CN101126035B - 一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，包括气化剂，其特征是，所述气化剂的温度为65～350℃，含水量为55～60℃时同重量饱和空气的含水量。所述气化剂是含酚废水在压力泵作用下，在混合箱中雾化与热空气充分混合形成的，并在风机作用下，进入气化炉参加反应。本发明的含酚废水是指煤气在冷却过程中析出的含有苯、酚等水溶液，是在气化工艺系统完全封闭的环境中，采用机械方式，被输送到炉体氧化层内得到裂解焚烧，不外排，彻底解决了酚水污染及二次污染问题；部分热量重新回炉利用，节省了参与氧化反应煤的量，从而，气化效率提高3％～5％，气化强度提高10％以上。

Description

一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺

技术领域

本发明属于煤的气化工艺技术领域，具体涉及一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺。

背景技术

如图1所示，传统的两段炉冷媒气生产工艺如下：通过输送机构，将合适质量及大小的煤块送入煤仓，由加煤机构连续并均匀的加入到煤气炉内，在煤气炉内，存在以下三类主要的化学反应：1、煤中的碳与气化剂空气中氧、水蒸汽之间的反应；2、气化剂中的氧、水蒸汽、各种生成气之间的反应；3、煤的热裂解反应，这三种反应在炉内不同层次进行。

氧化层又成为火层，正常情况下厚度为100～200mm。氧化层主要的作用是使空气中的氧气遇炭进行急剧的热化学反应，生成大量的二氧化碳，同时放出热量。煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。火层温度一般保持在1100～1250℃，决定于原料煤灰熔点的高低。

还原层是生成主要可燃气体的区域，根据反应式进行的情况，分为第一还原层和第二还原层(或成为主还原层和次还原层)。正常情况下，还原层厚度为200～400mm。还原层的作用是：①二氧化碳和灼热的炭起作用，进行热化学反应，生成可燃的一氧化碳；②水蒸汽与灼热的炭进行吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气；③除以上两类反应外，其次还有一氧化碳与多余的水蒸汽反应而生产二氧化碳和氢气，同时放出热量。

两段式发生炉煤气分上下两段，上段煤气由发生炉顶部出口离去，进入电捕焦油器除去焦油，焦油流入焦油罐。夹套内的冷却水通过蒸汽管进入蒸汽包。产生的煤气进入间冷器，经冷却后由底部离去，煤气被冷却后冷凝析出有毒酚水由水管流入酚水池；煤气进入电除焦油器除去轻油，轻油流入储油罐，净化后的煤气借煤气排送机送往用户。

混合发生炉煤气是采用空气和水蒸气混合气作为气化剂，在发生炉内与碳进行气化反应生成可燃气体。水蒸气的作用如下：

(1)由于水蒸气分解吸收热量，因而可降低炉内温度。水量的多少是通过控制气化剂饱和温度来控制水量。

(2)由于水蒸气能降低炉温，所以减弱了二氧化碳遇碳还原为一氧化碳的反应速度，使一氧化碳与二氧化碳的比值降低。

(3)由于水蒸气在适当炉内温度条件下，大部分可分解生成氢气和一氧化碳，所以提高了煤气的质量，使煤气发热值增加。

(4)水蒸气不能完全分解，分解率的大小与炉内温度、煤炭性质、水蒸气量的多少等因素有关。未分解的水蒸气均混入煤气中，并流出发生炉。这样由于煤气炉出温度较高，使热损失增加，同时煤气中带水分多时，需净化冷却，否则会影响管路寿命及用户的使用，由于煤气降温，在管道中排水量较多，严重时妨碍正常送气，并降低了用户加热设备的热效率。

由于上述原因，水蒸气对煤气生产的正常、操作的难易、煤气的质量以及生产过程的经济性均有影响。目前，气化剂中的水蒸气量均采用混合气体的饱和温度来控制，例如，某混合煤气站气化剂采用空气水蒸汽的混合气，水量的大小是55～60℃的饱和蒸汽所含有的水量，水量的控制是在空气和水蒸汽同时输运到混合箱内，利用温控感应器，通过控制混合汽的温度，达到自动调整水蒸汽的进量。《职业技术》2006年第10期第152页《煤气发生炉气化过程分析》(杨立森、王帝文)公开了一般鼓风温度范围在50～65℃，其公开的内容在此引用。

