蒸发浓缩法治理两段炉煤气站含酚废水

1蒸发浓缩法治理两段炉煤气站含酚废水苑卫军李建胜（唐山科源环保技术装备有限公司河北唐山063020）（投稿《工业安全与环保》2009-7-25）摘要：分析了两段炉煤气站含酚废水的来源、产量及主要污染物的含量，并对处理两段炉煤气站含酚废水的蒸发浓缩法治理工艺进行了系统阐述，同时对该治理工艺的治理效果及结垢腐蚀风险进行了简要评估。指出利用蒸发浓缩法治理煤气站含酚废水，将废水及所含酚类资源化利用，有效实现了煤气发生站的节能与减排，具有较为显著的经济与社会效益。关键词：两段炉煤气站；含酚废水；主要污染物；蒸发浓缩法DealwiththephenolwaterindoublestagegasstationbyevaporationcondensingmethodYuanWeijunLiJiansheng(TangshanKeyuanEnvironmentalProtectionTechnology＆EquipmentCo.,Ltd.HebeiTangshan063020)Abstract:Analysisofthesource,quantityofphenolwaterandthemaincontaminantsindoublestagegasstation.Expatiateontheevaporationcondensingmethodtodealwiththephenolwaterindoublestagegasstation.Evaluateonthedealingeffectsbythismethodandthecorrosionrisk.Pointoutthattheevaporationcondensingmethodtodealwithandutilizethephenolwateringasstationcanreachtheenergy-savingandemissionreductioneffectivelywhichwillmakeamoresignificanteconomicandsocialbenefits.Keywords:doublestagegasstation;phenolwater;maincontaminants;evaporationcondensingmethod0.引言我国是世界上煤炭储量较为丰富的国家之一，煤炭占我国化石能源储量的92.94％，煤炭气化作为洁净煤应用技术的一种，符合我国的能源安全战略，其中常压固定床气化技术，就其生产规模、投资成本、建设周期而言，符合多数冶金、化工、建材和机械等行业的用气要求，特别是两段式煤气发生炉的应用比较广泛。2就发生炉煤气站而言，含酚废水一直是困扰其发展的环保难题，许多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。如何采取有效措施，彻底治理含酚废水，关乎到煤气发生炉的生存与发展。1.煤气站含酚废水的产生1.1煤气站工艺流程两段式煤气发生炉的炉出煤气温度较高，杂质含量较多，需要经过净化、冷却后，输送至用气点燃用，图1为两段炉煤气站环保节能型工艺，上段煤气离开煤气炉经过预除焦器和静电除焦器，除去煤气携带的焦油和粉尘，下段煤气经旋风除尘器、余热换热器和风冷器等设备，除尘、降温后与上段煤气混合。混合后的煤气通过静电除尘器和间冷器等进行深度处理，除去煤气中的细小粉尘和部分焦油，并冷凝出含酚废水和少量轻油，最后经煤气增压系统送至用气点。图1两段式煤气发生炉冷煤气站（环保节能型）工艺流程Chart1processflowofdoublestagecleangasstation(environmentalprotectiontechnology)1.2煤气站含酚废水的来源1.2.1水的入项（1）煤中的水根据其结合状态区分，煤中的水分可分为游离水和结晶水两种，游离水又分“外在水分”和“内在水分”，“外在水分”受外界湿度环境影响较大。游离水一般在105-110℃左右，经1-2h的干燥后从煤中逸出，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。煤中的游离水和结晶3水，在两段式煤气发生炉的干馏段上部被干燥析出，以气态形式混入煤气中。（2）气化剂中的水水蒸气作为气化剂的组成部分，其中大部分参与煤的气化反应生成可燃物质H2，另一部分未参与反应，同时煤中的部分氢元素也会在反应过程中转化为水，从气化的整体结果着眼，一般将参与煤的气化反应生成可燃物质H2的水蒸气，与气化剂中水蒸气量的比值称为蒸汽分解率。由此可以看出，气化剂中水蒸气含量过高，会造成蒸汽分解率下降，煤气中含水量增加。（3）探火、打钎操作带入的水煤气发生炉的正常探火和事故打钎操作过程中，一般首先以0.3MPa左右的蒸汽形成汽封，防止炉内煤气外溢，该部分蒸汽便混入煤气中，探火或打钎时间越长，煤气中混入的水量越大。（4）灰盘水封带入的水湿法出灰的煤气发生炉，底部灰盘处采用水封将炉内煤气与外界隔开。高温灰渣落入水封中，会将部分水气化为蒸汽进入发生炉内，从而增加煤气含水量。（5）煤气水封带入的水在发生炉煤气站中，为比较安全、方便的隔离外界与系统中的煤气，在部分设备或煤气管道处，常设置若干水封，当高温煤气掠过水封液面时，会将部分水汽化为蒸汽，混入煤气中。1.2.2水的出项（1）煤焦油中携出的水两段炉上段炉出煤气温度一般控制在80-120℃，煤气中的部分水以液滴形式存在，在上段煤气初级净化系统中，煤气温度进一步降低，使煤气中的水滴增加，并随焦油一起被捕除，混入焦油中。（2）煤气间冷器处冷凝水两段炉上下段混合后的煤气，在煤气深度净化冷却系统的间冷器中，与冷却水进行间接换热，煤气被冷却至35-45℃，煤气中的部分水随之冷凝析出，此时煤气处于饱和状态。