蒸發(fā)濃縮法治理兩段爐煤氣站含酚廢水

1、蒸發(fā)濃縮法治理兩段爐煤氣站含酚廢水苑衛(wèi)軍 李建勝 （唐山科源環(huán)保技術(shù)裝備有限公司 河北唐山 063020）（投稿工業(yè)安全與環(huán)保2009-7-25）摘要：分析了兩段爐煤氣站含酚廢水的來源、產(chǎn)量及主要污染物的含量，并對(duì)處理兩段爐煤氣站含酚廢水的蒸發(fā)濃縮法治理工藝進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，同時(shí)對(duì)該治理工藝的治理效果及結(jié)垢腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要評(píng)估。指出利用蒸發(fā)濃縮法治理煤氣站含酚廢水，將廢水及所含酚類資源化利用，有效實(shí)現(xiàn)了煤氣發(fā)生站的節(jié)能與減排，具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：兩段爐煤氣站；含酚廢水；主要污染物；蒸發(fā)濃縮法Deal with the phenol water in double stage

2、gas station by evaporation condensing method Yuan Weijun Li Jiansheng (Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology Equipment Co., Ltd. Hebei Tangshan 063020)Abstract: Analysis of the source, quantity of phenol water and the main contaminants in double stage gas station. Expatiate on the evap

3、oration condensing method to deal with the phenol water in double stage gas station. Evaluate on the dealing effects by this method and the corrosion risk. Point out that the evaporation condensing method to deal with and utilize the phenol water in gas station can reach the energy-saving and emissi

4、on reduction effectively which will make a more significant economic and social benefits.Keywords: double stage gas station; phenol water; main contaminants; evaporation condensing method0. 引言 我國(guó)是世界上煤炭?jī)?chǔ)量較為豐富的國(guó)家之一，煤炭占我國(guó)化石能源儲(chǔ)量的92.94，煤炭氣化作為潔凈煤應(yīng)用技術(shù)的一種，符合我國(guó)的能源安全戰(zhàn)略，其中常壓固定床氣化技術(shù)，就其生產(chǎn)規(guī)模、投資成本、建設(shè)周期而言，符合多數(shù)冶金、化工

5、、建材和機(jī)械等行業(yè)的用氣要求，特別是兩段式煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用比較廣泛。就發(fā)生爐煤氣站而言，含酚廢水一直是困擾其發(fā)展的環(huán)保難題，許多專家們經(jīng)過了長(zhǎng)期的研究與探討，對(duì)蒸汽化學(xué)脫酚法、蒸汽脫酚法、焚燒法、溶劑萃取脫酚法、樹脂脫酚法、磺化煤吸附法、生化法等十幾種酚水治理方法，都曾進(jìn)行了相當(dāng)時(shí)間的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，雖然摸索到了一些行之有效的處理方法，也取得了一定的效果，但是各種方法分別存在諸多嚴(yán)重的不足之處，最后不得不棄之不用。如何采取有效措施，徹底治理含酚廢水，關(guān)乎到煤氣發(fā)生爐的生存與發(fā)展。1. 煤氣站含酚廢水的產(chǎn)生1.1 煤氣站工藝流程兩段式煤氣發(fā)生爐的爐出煤氣溫度較高，雜質(zhì)含量較多，需要經(jīng)過凈化、冷卻后，輸

6、送至用氣點(diǎn)燃用，圖1為兩段爐煤氣站環(huán)保節(jié)能型工藝，上段煤氣離開煤氣爐經(jīng)過預(yù)除焦器和靜電除焦器，除去煤氣攜帶的焦油和粉塵，下段煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器、余熱換熱器和風(fēng)冷器等設(shè)備，除塵、降溫后與上段煤氣混合?；旌虾蟮拿簹馔ㄟ^靜電除塵器和間冷器等進(jìn)行深度處理，除去煤氣中的細(xì)小粉塵和部分焦油，并冷凝出含酚廢水和少量輕油，最后經(jīng)煤氣增壓系統(tǒng)送至用氣點(diǎn)。圖1 兩段式煤氣發(fā)生爐冷煤氣站（環(huán)保節(jié)能型）工藝流程Chart1 process flow of double stage clean gas station (environmental protection technology)1.2 煤氣站含酚廢水的來源1