这种采用饱和蒸汽法，有诸多的优点，技术含量要求低，利用循环冷却水产生的蒸汽进入炉内，操作简便，易于控制，监控点相对较少。

煤气生产过程中污水产生的原因：

煤气站的含酚污水主要含有焦油、轻油、粗酚、氨和硫等五种污染物质(煤气水成分在不同的装置中略有差异)，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，其来源于冷却及净化煤气过程中的洗涤水和含酚冷凝水，其中含酚冷凝水的生成量取决于气化煤质及所采用的气化工艺。以两段炉煤气站气化大同烟煤为例，上段煤气经间接冷却器最终冷却，产生的冷凝水量约为100kg/t煤左右，该冷凝水含酚量约为8500～10000mg/L；下段煤气洗涤水含酚量10mg/L，而且冷凝水随着循环使用时间的增加，其含酚量也不断地增加，增加到一定程度后，便会影响洗涤冷却设备中的传质与换热，从而带来一系列不良影响。

几十年来，如何彻底治理含酚污水一直是困扰煤气站的环保难题，从事工业煤气设计研究的专家们经过长期的研究与探讨，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，但是仍存在诸多不足之处。

含酚污水的几种常规处理方法：

对于煤气站的含酚污水处理一般分为两个阶段：第一，预处理阶段，该阶段旨在除去污水中的大部分悬浮物及焦油等；第二，脱酚处理阶段，其目的是将预处理后的污水中的大部分 酚类物质及部分有机物质脱除。

1.1预处理方法：在煤气站中已经应用的预处理方法，目前一般有以下几种：

1)自然沉降分离法；2)机械过滤法；3)化学混凝沉淀法；4)电解浮选法；5)离心分离法；6)加酸破乳焦油渣吸附法；7)加压溶气气浮法；8)射流气浮法

其中自然沉降分离法，可直接设置在煤气站的循环水工艺系统中，虽然效果不是十分理想，但运行成本较低，一直被大多数煤气站作为含酚污水预处理方法所采用。其它七种方法则必须在另行设置的设备中进行处理，相对处理费用要高出许多。

1.2脱酚处理方法：脱酚处理方法可分为物理化学法和生物化学法。

1.2.1物理化学法

1.2.1.1蒸汽化学脱酚法

用强烈的高温蒸汽加热含酚污水，使污水中的酚蒸发后随蒸汽逸出，然后再通入碱液吸收成为酚钠盐，从而达到脱酚的目的。该法操作简单，投资也较少，但蒸汽耗量较大，且脱酚效率不够理想，一般达不到彻底治理之目的。

1.2.1.2蒸汽脱酚法

将含酚污水加热，使酚随水蒸汽挥发出来，再将这部分含酚蒸汽通入发生炉炉底混入空气中作为气化剂使用，在炉内，酚在高温下燃烧分解成CO₂和H₂O最终达到脱酚的目的。其缺点在于此法只能脱除低沸点酚系物，且能耗较大，每蒸发1吨污水约需燃料折合标煤180公斤左右，其缺点是此法处理含酚污水，能耗大且煤气炉炉底饱和温度不易控制。

1.2.1.3焚烧法

将含酚污水喷入焚烧炉，使酚类有机物在1100℃左右的高温下，发生氧化反应，最终生成CO₂和H₂O排放，此法工艺简单，操作方便，但能耗较大，每焚烧1吨含酚废水其成本约在200元左右。上一世纪90年代初期，国外引进的及国内配套的两段式煤气发生炉基本上都配备有酚水焚烧炉设施，但基本上都因能耗问题而闲置不用。利用焚烧法处理含酚污水另一个关键缺点在于一旦操作不慎，炉温下降，往往会造成燃烧不完全，易形成二次污染。

1.2.1.4溶剂萃取脱酚法

该法的主工艺分萃取和解吸两部分，萃取过程是一个物质再分配过程，利用萃取剂将酚从污水中萃取出来；含酚萃取剂再与碱液相互接触，萃取剂中的酚与碱发生反应生成酚钠盐，该过程是一个解吸过程。利用该种脱酚方法处理后的出水尚含100-200mg/l的酚，不能直接 排放，而且萃取剂的流失会造成污水乳化，并形成二次污染。另外该方法须采用高效率的萃取剂及碱，运行成本较高。

1.2.1.5树脂脱酚法

该法主要工艺过程包括吸附和解吸，用树脂吸附废水中的酚，然后用碱液进行解吸，生成酚钠，此法工艺过程较为复杂，且影响脱酚效率的因素较多，运行成本相对较高。

1.2.1.6磺化煤吸附法

该法以磺化煤极性基团吸附酚，然后以碱液吸收而成酚钠盐脱酚，磺化煤吸附是间歇进行的，完成一次循环包括吸附和再生两个环节。该法的主要缺点在于磺化煤的吸酚量过低，吸附周期太短，解析、再生也比较困难。