（3）煤气加压机排水在煤气增压系统中，随着煤气压力的增加，煤气中水蒸气的分压加大，煤气原饱和状态遭到破坏，煤气中的部分水随之析出，析出的水一部分由煤气加压机排水系统排除，未被排除的水以液滴形式随煤气进入煤气输送管道。（4）煤气输送管道冷凝水在煤气输送管道处设置若干排水器，在排水器中排出的水由两部分组成，其一是在煤气增压系统中析出但未排净的水，另一部分是煤气在输送过程中，被外界环境冷却或与煤气管道内4壁摩擦而冷凝出的部分水滴。（5）最终煤气携水经过净化、冷却、加压、输送过程，煤气中的部分水析出，另有一部分，水以雾滴状机械水和气态饱和水形式存在于用气点的煤气中。1.2.3煤气站含酚废水煤气经过净化、冷却、加压、输送过程，煤焦油中携出的水、煤气间冷器处冷凝水、煤气加压机排水、煤气输送管道冷凝水组成了煤气站含酚废水。1.3煤气站含酚废水的产量煤气站含酚废水的产量与气化用煤含水量、气化剂饱和温度控制、探火打钎水蒸气通入时间、煤气最终冷却温度、煤气最终输送压力和煤气输送距离及管道取向等相关，同时还与气化用煤的产气率有关，因为产气率越高，被煤气带入用气点处的饱和水和机械水越多，冷凝出的含酚废水量相对减少。例如：煤气站采用如图1所示的环保节能工艺，煤炭产气率为3Nm3/kg煤，气化用煤含水量为15%，饱和温度及探火打钎均为正常控制范围之内，煤气最终温度为40℃，煤气压力为10000Pa，煤气为直线输送，输送距离为300m，外界环境温度为30℃，此时，煤气站气化每吨煤产生含酚废水约为160kg左右。1.4.煤气站含酚废水主要污染物煤气站的含酚废水由酚类、油类、悬浮物等组成，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，以两段炉煤气站气化某烟煤为例，煤气含酚废水PH值一般为7-8.5，其主要污染物指标如表1。表1煤气含酚废水污染物指标Table1thecontaminantindexofphenolwater污染物指标/（mg/l）挥发酚2128油类2203COD5520悬浮物10152.煤气站含酚废水的治理【1,2,3】2.1含酚废水的预处理在煤气站中已经应用的预处理方法，大约有自然沉降分离法、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、射流气浮法等几种5方法，蒸发浓缩法治理煤气站含酚废水工艺中，含酚废水的预处理，采用自然沉降分离法、多级机械过滤法和注水稀释法相结合的方法，其工艺流程参见图2，注水稀释的注水量以维持系统蒸发量平衡为原则，预处理后含酚废水主要污染物指标如表2。图2含酚废水的预处理工艺流程Chart2processflowofphenolwaterpretreatment表2预处理后煤气含酚废水污染物指标Table2thecontaminantindexofphenolwaterafterpretreatment污染物指标/（mg/l）挥发酚1308油类1020COD2715悬浮物852.2含酚废水的最终治理2.2.1浓缩蒸发将经过预处理后的含酚废水泵入煤气发生炉的水冷箱中，依靠部分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、酚类物质未被汽化，随着水冷箱定期排污，排至焦油池，等待下一阶段处理。2.2.2终级脱酚处理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。两段炉煤气站含酚废水蒸发浓缩法最终治理工艺流程如图3。6图3含酚废水蒸发浓缩法最终治理工艺流程Chart3finalprocessflowofevaporationcondensingmethodtodealwithphenolwater3.煤气站含酚废水治理的相关问题分析3.1含酚废水治理效果煤气站含酚废水含酚浓度低，不宜直接回收苯、酚，结合煤气发生炉气化反应特点，利用蒸发浓缩法对含酚废水进行治理，既利用了含酚废水中的水，又完成了酚液的浓缩，并将其交由专业化工厂进行提炼，该工艺充分体现了资源化治理废弃物的理念，有效实现了煤气发生站的节能与减排，具有较为显著的经济与环保效益。3.2设备结垢问题【4】含酚废水为煤气冷却过程的凝结水，不会在水冷箱内壁形成硬质水垢；经过预处理后的含酚废水中油类和悬浮物含量较少，油类为轻油，悬浮物粒径微小，二者在水中不易沉积，另外定期排污的作业制度，也可以有效避免污垢的形成。3.3设备腐蚀问题【4,5】废水蒸发浓缩系统为全封闭式，而且废水中溶解氧量有限，从而有效的避免了溶解氧引起的电化学腐蚀；废水蒸发浓缩过程温度较高，水中无微生物、细菌和藻类生存，不存在微生物引起的腐蚀；含酚废水自身氯离子和硫酸根离子含量很低，废水预处理过程中，未添加任何处理药剂，未增加氯离子、硫酸根离子等有害盐类离子，废水蒸发浓缩过程中，有害离子引起的腐蚀甚小；两段炉煤气站含酚废水PH值一般在7-9之间，腐蚀性较小，对于显酸性的的含酚废水将其PH值先调整至7-9后，然后进行循环处理，可以有效控制设备腐蚀。4．结语煤气发生站含酚废水的治理，一直是困扰发生炉煤气发展应用的首要环境难题，利用煤气显热蒸发浓缩含酚废水，使余热回收、废水循环利用与含酚污水处理技术得以有机结合，将废水及所含酚类资源化利用，有效实现了煤气发生站的节能与减排，具有较为显著的经济与社会效益。参考文献：【1】苑卫军等，“粉煤－酚水”水煤浆治理煤气发生站含酚污水［J］，节能与环保，2004，（6）：33-357【2】苑卫军等，余热蒸发工艺处理煤气发生站含酚废水［J］，节能与环保，2009，