7、.2.1 水的入項(xiàng)（1）煤中的水根據(jù)其結(jié)合狀態(tài)區(qū)分，煤中的水分可分為游離水和結(jié)晶水兩種，游離水又分“外在水分”和“內(nèi)在水分”， “外在水分”受外界濕度環(huán)境影響較大。游離水一般在105-110左右，經(jīng)1-2h的干燥后從煤中逸出，而結(jié)晶水通常要在200以上才能分解析出。煤中的游離水和結(jié)晶水，在兩段式煤氣發(fā)生爐的干餾段上部被干燥析出，以氣態(tài)形式混入煤氣中。（2）氣化劑中的水 水蒸氣作為氣化劑的組成部分，其中大部分參與煤的氣化反應(yīng)生成可燃物質(zhì)H2，另一部分未參與反應(yīng)，同時(shí)煤中的部分氫元素也會(huì)在反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化為水，從氣化的整體結(jié)果著眼，一般將參與煤的氣化反應(yīng)生成可燃物質(zhì)H2的水蒸氣，與氣化劑中水蒸氣量的

8、比值稱為蒸汽分解率。由此可以看出，氣化劑中水蒸氣含量過高，會(huì)造成蒸汽分解率下降，煤氣中含水量增加。（3）探火、打釬操作帶入的水 煤氣發(fā)生爐的正常探火和事故打釬操作過程中，一般首先以0.3MPa左右的蒸汽形成汽封，防止?fàn)t內(nèi)煤氣外溢，該部分蒸汽便混入煤氣中，探火或打釬時(shí)間越長(zhǎng)，煤氣中混入的水量越大。（4）灰盤水封帶入的水 濕法出灰的煤氣發(fā)生爐，底部灰盤處采用水封將爐內(nèi)煤氣與外界隔開。高溫灰渣落入水封中，會(huì)將部分水氣化為蒸汽進(jìn)入發(fā)生爐內(nèi)，從而增加煤氣含水量。（5）煤氣水封帶入的水 在發(fā)生爐煤氣站中，為比較安全、方便的隔離外界與系統(tǒng)中的煤氣，在部分設(shè)備或煤氣管道處，常設(shè)置若干水封，當(dāng)高溫煤氣掠過水封液

9、面時(shí)，會(huì)將部分水汽化為蒸汽，混入煤氣中。1.2.2 水的出項(xiàng)（1）煤焦油中攜出的水 兩段爐上段爐出煤氣溫度一般控制在80-120，煤氣中的部分水以液滴形式存在，在上段煤氣初級(jí)凈化系統(tǒng)中，煤氣溫度進(jìn)一步降低，使煤氣中的水滴增加，并隨焦油一起被捕除，混入焦油中。（2）煤氣間冷器處冷凝水 兩段爐上下段混合后的煤氣，在煤氣深度凈化冷卻系統(tǒng)的間冷器中，與冷卻水進(jìn)行間接換熱，煤氣被冷卻至35-45，煤氣中的部分水隨之冷凝析出，此時(shí)煤氣處于飽和狀態(tài)。（3）煤氣加壓機(jī)排水 在煤氣增壓系統(tǒng)中，隨著煤氣壓力的增加，煤氣中水蒸氣的分壓加大，煤氣原飽和狀態(tài)遭到破壞，煤氣中的部分水隨之析出，析出的水一部分由煤氣加壓機(jī)排

10、水系統(tǒng)排除，未被排除的水以液滴形式隨煤氣進(jìn)入煤氣輸送管道。（4）煤氣輸送管道冷凝水 在煤氣輸送管道處設(shè)置若干排水器，在排水器中排出的水由兩部分組成，其一是在煤氣增壓系統(tǒng)中析出但未排凈的水，另一部分是煤氣在輸送過程中，被外界環(huán)境冷卻或與煤氣管道內(nèi)壁摩擦而冷凝出的部分水滴。（5）最終煤氣攜水 經(jīng)過凈化、冷卻、加壓、輸送過程，煤氣中的部分水析出，另有一部分，水以霧滴狀機(jī)械水和氣態(tài)飽和水形式存在于用氣點(diǎn)的煤氣中。1.2.3 煤氣站含酚廢水 煤氣經(jīng)過凈化、冷卻、加壓、輸送過程，煤焦油中攜出的水、煤氣間冷器處冷凝水、煤氣加壓機(jī)排水、煤氣輸送管道冷凝水組成了煤氣站含酚廢水。1.3 煤氣站含酚廢水的產(chǎn)量 煤氣

