余热蒸发工艺处理煤气发生站含酚废水

煤气发生站的含酚废水中含有一定浓度的酚类、硫化物、氰化物等有害物质，其中酚类以一元酚为主，以苯酚含量最高，其次还有间对甲苯酚。含酚废水的生成量取决于气化煤质及所采用的气化净化工艺。 几十年来，如何彻底治理含酚污水一直是困扰煤气发生站的环保难题，从事工业煤气设计研究的专家们经过了长期的研究与探讨，对蒸汽化学脱酚法、蒸汽脱酚法、焚烧法、溶剂萃取脱酚法、树脂脱酚法、磺化煤吸附法、生化法等十几种酚水治理方法，都曾进行了相当时间的应用实验。虽然摸索到了一些行之有效的处理方法，也取得了一定的效果，但是各种方法分别存在诸多严重的不足之处，最后不得不弃之不用。 科源公司结合多年来对煤气发生站造气及煤气净化工艺的研究，借鉴煤气行业酚水治理的一些成果及经验，从酚水减量治理出发，将余热回收及废水循环利用技术与含酚污水处理技术有机结合，使煤气发生站含酚废水得以有效治理。 含酚废水的减量治理： 按照气化煤种区分，煤气发生站可分为气化烟煤、褐煤等煤种的煤气发生站，和气化无烟煤、焦炭等煤种的煤气发生站，前者多以两段炉为气化炉型，后者一般以一段炉为气化炉型。按照煤气冷却和净化程度区分，煤气发生站又有冷煤气发生站和热煤气发生站之分。热煤气发生站终产煤气温度较高，一般热煤气出站温度为300—400℃左右，煤气中的水以气态形式存在，煤气发生站无含酚废水产生。煤气发生站含酚废水的治理问题，一般是就冷煤气发生站而言。 煤气发生炉产生的含酚废水，是由入炉煤炭中的外在水、结晶水和煤炭气化中间反应产生的部分水组成。煤气发生站产生的含酚废水，则由煤气发生炉产生的含酚废水和煤气冷却净化过程中产生的一部分废水组成，含酚废水中酚类、硫化物、氰化物等有害物质的含量取决于前者，而后者只增加废水量，并无有害物质增量产生。煤气发生站含酚废水产量，随煤气冷却净化工艺不同而异。 两段式煤气发生站（气化烟煤等）含酚废水的减量治理 根据下段煤气冷却工艺形式区分，两段式煤气发生站大体存在三种冷却工艺，即水激冷—水间冷、风冷—水间冷和双级水间冷工艺。水激冷—水间冷工艺即下段煤气的初冷工艺，采用冷却水与温度较高（400—500℃）的炉出煤气直接接触换热的方式，上、下段煤气终冷则采用冷却水与煤气间接换热工艺；风冷—水间冷和双级水间冷工艺，其上、下段煤气终冷工艺与水激冷—水间冷相同，但上段煤气初冷工艺则不同，前者通过高温煤气与外界空气的间接换热，对煤气进行初级降温，而后者则采用余热回收装置，回收高温煤气显热，将冷却水间接加热生产水蒸气，同时煤气得以降温。 水激冷—水间冷工艺，水激冷装置中冷却水在与下段高温煤气直接换热过程中，相当部分的冷却水汽化为水蒸汽被煤气带走，进入下一级净化冷却工段，这部分水蒸汽在间接冷却装置中随着煤气的深度冷却被冷凝出来，从而大大增加了煤气含酚废水的产量，给含酚废水的处理带来了诸多困难。 风冷—水间冷工艺，下段煤气净化冷却系统由旋风除尘器和风冷器组成，其工艺特点不同于水激冷—水间冷工艺，主要表现为发生炉下段煤气的初级冷却，是在旋风除尘器及风冷器中，通过外界空气与高温煤气的间接换热实现的，无含酚废水增量产生。该工艺虽然解决了水激冷—水间冷工艺直接水冷造成的含酚废水量增加的问题，但并未对下段高温煤气的显热进行有效利用，造成能源浪费。 双级水间冷工艺，下段煤气经旋风除尘器除去大部分灰尘，然后进入余热回收装置，对煤气进行初级降温。该工艺的特点，体现在通过余热回收装置对煤气进行间接冷却，保证含酚废水无增量产生的同时，充分利用下段高温煤气的显热，从而达到煤气发生站环保节能的目的。 就煤气发生站含酚废水的减量治理而言，风冷—水间冷和双级水间冷工艺，都可以达到理想效果，但就综合实施效果而言，双级水间冷工艺无疑是三种工艺中的首选工艺。 一段式煤气发生站（气化无烟煤等）含酚废水的减量治理 气化无烟煤、焦炭等一段式煤气发生站，常用的冷却净化工艺为双级水激冷工艺，即高温炉出煤气首先进入双竖管与冷却水进行直接传质换热，使煤气得以初步冷却，然后进入洗涤塔，在此，冷却水与煤气进行二次直接传质换热，从而完成煤气终冷，终冷后的煤气经过静电除尘器最终净化后，经煤气加压机加压后，输送至用户。