清洁能源工程技术有限公司,北京 100024) 摘要:为解决煤气化生产过程中废水排放对环境的污染问题,提出了水汽集成式煤气化与合成气处 理近零废水生成工艺,针对典型的固定床、流化床和气流床气化技术特点提出了相应的技术重点和工 艺路线. 将煤气化与合成气处理工艺过程中的水与蒸汽物料流有机集成,使合成气洗涤水和冷凝液 循环重复利用;

同时对水中多种杂质进行综合管理,主要措施包括增设含盐/ 含尘水的提浓和浓缩液 盐分结晶装置以解决水中含盐、含尘问题,采用有机溶剂吸收大分子有机物并回收有机物,将合成气 冷凝液循环以促进水中氨转化成铵盐;

采用合成气洗涤水、冷凝液蒸发生产含有杂质气体的水蒸气, 用于气化炉和合成气变换反应所需的过热水蒸气并替代常规锅炉蒸汽,优化生产过程水的平衡,最终 实现煤气化生产系统不排出或很少排出废水的目的. 关键词:煤气化;

废水;

冷凝液;

洗涤水蒸发;

含盐含尘水提浓;

盐分结晶 中图分类号:X78 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2016)05-0012-09 Integration of water with steam in coal gasification and syngas treatment for near zero waste water formation PENG Wanwang (Beijing Guoneng Clean Energy Engineering Co. ,Ltd. ,Beijing 100024,China) Abstract:In order to realize near zero waste water formation,water and steam integration process as well as no-wastewater-discharge syn- gas treatment process were proposed. Based on the characteristics of typical fixed bed,fluidized bed and entrained bed gasification,the cor- responding technical key and process were built. The water and steam from coal gasification and syngas treatment process were integrated to recycle. Some measures were adopted to treat the impurity in water including adding concentrating and salt crystallization equipment,ab- sorbing and recycle organic mater by organic solvent,circulating phlegma in order to formate ammonium salts,using the steam from syngas wash water and phlegma evaporation in gasification and syngas shift reaction. The water balance of process was optimized to realize little or no waste water emission. Key words:coal gasification;

waste water;

phlegma;

wash water evaporation;

alt and dust containing water concentrating;

salt crystallization 收稿日期:2016-07-06;

责任编辑:白娅娜 DOI:10.

13226 / j. issn. 1006-6772. 2016. 05.

003 作者简介:彭万旺(1964―),男,江苏泰州人,顾问工程师,硕士,从事煤炭气化和煤气净化及煤气化联合循环发电方面的科研工作. E-mail: pengwanwang@ gmail. com 引用格式:彭万旺. 水汽集成式煤气化与合成气处理近零废水生成工艺研究[J]. 洁净煤技术,2016,22(5):12-20. PENG Wanwang. Integration of water with steam in coal gasification and syngas treatment for near zero waste water formation[J]. Clean Coal Tech- nology,2016,22(5):12-20.

0 引言在气化炉的高温和一定压力条件下,煤中有机 质与水蒸气经过综合气化反应转变为以 H2 和CO 为主要组分的小分子气体混合物即合成气. 鉴于气 化炉特点和反应温度不同,可能有小部分煤有机质 未彻底转化,在离开气化炉的粗合成气中含有一定 浓度的较大分子质量有机物. 另外,合成气中还包 含固体粉尘及其他气体杂质,如卤素气体、氨、H2 S 以及汞蒸气等. 合成气处理单元主要对来自气化炉

2 1 彭万旺:水汽集成式煤气化与合成气处理近零废水生成工艺研究

2016 年第

5 期 的粗合成气进行降温、除尘、洗涤、冷却等处理,使合 成气得到初步净化,之后再经过进一步的净化脱硫 后供化工合成或燃烧发电等[1-2] . 合成气处理过程 生成了包括冷凝液和洗涤水的废水,且粗合成气中 的杂质基本都转移到废水中. 合成气废水的生成、 积累、处理及排放是当代煤化工发展中的突出问 题[3] . 目前治理废水主要集中在废水生成后的处 理,使其回收利用或尽可能无害排放. 针对不同煤 气化废水特性的多种处理技术已得到深入研究和广 泛应用. 蒋芹等[4] 综述了含酚氨废水的萃取、脱酸、脱氨组合工艺的最新进展,分析了其在实际应用 中的废水处理成本;

