段偉(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 赤峰 025350)
煤炭化工技術(shù)中煤氣水產(chǎn)生是不可避免的,作為一種高濃度(大量有機和無機物)、高溫度(分離溫度617攝氏度)和高毒性混合物,在處理方面也需要格外注意。根據(jù)目前我國煤炭化工生產(chǎn)的特點,一般采取冷卻或洗滌的方式,在引入魯奇工藝之后,煤氣化水分離工藝的發(fā)展也來月成熟。
本文中為研究便利,以碎煤加壓氣化過程中產(chǎn)生的煤氣水為例子進行分析。之所以選擇碎煤加壓氣化技術(shù),是綜合產(chǎn)業(yè)特點考慮的,碎煤加壓氣化技術(shù)也是利用魯奇爐進行的,結(jié)合生產(chǎn)過沉重對煤氣水進行分離的作業(yè),就可以直接展開;從整體來看,煤氣水分離工藝是對碎煤加壓氣化的廢水處理過程,而在廢水中通常蘊含著多種有機物和無機物雜質(zhì),形成諾度較高的工業(yè)廢水。
雖然不同的煤質(zhì)會造成不同雜質(zhì)含量的煤氣水,但大部分情況下都具有“三高”(高濃度、高密度、高溫度)的特點,這樣的廢水是不能夠通過常規(guī)化處理直接排放的,否則既污染環(huán)境,其中蘊含的多種可回收資源也造成了浪費(氨、酚、油等);因此,可以把煤氣水分離看作是一種處理和回收同時進行的工藝。通過煤氣水分離,一方面回收了廢水中有價值的東西,另一方面也能夠達到環(huán)境保護的廢水排放要求。
煤氣水在煤炭化工中是一個過程名詞,因此,它的來源也相當(dāng)?shù)膹V泛。
首先,氣化裝置是煤氣水的主要來源,在魯奇工藝當(dāng)中,一部分廢水有汽化爐排出,廢水的形成是粗煤氣在洗滌過程中被冷卻造成的(冷卻器或廢熱鍋爐)。一般來說,汽化爐中產(chǎn)生的煤氣水總量占據(jù)整個工藝流程的50%左右,同時還伴有大量的粉塵、溶解氧、二氧化碳以及焦油和酚類。所以在煤氣水的處理工藝中,汽化爐是最主要的部分。
其次,從一氧化碳變換裝置中出現(xiàn)的煤氣水。一氧化碳變換裝置是從粗煤氣流經(jīng)洗滌器過程中的第一次交換,這粗煤氣經(jīng)過洗滌器,然后流汽水分離器(裝置),這一階段產(chǎn)生的煤氣水大蓋占總工藝流程的30%,主要的成分是油、粉塵、氨和脂肪酸。
再次,還有一部分煤氣水在高壓作用下,經(jīng)過汽水分離器之后,最終進入了冷卻器冷卻凝結(jié),這一部分占據(jù)了整個工藝流程的10%,成分也不太復(fù)雜。
以上三個部分是整個煤氣水在碎煤加壓氣化過程中產(chǎn)生的最多的部分,在其他流程中同樣會產(chǎn)生煤氣水,并且成分含量差異明顯。前期主要是循環(huán)水、粉塵、氨、酚類等,中期主要以二氧化碳、脂肪酸、游離氨、焦油等為主,后期主要是硫化氫、氯、脂肪酸等。
碎煤加壓氣化技術(shù)中所產(chǎn)生的煤氣水處理工藝原理,主要有一下的步驟。
第一,煤氣水收集之后先通過洗滌、冷卻等工藝過程,然后進行焦油和輕油的分離。這兩個步驟是可以不斷重復(fù)進行的,所以化工企業(yè)會對魯奇爐等設(shè)備進行設(shè)定,可以出去大部分的固體雜質(zhì)以及粉塵。
第二,將焦油和輕油分離過之后的煤氣水(多余廢水)進行高溫和高壓分離處理,主要的目的是對酚和氨進行回收,隨后進行生化處理。
第三,經(jīng)過前兩部分對有機類物質(zhì)的回收之后,在進入生化處理之后就意味著進入了環(huán)境保護處理過程,最后通常使用的手段是活性炭吸附、沉淀、化學(xué)制劑中和等。
第四,經(jīng)過觀察、化驗、審定之后,廢水進行排放。
煤氣水的分離是一個非常復(fù)雜的過程,需要經(jīng)過多次的預(yù)處理,當(dāng)然工藝的設(shè)定也和回收產(chǎn)品的目的有關(guān)。以化肥廠為例,主要將煤氣水中的二氧化碳、一氧化碳、氨氣、氫氣、焦油、液體油類等分離出來,并加以凈化使用。
