特種廢水處理：3-煤氣化工業(yè)廢水處理

1、第三章第三章 煤氣廢水處理煤氣廢水處理 內(nèi)內(nèi) 容容 2-3 2-3 2-1 2-1 2-22-2 2-1 2-1 煤炭在我國能源利用中的地位煤炭在我國能源利用中的地位 2011年我國年產(chǎn)原煤年我國年產(chǎn)原煤24.7億噸，能源消耗的億噸，能源消耗的68.4%是由煤炭提供。是由煤炭提供。 “以煤炭為為主體、電力為中心，油氣和新以煤炭為為主體、電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展。能源全面發(fā)展。” 煤是由煤是由有機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)和和無機(jī)物質(zhì)無機(jī)物質(zhì)混合組成的。煤中有機(jī)物質(zhì)混合組成的。煤中有機(jī)物質(zhì)主要由主要由碳（碳（C，82%93%）、氫（）、氫（H，3.6%5%）、氧）、氧（O，1.3%10%）、氮（）、氮

2、（N，1%2%）四種元素構(gòu)成，四種元素構(gòu)成，還有一些元素則組成煤中的無機(jī)物質(zhì)，主要有還有一些元素則組成煤中的無機(jī)物質(zhì)，主要有硫（硫（S）、磷（磷（P）以及稀有元素等以及稀有元素等 。 世界上所有的元素均可在煤中找到；世界上所有的元素均可在煤中找到； 煤是黑色黃金。煤是黑色黃金。煤氣化、煤液化、煤干餾。煤氣化、煤液化、煤干餾。1. 1. 煤炭的干餾技術(shù)煤炭的干餾技術(shù) 煤在煤在隔絕空氣隔絕空氣的條件下加熱，將產(chǎn)生一系列的條件下加熱，將產(chǎn)生一系列的的熱分解過程熱分解過程，得到得到氣態(tài)、液態(tài)和固體氣態(tài)、液態(tài)和固體產(chǎn)物產(chǎn)物。干餾得到的固體產(chǎn)物干餾得到的固體產(chǎn)物：冶金焦炭冶金焦炭從煤干餾得到的揮發(fā)分中可以

3、回收從煤干餾得到的揮發(fā)分中可以回收煤焦油煤焦油+ +煤氣煤氣等產(chǎn)物。等產(chǎn)物。溫度高于溫度高于950950的過程稱為高溫干餾，如采用合的過程稱為高溫干餾，如采用合適的煙煤干餾可得冶金焦炭。適的煙煤干餾可得冶金焦炭。2. 2. 煤炭的直接液化煤炭的直接液化 煤直接加氫液化煤直接加氫液化是采用是采用高溫、高壓氫氣高溫、高壓氫氣，在，在催化劑和溶劑作用下進(jìn)行催化劑和溶劑作用下進(jìn)行裂解、加氫裂解、加氫等反應(yīng)，將等反應(yīng)，將煤直接轉(zhuǎn)化為煤直接轉(zhuǎn)化為分子量較小分子量較小的燃料油和化工原料。的燃料油和化工原料。3. 3. 煤炭的間接液化煤炭的間接液化 煤的間接液化煤的間接液化是將是將煤氣化煤氣化得到的得到的原料

4、氣原料氣，在在一定條件下一定條件下（溫度壓力），經(jīng)（溫度壓力），經(jīng)催化合成石油催化合成石油及及其他其他化學(xué)產(chǎn)品化學(xué)產(chǎn)品的加工過程，又稱的加工過程，又稱一氧化碳加氫法一氧化碳加氫法4. 4. 煤炭的氣化技術(shù)煤炭的氣化技術(shù) 煤的氣化過程是一個熱化學(xué)過程，它是以煤的氣化過程是一個熱化學(xué)過程，它是以煤或焦煤煤或焦煤為原料、以為原料、以氧氣（空氣、富氧或純氧）、蒸汽或氫氣氧氣（空氣、富氧或純氧）、蒸汽或氫氣等等作作氣化劑氣化劑。在。在高溫高溫條件下通過氣化反應(yīng)將煤或煤焦中的條件下通過氣化反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。其實(shí)質(zhì)是將煤由高分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。其實(shí)質(zhì)是將煤由高分子固

5、態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子的氣態(tài)物質(zhì)的過程。子固態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子的氣態(tài)物質(zhì)的過程。（1）煤氣化過程）煤氣化過程 *該過程在煤氣發(fā)生爐（氣化爐）中完成該過程在煤氣發(fā)生爐（氣化爐）中完成 碳的氧化反應(yīng)碳的氧化反應(yīng)C+O2=CO2393.8KJ/mol碳的部分氧化反應(yīng)碳的部分氧化反應(yīng)2C+O2=2CO231.4kJ/mol二氧化碳的還原反應(yīng)二氧化碳的還原反應(yīng)C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸氣分解反應(yīng)水蒸氣分解反應(yīng)C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/mol水蒸氣分解反應(yīng)水蒸氣分解反應(yīng)C+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳變換反應(yīng)一氧化碳變換反應(yīng)CO+H2O(

