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發生爐煤氣站酚水及脫硫廢液的處置

發布時間:2019-11-29
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苑衛軍  楊征  王輝  韓明汝

(唐山科源環保技術裝備有限公司河北唐山 063000)

摘要:結合酚水和脫硫廢液的成分及特點,介紹了利用煤氣發生爐協同處置酚水及脫硫廢液的工藝路線和原理,指出利用此工藝既可以對酚水和脫硫廢液進行有效處置,又可以對廢水進行有效利用,節約淨水資源。

關鍵詞:煤氣發生爐;煤氣站;爐窯;酚水;脫硫廢液

Disposal of phenol water and desulfurization waste liquid in gasifier station

Yuan Weijun Yang Zheng Wang Hui Han Mingru

(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology Equipment Co., Ltd. Tangshan, Hebei 063000)

Abstract:Based on the composition and characteristics of phenol water and desulfurization waste liquid, the process route and principle of co-processing phenol water and desulfurization waste liquid by gasifier are introduced. It is pointed out that this process can effectively treat phenol water and desulfurization waste liquid effectively. It can also effectively use wastewater to save water resources.

Key words: gas generator; gasifier station; furnace; phenol water; desulfurization waste

0 引言

發生爐煤氣站作為氣體燃料供應單元,在陶瓷、玻璃、冶金、化工等行業應用較為廣泛,随着國家大氣、水、土壤等污染防治計劃的頒布實施,環保形勢日趨嚴峻,煤氣發生爐也随之受到多方關注。特别是酚水和脫硫廢液等的治理處置受到了前所未有的重視。根據酚水和脫硫廢液的成分特征,結合發生爐煤氣站自身的工藝特點,找到一種處置效果徹底而且成本較低的工藝方法,對其進行有效的處置,有助于煤氣發生爐規範性的健康有序發展。

1 酚水的處置

1.1 酚水中酚的來源

1.1.1 爐出煤氣中的酚

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圖1KM5Q煤氣發生爐結構示意

圖1所示KM5Q煤氣發生爐内,煤炭依次進行幹燥、熱解、氣化和燃燒過程,酚類物質主要在煤的熱解過程産生。孔嬌【1】通過試驗發現,煤熱解過程生成的酚類化合物以苯酚和甲酚(對、間、鄰)為主,且生成量明顯高于二甲酚和萘酚,此外還有乙基苯酚、甲基乙基苯酚(或丙基苯酚)、苯二酚等酚類化合物存在。酚類化合物生成的主要溫度區間為600°C-800°C,其他熱解溫度下生成的酚很少,尤其是400℃以下和1000°C以上的熱解産物中幾乎沒有酚類化合物産生。

400-800℃範圍正是煤氣發生爐的主要熱解溫度區,所以以上試驗結論适合煤氣發生爐中酚的産生特點,即煤氣發生爐爐出煤氣中的酚類物質主要是苯酚、甲酚(對、間、鄰)、二甲酚和萘酚,另外還有乙基苯酚、甲基乙基苯酚(或丙基苯酚)、苯二酚等酚類化合物存在。

1.1.2 酚水中的酚

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圖2煤氣站工藝流程示意圖

如圖2,350℃左右的爐出熱煤氣經過旋風除塵器除塵後,進入洗氣塔進行降溫并析出焦油,使溫度降低到80℃左右,然後通過靜電除焦器進行脫焦淨化,随後煤氣被導入高效間接冷卻器,煤氣在此二次降溫到35~45℃,然後煤氣被送入捕滴器,捕除煤氣中的輕油和水的霧滴,最後送至加壓機房将煤氣加壓後送到煤氣濕法脫硫系統進行脫硫處理。

在洗氣塔内主要通過将部分沖洗水汽化成為水蒸氣吸收煤氣顯熱,從而使煤氣溫度由350℃左右降至80℃左右。由表1可知,煤氣中所含酚類物質的沸點都在181.7-285℃之間,除苯酚和苯二酚外,其他酚類物質的熔點都低于80℃,在洗氣塔煤氣降溫過程中,煤氣中的大部分酚類物質以液态形式存留在焦油池的焦油和水的混合物中,隻有很少部分酚類物質會随水蒸氣以揮發的形式進入出洗氣塔的煤氣中。間接冷卻器将煤氣溫度降至35-45℃,煤氣析出水分,煤氣中的部分酚類物質也會随着煤氣溫度的降低而析出,混于析出水中形成酚水。

物質的飽和蒸氣壓越大越其揮發性越強,采用Antoine公式可以計算不同酚類物質在不同溫度下的飽和蒸氣壓,公式如下:

lgP=A-B/(T+C)  (1)

式中:P—物質的蒸氣壓,mmHg;T—溫度,℃;常數A、B、C參見表2。

表3為煤氣中所含的主要酚類化合物飽和蒸氣壓的計算結果,可以看出苯酚的揮發性最強,其次是甲酚,萘酚的揮發性最差。由此可知酚水中的酚類物質以苯酚和甲酚為主。

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1.2 酚水處置工藝

發生爐煤氣站酚水主要水質特征參見表4, KM5Q幹餾式發生爐冷煤氣站處理廢水的工藝流程如圖3所示。

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圖3煤氣站廢水處理系統工藝流程

間接冷卻器等處析出的廢水中的大部分廢水①回流補充爐洗氣塔的洗滌水,其餘部分廢水②經過廢水預處理系統處理後,進入廢水濃縮蒸發處理系統進行有效處理,補充氣化劑水蒸氣的水。

