煤气化工业废水处理

第三章煤气废水处理内容煤气废水处理技术2-3煤气生产2-1煤气废水的特征2-2煤气生产2-1煤炭在我国能源利用中的地位2011年我国年产原煤24.7亿吨，能源消耗的68.4%是由煤炭提供。“以煤炭为为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展。”煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C，82%~93%）、氢（H，3.6%~5%）、氧（O，1.3%~10%）、氮（N，1%~2%）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。世界上所有的元素均可在煤中找到；煤是黑色黄金。煤气化、煤液化、煤干馏。1.煤炭的干馏技术煤在隔绝空气的条件下加热，将产生一系列的热分解过程，得到气态、液态和固体产物。•干馏得到的固体产物：冶金焦炭•从煤干馏得到的挥发分中可以回收煤焦油+煤气等产物。•温度高于950℃的过程称为高温干馏，如采用合适的烟煤干馏可得冶金焦炭。2.煤炭的直接液化煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气，在催化剂和溶剂作用下进行裂解、加氢等反应，将煤直接转化为分子量较小的燃料油和化工原料。3.煤炭的间接液化煤的间接液化是将煤气化得到的原料气，在一定条件下（温度＆压力），经催化合成石油及其他化学产品的加工过程，又称一氧化碳加氢法4.煤炭的气化技术煤的气化过程是一个热化学过程，它是以煤或焦煤为原料、以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸汽或氢气等作气化剂。在高温条件下通过气化反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。其实质是将煤由高分子固态物质转化为低分子的气态物质的过程，也就是改变燃料中硫、氢比结构的过程。碳的氧化反应C+O2=CO2－393.8KJ/mol碳的部分氧化反应2C+O2=2CO－231.4kJ/mol二氧化碳的还原反应C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸气分解反应C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/mol水蒸气分解反应C+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳变换反应CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氢反应C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反应CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反应2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反应CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤质大分子干燥脱水干燥后的煤炭热解挥发分残余炭（媒焦）气化剂气态产物（H2,CO,CO2,CH4）（1）煤气化过程*该过程在煤气发生炉（气化炉）中完成固定床（又称为移动床）气化炉因气固逆流运动形成了特定的温度分布，煤顺序经历了预热、干燥、热解气化和残碳燃烧，煤气则在离开煤气炉之前得到冷却，燃烧区是最高温度区，最高温度区温度由蒸汽量来控制以防结渣。固定床气化炉实际操作压力达4MPa（Lurgi），由于气固逆流操作，煤气温度下降，干馏产生的焦油、酚和烃类不能裂解而存在于煤气中。固定床气化中为保证气流的均布，煤粒度常控制在5～80mm之间，以防床堵塞或细粉带出，床内固体停留时间对Lurgi炉约0.5～1小时。总之，其优点是热效率高（或冷煤气效率），氧耗量低，有利于生产城市煤气或合成天然气；缺点是必须使用弱粘或不粘块煤，高的蒸汽用量(分解率低)和必须处理焦油、酚等物质，煤气水处理成本高，当用于生产合成气时还必须进一步分离和转化甲烷，流程长。流化床气化以碎煤为原料(＜6mm)，在气化剂的高速流动下，床中物料强烈返混到处均一，使床内温度均一，通常介于950～1100℃之间，热解、气化在同一温度下进行，产物几乎不含焦油、酚类，甲烷含量也不高。