預(yù)處理方法通常有冷卻、沉淀、高壓、高溫等,其中溫度和壓力是對煤氣水分離工藝效益影響最為明顯的因素;溫度的影響主要針對于工藝中的有機物,如油、酚類和脂肪酸,而壓力影響主要是在物理變化過程中的變化,例如對于沉淀的速度、溶解性和飽和度等等。
例如,從汽化爐中出來的煤氣水在一氧化碳變換裝置中,經(jīng)過高壓與煤氣水混合,可以加速混合狀態(tài)的分離效果,而溫度從200攝氏度下降到150攝氏度,再與變換裝置和煤氣冷卻裝置中的煤氣水結(jié)合,可以實現(xiàn)液態(tài)水和焦油的分離。
簡單地說,煤氣水分離工藝有三個主要部分,分別是閃蒸、沉淀和隔油。
其中,閃蒸是利用減少壓力、實現(xiàn)膨脹來降低煤氣水液體平衡的氣相分壓,隨著溫度的快速上升,溶解在液體中的氣體就會變化成氣象狀態(tài),這一過程是實現(xiàn)了氣體和液體的分離;同樣,沉淀的方法是實現(xiàn)液體和固體的分離,這一環(huán)節(jié)中回收的物質(zhì)是焦油,主要利用了固體和液體的密度差;隔油是將煤氣水中的焦油等比水輕的物質(zhì)過濾,收集,實現(xiàn)回收的目的。
溫度和壓力是煤氣水分離中主要涉及到的兩個影響因素,而這兩個因素影響的作用體現(xiàn)在煤氣水分離的裝置中。主流使用的煤氣水分離設(shè)備主要有四種分別是:油分離器、初焦油分離器、最終油分離器等。
第一,油分離器中,理論壓力為-0.5千帕到4千帕,溫度為120攝氏度,實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕,溫度為69攝氏度。
第二,在初焦油分離器中,理論壓力為-0.5千帕到4千帕,溫度為120攝氏度,實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕,溫度為70攝氏度。
第三,最終油分離器中,理論壓力為-0.5千帕到4千帕,溫度為120攝氏度,實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕,溫度為67攝氏度。
第四,雙介質(zhì)過濾器中,理論壓力為790千帕,溫度為100攝氏度,實踐中最佳的分離壓力為400千帕,溫度為37攝氏度。
以上的四種設(shè)備是碎煤加壓氣化中煤氣水分離的主要設(shè)備。截至目前而言,隨著魯奇工藝的發(fā)展,國內(nèi)在煤氣水分離過程中逐漸出現(xiàn)了一些新型的設(shè)備,例如膨脹器、焦油分離器、煤氣水冷卻器、均化器等等,在實際的應(yīng)用中要根據(jù)分離工藝的方向來設(shè)定參數(shù)。
煤氣水分離是伴隨著煤炭化工工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的,隨著資源利用和環(huán)境保護的重要性提升,在未來的發(fā)展中也會占據(jù)越來越重要的位置,從工藝、技術(shù)角度來說,還需要進一步的發(fā)展。
首先,煤氣水分離工藝中,一個重要的指標是水煤氣在壓力作用下鵬展個,形成溶解性氣體的溶解度,主要針對于氣體發(fā)生作用;如果要對氣體的控制實現(xiàn)最佳狀態(tài),就必須要實現(xiàn)壓力和溫度的完美配合。
其次,對于汽化爐裝置的溫度控制,要防止氣體從氣化狀態(tài)轉(zhuǎn)變的速度,防止過度乳化,形成不易回收的交由凝結(jié)。
再次,提取過焦油的煤氣水中可以繼續(xù)填料回收輕質(zhì)油,這一過程在很多工藝環(huán)節(jié)中容易忘記。油聚集成為凝結(jié)狀態(tài)之后,灰塵等雜質(zhì)的粘附能力同時下降,這個時候通過短時加壓可以取得很好的分離效果。
綜上所述,煤氣水處理對整個煤炭化工工業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用,是對資源重新利用和環(huán)境保護的重要工業(yè)。
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