1.2.1.7生化法

对含酚污水进行生化处理是培养微生物，并利用微生物将污水中的酚类有机物消化吸收分解成H₂O和CO₂的过程。该方法根据微生物的承载方式及供氧方式的不同又可分为曝气法、接触氧化法、生物转盘法及生物滤池法等。生化法对进入生化池的污水水质要求较为严格，污水中焦油及酚等有机物浓度不可超过微生物所能承受的浓度，否则，需要将污水稀释后才能进入生化池，这样便限制了处理水量。同时微生物驯化比较困难，进水浓度超标、环境温度不适宜，都很容易限制微生物的生存。东北某厂曾采用生化法处理含酚污水，由于条件要求严格致使其处理成本相当高。

纵上所述，无论是焚烧还是生化法，要么成本高要么造成二次污染，在目前众多的煤气站中，酚水处理非常理想的用户极为少见。

公开号为CN1162624A的中国专利公开了一种两段炉水煤气厂工艺流程与含酚水的处理，包括气化、冷却净化和含酚水处理工艺，其中，含酚水处理部分是由含酚水泵、燃烧蓄热器、两段炉组成，含酚水是利用空气吹风气的能量，将燃烧蓄热器内的格子砖烧到800～900℃高温，然后在下制气时把含酚水喷入燃烧蓄热器内，与格子砖进行热交换而气化，然后作为气化剂进入两段炉内与炽热的焦炭产生水煤气的过程把含酚水处理掉。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，从煤气发生氧化与还原反应需要的热平衡入手，采用炉内焚烧酚水而不外排，使得煤气酚水在完全封闭的条件下运行，有效的避免了环境污染问题，并且，由于有效的利用了煤气余热以及酚燃烧产生的热量，因而，煤转化成煤气的气化率和煤气炉炉体单位面积的气化强度都有了提高。

本发明具体采用如下技术方案：

一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，包括气化剂，其特征是，所述的气化剂的温度大于65℃，含水量为55～60℃时同重量饱和空气的含水量。

所述的气化剂的温度为65～80℃、80～150℃或者150～250℃。

所述的气化剂是含酚水在混合箱中雾化并与热空气混合后制得，下一步进入两段炉；所述的热空气是空气在风冷器、废热锅炉或者输气管道中进行热交换后温度为300～500℃的空气，下一步进入混合箱。

本发明的有益效果在于：与传统的煤气炉制气工艺相比，进入炉底的空气在换热设备中与高温煤气发生了热交换，变成高温空气，在鼓风机的作用下，被送入混合箱中，酚水被酚水泵输送到混合箱中，在混合箱中有雾化装置，雾化装置将酚水雾化后，在高温空气中发生闪蒸现象，被迅速气化，气化剂是不饱和的热空气，进入炉底的相对湿度较小，而传统的工艺中，常温空气中加入热蒸汽，进入炉前变成了过饱和的空气，将有部分水从气态变成液态，进入炉底后需要重新吸收大量的热量气化，对炉底灰层和燃烧层造成一定程度的不利影响，降低了煤气的热值。

本工艺中，含酚废水在完全封闭的环境中运行，在炉体氧化层内得到裂解焚烧，无污染；部分热量重新回炉利用，节省了参与氧化反应煤的量，保证更多的煤参加还原反应，气化效率从而提高3％～5％，气化强度提高10％以上，从间冷器冷凝下来的酚水在完全封闭的环境中被采用机械的方式全部返回到炉膛内焚烧，彻底解决了酚水污染和二次污染的问题。

本发明煤的转化率高：以热值27000kJ/Kg的晋城煤为例，气化效率76％，一公斤煤浪费掉的热量为6480kJ，若将下段煤气从500℃冷却到200℃的热量回收入炉，热量值约有1200kJ，占一公斤煤总热量的4.4％，占一公斤煤浪费掉热量的18.5％，由于工艺是连续的，能量在连续回收利用的过程中，气化强度得到提高，提高的数值，从理论上可达76^(1+0.04)％＝92％。

附图说明

图1是现有技术煤气化生产工艺流程图；

图2是本发明煤气化生产工艺流程图；

图3是实施例1的设备流程图；

图4是实施例2的设备流程图

图5是实施例3的设备流程图

图中，1-煤气炉；2-上段煤气；3-下段煤气；4-旋风收尘器；5-电捕焦油器；6-间冷器； 7-电捕轻油器；8-煤气输出管；9-酚水池；10-热交换器；11-废热锅炉；12-热风机；13-混合箱；14-喷雾装置；15-蒸汽包；16-风冷器；17为热交换器。