11、站含酚廢水的產(chǎn)量與氣化用煤含水量、氣化劑飽和溫度控制、探火打釬水蒸氣通入時(shí)間、煤氣最終冷卻溫度、煤氣最終輸送壓力和煤氣輸送距離及管道取向等相關(guān)，同時(shí)還與氣化用煤的產(chǎn)氣率有關(guān)，因?yàn)楫a(chǎn)氣率越高，被煤氣帶入用氣點(diǎn)處的飽和水和機(jī)械水越多，冷凝出的含酚廢水量相對(duì)減少。例如：煤氣站采用如圖1所示的環(huán)保節(jié)能工藝，煤炭產(chǎn)氣率為3Nm3/kg煤，氣化用煤含水量為15%，飽和溫度及探火打釬均為正常控制范圍之內(nèi)，煤氣最終溫度為40，煤氣壓力為10000Pa，煤氣為直線輸送，輸送距離為300m，外界環(huán)境溫度為30，此時(shí)，煤氣站氣化每噸煤產(chǎn)生含酚廢水約為160kg左右。1.4. 煤氣站含酚廢水主要污染物 煤氣站的含酚廢

12、水由酚類、油類、懸浮物等組成，其中酚類以一元酚為主，以苯酚含量最高，其次還有間對(duì)甲苯酚，以兩段爐煤氣站氣化某煙煤為例，煤氣含酚廢水PH值一般為7-8.5，其主要污染物指標(biāo)如表1。表1煤氣含酚廢水污染物指標(biāo)Table1 the contaminant index of phenol water污染物指標(biāo)/（mg/l）揮發(fā)酚2128油類2203COD5520懸浮物10152. 煤氣站含酚廢水的治理【1,2,3】2.1 含酚廢水的預(yù)處理在煤氣站中已經(jīng)應(yīng)用的預(yù)處理方法，大約有自然沉降分離法、機(jī)械過濾法、化學(xué)混凝沉淀法、電解浮選法、離心分離法、加酸破乳焦油渣吸附法、加壓溶氣氣浮法、射流氣浮法等幾種方法，

13、蒸發(fā)濃縮法治理煤氣站含酚廢水工藝中，含酚廢水的預(yù)處理，采用自然沉降分離法、多級(jí)機(jī)械過濾法和注水稀釋法相結(jié)合的方法，其工藝流程參見圖2，注水稀釋的注水量以維持系統(tǒng)蒸發(fā)量平衡為原則，預(yù)處理后含酚廢水主要污染物指標(biāo)如表2。圖2 含酚廢水的預(yù)處理工藝流程Chart2 process flow of phenol water pretreatment表2預(yù)處理后煤氣含酚廢水污染物指標(biāo)Table2 the contaminant index of phenol water after pretreatment污染物指標(biāo)/（mg/l）揮發(fā)酚1308油類1020COD2715懸浮物852.2 含酚廢水的最終治

14、理2.2.1 濃縮蒸發(fā)將經(jīng)過預(yù)處理后的含酚廢水泵入煤氣發(fā)生爐的水冷箱中，依靠部分煤氣顯熱將廢水汽化，含酚廢水中部分低沸點(diǎn)苯、酚類物質(zhì)也隨之汽化，將汽化后含低沸點(diǎn)苯、酚類物質(zhì)蒸汽的水蒸氣通入爐底作為氣化劑應(yīng)用，發(fā)生爐內(nèi)氧化層溫度一般在11001200左右，在此溫度下苯、酚類物被裂解為水和二氧化碳。大部分沸點(diǎn)較高的苯、酚類物質(zhì)未被汽化，隨著水冷箱定期排污，排至焦油池，等待下一階段處理。2.2.2 終級(jí)脫酚處理高濃度含酚殘液被收集于焦油池中，與煤焦油混合，煤焦油可作為提煉苯、酚等的化學(xué)原料使用，混入其中的含酚廢水殘液中的苯、酚類物質(zhì)提高了焦油的利用價(jià)值。焦油也可作為燃料使用，此時(shí)，混入其中的含酚廢水