钱宇等[5] 对比分析了国内外不 同煤气化高浓酚氨废水处理技术的优缺点和工业实 施状况;

刘伟道[6] 分析了煤气化生产企业废水来 源,通过工艺污水预处理,生产、生活污水预处理,合 并处理进行废水治理;

Donaldson 等[7] 利用流化床生 化反应器工艺处理煤气化废水;

滕科均等[8] 将新技 术概念引入煤气化废水处理领域,利用电催化氧化 技术处理煤气化废水一级生化出水;

马孟等[9] 采用 超滤-反渗透技术进行废水的深度处理. 笔者基于 煤炭气化与合成气净化研究,对目前广泛应用的煤 气化技术提出了普适性和针对性的水/ 汽集成式工 艺方案[10] ,目的在于减少或避免煤气化和合成气处 理过程中的废水净生成量,解决目前煤气化工厂突 出的合成气废水污染问题.

1 合成气废水中主要杂质处理 1.

1 大分子有机物 煤气化过程中未完全转化的较大分子有机物可 能存在于气化炉出口的合成气中. 在煤气冷却和洗 涤过程中,这些大分子有机物会随同其他杂质一起 转移至冷凝液或洗涤水中. 有机物在水中存在的形 态可分为

4 种,比水轻浮于水面的轻质油、比水重沉 于水底的重质焦油、溶解于水中的有机质以及有机 物结晶体. 前2种形态易与水分离,第3种形态中 有机质部分与水互溶为一体,不易分离,但这

3 种形 态的有机物都具备较好的流动性,能够在生产过程 中进行有效控制;

有机物结晶体(如萘、蒽等) 在温 度合适时从煤气中结晶出来,结晶可以在合成气流 经的任何部位沉积,包括设备、管道、阀门内表面等, 影响操作效果,甚至堵塞管道. 水汽集成式工艺的重要环节之一是选择有机物 吸收溶剂,如柴油用于吸收合成气冷却过程中出现 的大分子有机物,特别是有机物结晶体. 将吸收溶 剂喷入易产生结晶的合成气冷却器入口气流中,随 合成气冷却出现的有机物结晶会被随行的溶剂吸收 掉. 有机物吸收溶剂可循环利用,可能产生的轻质 油也与吸收溶剂一起作为继续循环溶剂的一部分. 积累的轻质油和吸收的有机物排出系统后可作为副 产物回收或燃料利用. 水汽集成式工艺中的水要循环再利用,因此水 中高溶解度的有机物(如苯酚) 含量增加. 在主体 冷凝液和洗涤水循环的同时,需要从循环回路中取 出一小部分循环液,以保证循环水中各杂质浓度基 本稳定. 循环液排出比例以其中杂质不影响合成气 的处理效果为宜. 排出的循环液中溶解的有机物 (如苯酚)浓度较高,可从水中回收苯酚等有机物. 循环液送回收单元回收有机物,剩余液体返回生产 系统继续循环使用. 作为备用方案是将取出的部分 循环液送气化炉高温区使有机物转化,沉淀的少量 重质焦油在收集后也可经雾化送气化炉高温段燃烧 转化. 1.

2 固体悬浮物和矿物质无机盐 合成气洗涤过程中,合成气中所含的残留固体 粉尘、卤素组分气体等洗涤至水中,添加碱可中和水 中溶解的酸性气体生成溶于水的盐. 另外,在熔渣 型气化炉底部,熔渣被水淬冷,炉渣经过含水的渣锁 斗进行减压排出气化炉. 渣锁斗的水(灰水) 中也 可能含多种溶解无机盐,排出后由于浓度低,水量 大,处理难度较大. 水汽集成工艺中,在合成气洗涤塔前设置含盐 水浓缩器. 将洗涤塔排出的含盐水和渣水系统排出 的灰水送含........