实施例1：空气在风冷器中进行热交换后进入混合箱。

下段煤气3由发生炉体1中上部出口排去，首先，经过旋风除尘器4除掉其中的大部分粉尘，进入废热锅炉11，在废热锅炉11内，高温(550～600℃)煤气与软化水进行热交换，将部分水气化送入蒸汽包15，蒸汽包15内的蒸汽可以作系统内的冲洗用，可以向外提高给用户作为他用，经过废热锅炉11的初步降温，煤气进入空气冷却系统热交换器10，在热交换器10中，热交换器10内布置合适数量的列管，热煤气在管内行进，在风机12的作用下，热交换器10的空气进出口之间产生压差，在压力的作用下，空气在管间穿行，通过管壁传导及辐射作用，煤气得到冷却，空气得到加热。被降温的热煤气，并与上段煤气一起会合进入间冷器6得到进一步的冷却，随后，进入电捕轻油器，净化后借煤气排送机8送往用户。

作为煤气发生炉必须的气化剂——空气，在风机12的抽吸作用下，从热交换器10出口出来时，变成了高温气体(300～500℃)。从间冷器6排出的有毒酚水经酚水泵输送到混合箱13内，在混合箱13内的雾化器14作用下，酚水得到雾化变成小雾滴。气化剂中所需要的水的量一般控制为55～60℃饱和空气的水量，控制加入混合箱内的酚水的量少于这一数值，欠缺的部分通过蒸汽包15内的蒸汽进行弥补。在高温空气的作用下，雾滴在短时间内被迅速蒸发，并通过热风蒸汽管输送到煤气发生炉，控制进入煤气发生炉的空气的温度高于65℃，那么，进入发生炉的空气变成不饱和空气，水处于完全的单分子气体状态，进入炉内经过炉底灰层过程中，不存在气化过程，不会造成灰层温度的大幅降低及偏炉等危害。

实施例2：废热锅炉进行热交换工艺。

下段煤气3由生炉体1中上部出口排去，首先，经过旋风除尘器4除掉其中的大部分粉尘，进入改型的废热锅炉11，高温(550～600℃)煤气穿过废热锅炉11，内部布置合适数量的列管，热煤气在管内行进，空气自进口进入废热锅炉11，可以在列管的外侧的空隙中穿行，空气出口与炉底相连，在风机12抽吸的作用，空气进出口之间产生压差，在压力的作用下，空气在管见穿行，通过管壁传导及辐射作用，煤气得到冷却，空气得到加热。被降温的热煤气，并与上段煤气一起会合进入间冷器得到进一步的冷却，随后，进入电捕轻油器，净化后借煤气排送机8送往用户。

从废热锅炉11出来的空气，变成了高温气体(300～500℃)，热空气经过热风管、风机12输送到混合箱13内，在混合箱13内雾化器14的作用下，酚水得到雾化变成小雾滴。在高温空气的作用下，雾滴在短时间内被迅速蒸发，并通过热风蒸汽管输送到煤气发生炉。

实施例3：输送管进行热交换工艺。

将煤气输送管进行适当的改造变成换热器17，下段煤气3由发生炉1中部出口排去，经过时输气管时，将热量传给与其逆行的空气，并将其加热。空气出口与风机28相连，在风机的作用下，空气进出口之间产生压差，在压力的作用下，空气与煤气逆行，通过管壁传导及辐射作用，煤气得到冷却，空气得到加热。被降温的热煤气，与上段煤气一起会合进入间冷器得到进一步的冷却，随后，进入电捕轻油器，净化后借煤气排送机13送往用户。从余热锅炉出来的空气，变成了高温气体(300～500℃)，热空气经过热风管29、风机28输送到混合箱内，在混合箱内雾化器的作用下，酚水得到雾化变成小雾滴。在高温空气的作用下，雾滴在短时间内被迅速蒸发，并通过热风蒸汽管输送到煤气发生炉。

传统的工艺中，从废热锅炉出来高温的煤气，通过风冷器将多余的热量放散到空气中，被浪费了。本工艺中，将这部分热量重新回炉利用，相对于减少了参如氧化反应的煤的量，有更多的煤参与还原反应，生成有用的煤气，气化率可以提高3％～5％，由于气化剂采用热空气代替室温空气，煤气的气化强度可以提高10％以上，从间冷器冷凝下来的酚水在完全封闭的环境中被采用机械的方式全部返回到炉膛内焚烧，彻底解决了酚水污染和二次污染的问题。

Claims (4)

1.一种酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，包括气化剂，其特征是，所述的气化剂的温度为65～250℃，含水量为55～60℃时同重量饱和空气的含水量；所述的气化剂是含酚水在混合箱中雾化并与热空气混合后制得，所述的热空气是空气在风冷器、废热锅炉或者输气管道中进行热交换后温度为300～500℃的热空气。

2.根据权利要求1所述的酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，其特征是，所述的气化剂的温度为65～80℃。

3.根据权利要求1所述的酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，其特征是，所述的气化剂的温度为80～150℃。

4.根据权利要求1所述的酚水封闭运行高转化率煤气化生产工艺，其特征是，所述的气化剂的温度为150～250℃。

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