15、殘液中的苯、酚類等有毒物質(zhì)隨著焦油的燃燒，在11001200條件下，裂解為H2O和CO2后排入大氣，其主要反應(yīng)方程式為C6H5OH+7O26CO2+3H2O。兩段爐煤氣站含酚廢水蒸發(fā)濃縮法最終治理工藝流程如圖3。圖3 含酚廢水蒸發(fā)濃縮法最終治理工藝流程Chart 3 final process flow of evaporation condensing method to deal with phenol water3. 煤氣站含酚廢水治理的相關(guān)問題分析3.1 含酚廢水治理效果 煤氣站含酚廢水含酚濃度低，不宜直接回收苯、酚，結(jié)合煤氣發(fā)生爐氣化反應(yīng)特點(diǎn)，利用蒸發(fā)濃縮法對(duì)含酚廢水進(jìn)行治理，既利用

16、了含酚廢水中的水，又完成了酚液的濃縮，并將其交由專業(yè)化工廠進(jìn)行提煉，該工藝充分體現(xiàn)了資源化治理廢棄物的理念，有效實(shí)現(xiàn)了煤氣發(fā)生站的節(jié)能與減排，具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。3.2 設(shè)備結(jié)垢問題【4】 含酚廢水為煤氣冷卻過程的凝結(jié)水，不會(huì)在水冷箱內(nèi)壁形成硬質(zhì)水垢；經(jīng)過預(yù)處理后的含酚廢水中油類和懸浮物含量較少，油類為輕油，懸浮物粒徑微小，二者在水中不易沉積，另外定期排污的作業(yè)制度，也可以有效避免污垢的形成。3.3 設(shè)備腐蝕問題【4,5】 廢水蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)為全封閉式，而且廢水中溶解氧量有限，從而有效的避免了溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕；廢水蒸發(fā)濃縮過程溫度較高，水中無(wú)微生物、細(xì)菌和藻類生存，不存在微生物引

17、起的腐蝕；含酚廢水自身氯離子和硫酸根離子含量很低，廢水預(yù)處理過程中，未添加任何處理藥劑，未增加氯離子、硫酸根離子等有害鹽類離子，廢水蒸發(fā)濃縮過程中，有害離子引起的腐蝕甚??；兩段爐煤氣站含酚廢水PH值一般在7-9之間，腐蝕性較小，對(duì)于顯酸性的的含酚廢水將其PH值先調(diào)整至7-9后，然后進(jìn)行循環(huán)處理，可以有效控制設(shè)備腐蝕。4結(jié)語(yǔ)煤氣發(fā)生站含酚廢水的治理，一直是困擾發(fā)生爐煤氣發(fā)展應(yīng)用的首要環(huán)境難題，利用煤氣顯熱蒸發(fā)濃縮含酚廢水，使余熱回收、廢水循環(huán)利用與含酚污水處理技術(shù)得以有機(jī)結(jié)合，將廢水及所含酚類資源化利用，有效實(shí)現(xiàn)了煤氣發(fā)生站的節(jié)能與減排，具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：【1】苑衛(wèi)軍等，“粉煤酚水”水煤漿治理煤氣發(fā)生站含酚污水J，節(jié)能與環(huán)保，2004，（6）：33-35【2】苑衛(wèi)軍等，余熱蒸發(fā)工藝處理煤氣發(fā)生站含酚廢水J，節(jié)能與環(huán)保，2009，（2）：54-56【3】鄭景華等，阜新玻璃廠含酚廢水處理工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究J，能源與環(huán)境，2006，（5）：66-67【4】張素青；趙志寬，水污染控制技術(shù)M，遼寧：大連理工大學(xué)出版社，2006年3月【5】肖冰等，污水回用對(duì)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的腐蝕影響研究J，甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，16（4）：86-89第一作者姓名：苑衛(wèi)軍（1968-10），性別：男，籍貫