可以看出，在该工艺中煤气发生炉产生的含酚废水全部混入两路冷却水中，随着无尽的循环使用，冷却水中杂质及酚类、硫化物、氰化物等有害物质的含量越来越高，最终严重影响到与煤气的传质与换热，此时，必须对该冷却水进行净化脱酚处理，但由于水量太多，基本无法处理。 与两段式煤气发生站相同，根据煤气冷却工艺形式区分，一段式煤气发生站在气化无烟煤或焦炭时，同样存在另外三种冷却工艺，即水激冷—水间冷、风冷—水间冷和双级水间冷工艺，此时相当于两段式煤气发生站下段煤气的冷却净化工艺。根据对两段式煤气发生站含酚废水的减量治理工艺的分析，对于一段式煤气发生站在气化无烟煤或焦炭而言，双级水间冷工艺仍然是最佳工艺选择，其工艺路线为炉出煤气经过旋风除尘器除尘净化后，进入废热锅炉，使煤气得以初步冷却降温，然后进入静电除尘器进行终极净化除尘，最后进入间接冷却器，通过与冷却水的间接换热，使煤气得以最终冷却，最后，通过煤气加压机增压后，送至用户。 综上所述，就含酚废水的减量治理而言，无论是两段式煤气发生站还是一段式煤气发生站，双级水间冷工艺均为最佳选择，以下均以该工艺为模板进行论述。 含酚废水的收集与预处理 含酚废水的收集： 双级水间冷工艺的含酚废水来源，为煤气发生炉产生的含酚废水和高温煤气掠过设备水封时汽化的一小部分水，该工艺所产生的含酚废水仅为水激冷—水间冷工艺的1/3—1/4。煤气在进入间冷器前，温度一般在120—150℃左右，无废水冷凝。经过间冷器后，煤气温度降为35—45℃，煤气中大部分含酚废水在间冷器中被冷凝出来，随着煤气的远距离输送，煤气温度继续降低，煤气管道中也会冷凝出部分含酚废水，这两部分含酚废水集中收集于酚水池Ⅰ中，以备下一步处理。 预处理阶段： 该阶段旨在除去被收集的含酚废水中的大部分悬浮物及焦油等，在煤气发生站中曾经应用的预处理方法，大约有以下几种：自然沉降分离法、机械过滤法、化学混凝沉淀法、电解浮选法、离心分离法、加酸破乳焦油渣吸附法、加压溶气气浮法、射流气浮法。 其中自然沉降分离与机械过滤两种方法结合应用，设备投资少、运行成本低、维护简单、维修便捷，且效果较为明显，一直被大多数煤气发生站作为含酚污水预处理方法所采用。其它几种方法则必须在另行设置的设备中进行处理，相对处理费用要高出许多。 含酚废水脱酚处理： 煤气发生站的含酚废水脱酚处理分为两个阶段：第一，初级脱酚及废水利用阶段，其目的是将含酚废水中部分低沸点苯、酚类物质汽化，随汽化的废水蒸汽在高温下，裂解为无毒物质；第二，终极脱酚处理阶段，其目的是将初级脱酚后的废水残液中的大部分未被汽化的酚类物质及部分有机物质脱除或分解。 初级脱酚及废水利用： 将收集和预处理后的含酚废水泵入煤气发生炉的水冷箱中，依靠煤气化过程中的部分热量或煤气显热将废水汽化，含酚废水中部分低沸点苯、酚类物质也随之汽化，将汽化后含低沸点苯、酚类物质蒸汽的水蒸气通入炉底作为气化剂应用，发生炉内氧化层温度一般在1100—1200℃左右，在此温度下苯、酚类物被裂解为水和二氧化碳。大部分沸点较高的苯、酚类物质未被加热汽化，溶解于水冷箱内废水中，随着水冷箱定期排污，排至焦油池（气化烟煤两段炉）或酚水池Ⅱ（气化无烟煤一段炉），等待下一阶段处理。气化无烟煤的一段炉水冷箱一般每两天排污一次，直径3.2m煤气发生炉每次排污量100Kg左右，即每月可收集高浓度含酚残液约1500Kg左右；气化烟煤的两段炉水冷箱一般每天排污一次，其含酚残液的排出量约为气化无烟煤一段炉的1.5-2倍。 终极脱酚处理： 气化烟煤的两段式煤气发生站，高浓度含酚残液被收集于焦油池中，与煤焦油混合。煤焦油可作为提炼苯、酚等的化学原料使用，混入其中的含酚废水残液中的苯、酚类物质提高了焦油的利用价值。焦油也可作为燃料使用，此时，混入其中的含酚废水残液中的苯、酚类等有毒物质随着焦油的燃烧，在1100－1200℃条件下，裂解为H2O和CO2后排入大气，其主要反应方程式为C6H5OH+7O2＝6CO2+3H2O。