但强烈混合也导致排灰碳含量高（～30%）和飞灰带出量大，这是传统流化床气化炉的最大缺点，同时为防止床内物料因灰含量高而烧结，就必须控制在较低的操作温度(＜950℃)，这又决定了传统流化床气化炉只适用于高活性的褐煤或次烟煤。气流床气化炉以细粉煤为原料(＜0.1mm)，气固并流，煤粉可以干态（Shell）或湿态（水煤浆，Texaco）进料，气流床气化由于细粉和短停留时间，操作温度必须足够高（高于灰熔点100℃以上）以保证碳转化率和熔融灰的流动。为保证此高温，在三种气化炉中，气流床氧耗最高，但也因此煤气中实际不含焦油、酚和烃类，甲烷含量也很低，气化强度很高。气流床需要用低灰熔点低灰含量的煤作原料，否则需加助熔剂而进一步增加氧耗，这对我国近50%的高灰熔点和高灰煤是非常不利的。固定床流化床气流床气化过程块煤炉顶供给与热空气逆流，依次通过干燥区、气化区、燃烧区、焦碳与O2、H2O作用生成煤气中小颗粒煤粒在炉底供给高速气化剂和蒸汽带动下边流态翻滚、边在高温炉床内气化小煤粒的干或湿态与气化剂高速从喷燃器喷入，在高温高压欠氧下完成气化气化温度°C440～1400800～11001200～1700优点低温煤气易于净化*适于高灰熔点煤*技术成熟，全世界煤气化装置容量占90%*操作简单，动力消耗少*对耐火炉衬要求低*适于高灰熔点的煤碳转化率高*液态灰渣易排出放大容量：5000吨/日*负荷跟踪好（50%）*煤种适应性广缺点不适于焦结性强的煤*低温干馏产生煤焦油、沥青等*单段炉不易大型化，1200吨/日*容量较小1500吨/日*飞灰中未燃尽碳多*对耐火炉衬要求高*适于低灰熔点煤碳转化（%）999597～99实用例Lurgi鲁奇炉液态排渣鲁奇炉WinkerKRWU-GASTexaco,shellK-T炉鲁奇加压气化工艺（1927~1929年德国）是以水蒸气—氧气为气化剂、在1.96~2.94MPa压力下和1100~1400℃温度下对原料煤进行的干馏气化，主要包括煤的气化、粗煤气的净化及煤气组成的调整处理等三个部分。BGL气化技术自1974年开发，气化强度高出原鲁奇加压气化炉近3倍。BGL熔渣气化炉可直接气化含水量到20%的各类煤种；在1400℃～1600℃高温气化条件下，蒸汽用量大幅度降低，90～95%的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废水量减少80%以上，易于小规模和经济的净化处理。煤气废水的特征2-2煤气废水主要来源于煤气洗涤、冷凝和分馏塔等处，以循环氨水污染最为严重，并且煤的级别越低，水质越恶劣。冷凝水冷却循环系统水平衡排水1.煤气化废水的来源燃料不循环/(m3·t-1)全循环/(m3·t-1)焦炭和无烟煤16-250.1-0.15硬煤25-300.1-025褐煤15-250.1-0.35泥煤15-250.1-0.25木材15-250.8-1.22.煤气化废水的水量水质1.水量的组成（蒸汽冷凝水+煤本身水分）气化1t煤产生的废水量大致在0.8-1.1m3，约产出1m3废水（典型鲁奇工艺中）。2.水质水中污染物成分复杂，取决于原料煤种类与成分、气化工艺及其操作条件等。酚、氨回收煤气废水属于污染浓度极高、含有大量的酚、氨、硫化物、氰化物和焦油，以及众多的杂环化合物和多环芳烃。3.废水的可生化性煤气加压废水经脱酚蒸氨后，M=0.34，N=0.21可生化性尚可。煤气废水处理技术2-3（1）酚的回收：①溶剂萃取脱酚溶剂：烃类（燃料油、粗柴油）芳香烃类（重苯溶剂油、二苯溶剂油、粗苯溶剂油、异丙醚）1.有价物质的回收含酚废水H2O蒸气酚蒸汽10%NaOH吸收酚钠盐中和蒸馏纯酚（1）酚的回收：②水蒸气脱酚含酚废水H2O蒸气酚蒸汽10%NaOH吸收酚钠盐中和蒸馏纯酚（2）氨的回收：水蒸气气提—蒸氨脱酚蒸氨后废水水质脱酚蒸氨后废水水质COD=16900~21000mg/L总酚=9600~13200mg/L挥发酚=3000~5000mg/L氨氮=2300~7200mg/LCOD：90%挥发酚：99%挥发氨：98%（1）工艺流程废水低氧曝气池沉淀池好氧曝气池沉淀池接触氧化池出水脱酚蒸氨后进水COD2000mg/L斜管除油池HRT=0.5h水力负荷4.8m3/m2·hDO=0.2~0.6mg/LHRT=5h(2~6h)总曝气时间HRT=20~40h除油池油84.5%COD27.56%酚46.5%硫化物82.64%COD:200mg/L2.煤加压气化废水的生物处理（2）生化处理结果比较经过斜管除油后废水的水质：（2）生化处理结果比较