氣化細渣脫水技術工藝研究與應用

薛長征,趙立功

(陜西未來能源化工有限公司, 陜西榆林 719000)

1 機組運行現(xiàn)狀

陜西未來能源化工有限公司氣化裝置采用的是兗礦集團和華東理工大學自主研發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術,氣化壓力為4.0 MPa,操作溫度為1 350 ℃,設置8臺Φ3 880 mm的氣化爐,6開2備,生產(chǎn)能力為79×104m3/h。氣化爐及水煤氣洗滌凈化系統(tǒng)各設備的黑水經(jīng)三級閃蒸后進入黑水沉降系統(tǒng),澄清液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用;濃縮黑水經(jīng)真空過濾機處理后產(chǎn)生細渣,細渣外運。

氣化裝置配備3臺真空帶式過濾機,設計能力為30 m3/h,通過對入口布料系統(tǒng)及濾布進行改造,目前處理能力可以達到80 m3/h,但是濾餅脫水效果差(脫水后濾餅含水質量分數(shù)在55%～65%),過濾機使用壽命較短。在氣化裝置滿負荷運行的情況下,澄清槽每小時產(chǎn)生黑水約180 m3,含固質量分數(shù)約為10%。

鑒于目前國家有關環(huán)境治理的政策,結合當前煤氣化渣的存儲方式,進一步降低粗渣中的含水率,減輕目前渣場污水處理難度大的壓力,并為下一步綜合利用氣化細渣提供有利條件,研究將氣化細渣含水率進一步降低,降低氣化細渣運輸、存儲費用,減少渣場的污水量,節(jié)約水資源,降低污水處理費用,延長渣場使用周期,可有效降低煤化工企業(yè)生產(chǎn)運營成本。

2 氣化細渣脫水技術研究開發(fā)應用

2.1 氣化細渣特性及水分賦存特征

通過實驗室專業(yè)分析,可以得到氣化細渣可分為殘?zhí)己突翌w粒2個部分,細渣表面粗糙多孔且物理結構復雜,至少存在4種碳-灰共存模式:

(1) 間隙水。間隙水即自由水,可以利用外力機械壓力輕松除去。

(2) 毛細結合水。毛細結合水是顆粒間的毛細管束縛的水分,需要較高的機械作用力和能量才能除去。

(3) 表面吸附水。表面吸附水是覆蓋在顆粒整個表面,通過表面張力作用吸附的水分,可以用吹風法除去。

(4) 內(nèi)部結合水。內(nèi)部結合水是最難除去的,需要很高的能量將水分蒸發(fā)才能除去。

氣化細渣粒徑細小,氣化細渣真空濾餅中的水分主要分布在100～5 000 nm大孔區(qū)間內(nèi),細小的粒徑會增加脫水過程中水的遷移路徑;氣化細渣孔隙發(fā)達且表面粗糙,比表面積大,為水分提供賦存空間,這是影響其脫水過程的重要因素;豐富的石英和C—N(酰胺)鍵為氣化細渣提供親水位點,增加其脫水難度[1-2]。

2.2 過濾+壓濾+加熱吹掃+真空干化脫水技術

項目采用過濾+壓濾+加熱吹掃+真空干化

脫水技術,結合真空過濾和板框壓濾的特點,能很好地提高氣化細渣的脫水效果。

2.2.1 加熱吹掃真空技術

濃縮黑水進入隔膜板框式過濾機初步壓榨后,將物料充分加熱,經(jīng)過高壓空氣進行反復吹掃,將殘留物料、濾液及熱蒸汽吹掃處理,利用負壓(-80 kPa以下)水的沸點降低原理,實現(xiàn)固液分離,同時在物料高溫區(qū)實施吹掃,加快物料內(nèi)殘留的水蒸氣吹掃干化。

2.2.2 高壓隔膜板框壓濾技術

在普通板框的基礎上進行改進,將普通板框加工成可以改變外形的隔膜板框。在正常的板框完成物料處理后,通過改變隔膜板框的外形體積,壓縮物料,改變物料體積,進一步將固液分離[3-4]。

采用中心進料四角排水暗流型壓濾機,通過壓榨水箱,將脫鹽水加熱至95 ℃,由熱水泵送至隔膜板,將濾餅加熱至90 ℃以上,然后通過壓榨水泵擠壓膈膜濾板,將明水壓榨進入暗流水管進行壓縮空氣吹掃,最后通過真空系統(tǒng)在暗流水管抽真空,負壓狀態(tài)下水的沸點降低,有效地將濾餅中的含水量進一步降低。

高壓隔膜板框壓濾技術是在板框式壓濾機壓榨后,加熱抽真空。普通板框式壓濾機氣化細渣脫水后濾餅含水質量分數(shù)在45%～50%,且受高分子絮凝劑影響,容易與濾布黏連,物料脫落困難。通過在板框式壓濾機脫水后增加壓縮空氣吹掃系統(tǒng),對濾餅進行加熱及抽真空,集過濾、壓濾、加熱吹掃、真空干化為一體,采用低品位熱源,在1臺設備上完成過濾、壓榨和干化全過程。隔膜式板框過濾機脫水的過程中,需要充分考慮濾腔容積、濾餅厚度、壓榨壓力,以及吹掃、真空干化時間等影響因素,在實際生產(chǎn)運行中摸索運行參數(shù),總結出一套適合氣化細渣脫水的工藝流程,使氣化細渣含水質量分數(shù)降至35%以下。隔膜式板框過濾機可以將氣化細渣受高分子絮凝劑影響的表面吸附水及部分內(nèi)部結合水去除,物料干化,不再與濾布黏連,實現(xiàn)物料自然脫落。

3 結語

該項目投用后黑水處理體積流量可達25 m3/h,經(jīng)脫水后細渣含水質量分數(shù)最低可達到28%,濾液回收至系統(tǒng)循環(huán)利用,濾餅經(jīng)渣車運至原料摻燒,完全滿足粉煤鍋爐摻燒需求。