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圖4廢水的預處理工藝流程

廢水②經過圖4所示預處理過程,然後泵入發生爐的水夾套中,依靠煤氣的部分顯熱将廢水汽化,含酚廢水中的部分苯酚及甲酚等酚類及輕油類物質也随之揮發汽化,将汽化後的酚水蒸汽通入爐底作為氣化劑應用,發生爐内氧化層溫度一般在1000-1200℃左右,在此溫度下酚類和輕油類物質被焚燒裂解為H2O和CO2【2】。酚水中的NH3,或先被氧化成NO,再被還原區的半焦、CO以及析出的揮發分等還原成N2,或直接在高溫氧化區的半焦和灰渣中的鐵基及鈣基礦物質的催化作用下分解為N2和H2【3】。

水夾套需要定期排污,水夾套排污廢水中含有未被揮發汽化的酚類和油類物質。這部分排污廢水排至洗氣塔的油水混合池中。混合池中的焦油累積一段時間後,需要抽走出售給下遊企業對焦油進行深加工,出售的焦油一般要求含水率在2-5%左右。焦油深加工企業在焦油脫水工序将這部分水脫除,脫出的含酚廢水進入企業的酚水生化處理系統進行有效處理。

出站煤氣中除含有飽和水外,還含有部分酚類及油類氣态物質,這部分物質随煤氣進入加熱窯爐内燃燒,發生爐煤氣在窯爐内實際火焰燃燒溫度可以達到1300-1400℃左右,在此溫度下,這部分物質裂解成H2O和CO2等無毒物質排入大氣。酚類及油類物質種類較為複雜,在煤氣發生爐内和加熱窯爐内發生的酚類及油類物質焚燒裂解的反應方程式可用C6H5OH+7O2=6CO2+3H2O統一示意。

2 脫硫廢液的處置

2.1 脫硫廢液的來源

煤氣濕法脫硫生産過程中,當脫硫循環液中的副鹽超過250g/L時,煤氣中H2S的吸收效率會嚴重降低,為保持較高的脫硫效率,必須将脫硫循環液中的副鹽控制在 250g/L以内,需要排出部分循環液并加入新的脫硫液,從而使脫硫過程得以高效進行,排出系統的這部分循環液體稱為脫硫廢液。某煤氣站濕法脫硫系統以碳酸鈉做堿源,其脫硫廢液成分如表5,另外煤氣站脫硫廢液中還含有少量輕油和酚類物質。

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2.2 脫硫廢液的處置

如圖5,将脫硫廢液通過爐頂定量噴淋系統,定時定量的噴灑于剛入爐的煤料上,在高溫條件下,脫硫廢液中的水分被蒸發進入煤氣中,同時附着于煤料表面的低沸點和揮發性較高的物質形成氣體也進入煤氣中。脫硫廢液中的懸浮硫随煤料下移,液化、汽化後的硫與煤氣中的H2反應生成H2S【4】,随煤氣重新進入濕法脫硫系統進行脫除。脫硫廢液中的鹽類等物質被吸附在煤料上,由表6可以看出,鹽類物質中Na2S2O3熔點和沸點較低,在爐内幹餾段處即可達到汽化狀态,随煤氣導出爐外,在洗氣塔處被沖洗水吸收溶解,最終随焦油(存在于焦油含水中)出售,焦油深加工企業在焦油脫鹽工序将其脫除。其他鹽類物質熔點都在851-950℃之間,這部分鹽類物質随煤料下行至發生爐的還原層和氧化層,經過高溫焚燒後,混于灰渣中排出爐外。由于這些鹽類物質的熔點恰恰處于煤炭還原區域的溫度區間,所以需要控制脫硫廢液鈉鹽的含量(一般采取稀釋噴淋的方式),否則容易造成反應層結渣現象。

随着煤氣冷卻,在爐内蒸發過程中被混入煤氣中的水分以酚水的形式析出。析出的酚水一部分回流至洗氣塔系統,另外一部分經預處理過後泵入發生爐的水夾套,蒸發汽化後形成的酚水蒸汽,酚水蒸汽作為氣化劑通入發生爐爐底進行焚化處理,以上同酚水處理工藝。

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圖5脫硫廢液處置工藝流程

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3 總結

(1)結合發生爐煤氣站的造氣特點,以煤氣站和燃氣爐窯耦合組成系統對酚水和脫硫廢液進行在線協同處置,處置成本較低,所含污染物質得到了有效處置。

(2)脫硫廢液中的水以汽化蒸發再冷凝的方式形成冷凝廢水,然後與酚水一起汽化形成酚水蒸汽,替代軟化水蒸汽作為氣化劑用于發生爐造氣,有效節約了水資源。

參考文獻:

【1】孔嬌. 煤熱解過程中酚類化合物的生成規律[D].太原理工大學,2013.

【2】苑衛軍,李建勝.蒸發濃縮法治理兩段爐煤氣站含酚廢水[J].工業安全與環保,2011,37(05):4-5+17.

【3】苑衛軍,劉志明,蘇亞斌,等.幹餾式發生爐冷煤氣站氮化物的形成與脫除[J].玻璃,2015,42(01):19-22.

【4】韓美,朱心才. 硫化氫的制造方法及其裝置[J]. 低溫與特氣. 1998,1:49-51.

第一作者

姓名:苑衛軍(1968-),男,河北省霸州市,高級工程師,工程碩士,本科畢業于華北理工大學,從事工作内容:煤炭氣化行業,研究方向:煤氣化工藝及設備,聯系電話: 13703243469, E-mail:2329081462@qq.com。

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