6、g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氫反應(yīng)碳的加氫反應(yīng)C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反應(yīng)甲烷化反應(yīng)CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反應(yīng)甲烷化反應(yīng)2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反應(yīng)甲烷化反應(yīng)CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol固定床（又稱為移動床）氣化爐因氣固逆流運(yùn)動形成了特定的溫度分布，煤順序經(jīng)歷了預(yù)熱、干燥、熱解氣化和殘?zhí)既紵簹鈩t在離開煤氣爐之前得到冷卻，燃燒區(qū)是最高溫度區(qū)，最高溫度區(qū)溫度由蒸汽量來控制以防結(jié)渣。固定床氣化爐實(shí)際操作壓力達(dá)4MPa（Lurgi），由于氣固逆流操作，煤氣溫度

7、下降，干餾產(chǎn)生的焦油、酚和烴類不能裂解而存在于煤氣中。固定床氣化中為保證氣流的均布，煤粒度?？刂圃?80mm之間，以防床堵塞或細(xì)粉帶出，床內(nèi)固體停留時間對Lurgi爐約0.51小時?？傊鋬?yōu)點(diǎn)是熱效率高（或冷煤氣效率），氧耗量低，有利于生產(chǎn)城市煤氣或合成天然氣；缺點(diǎn)是必須使用弱粘或不粘塊煤，高的蒸汽用量(分解率低)和必須處理焦油、酚等物質(zhì)，煤氣水處理成本高，當(dāng)用于生產(chǎn)合成氣時還必須進(jìn)一步分離和轉(zhuǎn)化甲烷，流程長。流化床氣化以碎煤為原料(6mm)，在氣化劑的高速流動下，床中物料強(qiáng)烈返混到處均一，使床內(nèi)溫度均一，通常介于9501100之間，熱解、氣化在同一溫度下進(jìn)行，產(chǎn)物幾乎不含焦油、酚類，甲烷含

8、量也不高。但強(qiáng)烈混合也導(dǎo)致排灰碳含量高（30%）和飛灰?guī)С隽看?，這是傳統(tǒng)流化床氣化爐的最大缺點(diǎn)，同時為防止床內(nèi)物料因灰含量高而燒結(jié)，就必須控制在較低的操作溫度 (950)，這又決定了傳統(tǒng)流化床氣化爐只適用于高活性的褐煤或次煙煤。氣流床氣化爐以細(xì)粉煤為原料(0.1mm)，氣固并流，煤粉可以干態(tài)（Shell）或濕態(tài)（水煤漿，Texaco）進(jìn)料，氣流床氣化由于細(xì)粉和短停留時間，操作溫度必須足夠高（高于灰熔點(diǎn)100以上）以保證碳轉(zhuǎn)化率和熔融灰的流動。為保證此高溫，在三種氣化爐中，氣流床氧耗最高，但也因此煤氣中實(shí)際不含焦油、酚和烴類，甲烷含量也很低，氣化強(qiáng)度很高。氣流床需要用低灰熔點(diǎn)低灰含量的煤作原料，

9、否則需加助熔劑而進(jìn)一步增加氧耗，這對我國近50%的高灰熔點(diǎn)和高灰煤是非常不利的。固定床固定床流化床流化床氣流床氣流床氣化過程氣化過程塊煤爐頂供給與熱空氣逆流，依次通過干燥區(qū)、氣化區(qū)、燃燒區(qū)、焦碳與O2、H2O作用生成煤氣中小顆粒煤粒在爐底供給高速氣化劑和蒸汽帶動下邊流態(tài)翻滾、邊在高溫爐床內(nèi)氣化小煤粒的干或濕態(tài)與氣化劑高速從噴燃器噴入，在高溫高壓欠氧下完成氣化氣化溫度氣化溫度C C4401400800110012001700優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)低溫煤氣易于凈化*適于高灰熔點(diǎn)煤*技術(shù)成熟，全世界煤氣化裝置容量占90% *操作簡單，動力消耗少*對耐火爐襯要求低*適于高灰熔點(diǎn)的煤碳轉(zhuǎn)化率高*液態(tài)灰渣易排出放大容量

10、：5000噸/日*負(fù)荷跟蹤好（50%）*煤種適應(yīng)性廣缺點(diǎn)缺點(diǎn)不適于焦結(jié)性強(qiáng)的煤*低溫干餾產(chǎn)生煤焦油、瀝青等*單段爐不易大型化，1200噸/日 *容量較小1500噸/日*飛灰中未燃盡碳多*對耐火爐襯要求高*適于低灰熔點(diǎn)煤碳轉(zhuǎn)化（%）99 95 9799實(shí)用例Lurgi魯奇爐液態(tài)排渣魯奇爐WinkerKRWU-GASTexaco,shell K-T爐 魯奇加壓氣化工藝魯奇加壓氣化工藝（19271929年德國）年德國） 是以水蒸氣是以水蒸氣氧氣為氣氧氣為氣化劑、在化劑、在1.962.94MPa壓力壓力下和下和11001400溫度下對溫度下對原料煤進(jìn)行的干餾氣化，主原料煤進(jìn)行的干餾氣化，主要包括煤的氣

11、化、粗煤氣的要包括煤的氣化、粗煤氣的凈化及煤氣組成的調(diào)整處理凈化及煤氣組成的調(diào)整處理等三個部分。等三個部分。BGLBGL氣化技術(shù)氣化技術(shù) 自自19741974年開發(fā)，氣化強(qiáng)年開發(fā)，氣化強(qiáng)度高出原魯奇加壓氣化爐近度高出原魯奇加壓氣化爐近3 3倍。倍。BGLBGL熔渣氣化爐可直接熔渣氣化爐可直接氣化含水量到氣化含水量到20%20%的各類煤的各類煤種；在種；在1400140016001600高溫高溫氣化條件下，蒸汽用量大幅氣化條件下，蒸汽用量大幅度降低，度降低，909095%95%的蒸汽在的蒸汽在氣化過程中分解，不僅提高氣化過程中分解，不僅提高了氣化效率，而且使氣化廢了氣化效率，而且使氣化廢水量減少

12、水量減少80%80%以上，易于小以上，易于小規(guī)模和經(jīng)濟(jì)的凈化處理。規(guī)模和經(jīng)濟(jì)的凈化處理。 2-22-2 煤氣廢水主要來源于煤氣洗滌、冷凝和分煤氣廢水主要來源于煤氣洗滌、冷凝和分 餾塔等處，以循環(huán)氨水污染最為嚴(yán)重，并餾塔等處，以循環(huán)氨水污染最為嚴(yán)重，并 且煤的級別越低，水質(zhì)越惡劣。且煤的級別越低，水質(zhì)越惡劣。冷凝水冷卻循環(huán)系統(tǒng) 水平衡排水1.1.煤氣化廢水的來源煤氣化廢水的來源燃料不循環(huán)/(m3t-1)全循環(huán)/(m3t-1)焦炭和無煙煤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15-250.8-1.22.2.煤氣化廢水的

13、水量水質(zhì)煤氣化廢水的水量水質(zhì)1.1. 水量的組成（蒸汽冷凝水水量的組成（蒸汽冷凝水+ +煤本身水分）煤本身水分） 氣化氣化1t1t煤產(chǎn)生的廢水量大致在煤產(chǎn)生的廢水量大致在0.8-1.1m0.8-1.1m3 3，約產(chǎn)，約產(chǎn)出出1m1m3 3廢水（典型魯奇工藝中）。廢水（典型魯奇工藝中）。2. 2. 水質(zhì)水質(zhì) 水中污染物成分復(fù)雜，取決于原料煤種類與成水中污染物成分復(fù)雜，取決于原料煤種類與成分、氣化工藝及其操作條件等。分、氣化工藝及其操作條件等。酚、氨酚、氨回收回收 煤氣廢水屬于污染濃度極高、含有大量的酚、煤氣廢水屬于污染濃度極高、含有大量的酚、氨、硫化物、氰化物和焦油，以及眾多的雜環(huán)化氨、硫化物、

14、氰化物和焦油，以及眾多的雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴。合物和多環(huán)芳烴。3. 廢水的可生化性廢水的可生化性 煤氣加壓廢水經(jīng)脫酚蒸氨后，煤氣加壓廢水經(jīng)脫酚蒸氨后，M=0.34，N=0.21可生化性尚可?？缮陨锌?。 2-3 2-3 （1 1）酚的回收：）酚的回收： 溶劑萃取脫酚溶劑萃取脫酚 溶劑：烴類（燃料油、粗柴油）溶劑：烴類（燃料油、粗柴油） 芳香烴類（重苯溶劑油、二苯溶劑油、芳香烴類（重苯溶劑油、二苯溶劑油、 粗苯溶劑油、異丙醚）粗苯溶劑油、異丙醚）1. 有價物質(zhì)的回收有價物質(zhì)的回收（1 1）酚的回收：）酚的回收： 水蒸氣脫酚水蒸氣脫酚（2 2）氨的回收：水蒸氣氣提）氨的回收：水蒸氣氣提蒸氨蒸氨脫酚蒸氨后廢水水質(zhì)脫酚蒸氨后廢水水質(zhì)脫酚蒸氨后廢水水