特种废水处理：3-煤气化工业废水处理

1、第三章第三章 煤气废水处理煤气废水处理 内内 容容 2-3 2-3 2-1 2-1 2-22-2 2-1 2-1 煤炭在我国能源利用中的地位煤炭在我国能源利用中的地位 2011年我国年产原煤年我国年产原煤24.7亿吨，能源消耗的亿吨，能源消耗的68.4%是由煤炭提供。是由煤炭提供。 “以煤炭为为主体、电力为中心，油气和新以煤炭为为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展。能源全面发展。” 煤是由煤是由有机物质有机物质和和无机物质无机物质混合组成的。煤中有机物质混合组成的。煤中有机物质主要由主要由碳（碳（C，82%93%）、氢（）、氢（H，3.6%5%）、氧）、氧（O，1.3%10%）、氮（）、氮

2、（N，1%2%）四种元素构成，四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有还有一些元素则组成煤中的无机物质，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； 煤是黑色黄金。煤是黑色黄金。煤气化、煤液化、煤干馏。煤气化、煤液化、煤干馏。1. 1. 煤炭的干馏技术煤炭的干馏技术 煤在煤在隔绝空气隔绝空气的条件下加热，将产生一系列的条件下加热，将产生一系列的的热分解过程热分解过程，得到得到气态、液态和固体气态、液态和固体产物产物。干馏得到的固体产物干馏得到的固体产物：冶金焦炭冶金焦炭从煤干馏得到的挥发分中可以

3、回收从煤干馏得到的挥发分中可以回收煤焦油煤焦油+ +煤气煤气等产物。等产物。温度高于温度高于950950的过程称为高温干馏，如采用合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。适的烟煤干馏可得冶金焦炭。2. 2. 煤炭的直接液化煤炭的直接液化 煤直接加氢液化煤直接加氢液化是采用是采用高温、高压氢气高温、高压氢气，在，在催化剂和溶剂作用下进行催化剂和溶剂作用下进行裂解、加氢裂解、加氢等反应，将等反应，将煤直接转化为煤直接转化为分子量较小分子量较小的燃料油和化工原料。的燃料油和化工原料。3. 3. 煤炭的间接液化煤炭的间接液化 煤的间接液化煤的间接液化是将是将煤气化煤气化得到的得到的原料

4、气原料气，在在一定条件下一定条件下（温度压力），经（温度压力），经催化合成石油催化合成石油及及其他其他化学产品化学产品的加工过程，又称的加工过程，又称一氧化碳加氢法一氧化碳加氢法4. 4. 煤炭的气化技术煤炭的气化技术 煤的气化过程是一个热化学过程，它是以煤的气化过程是一个热化学过程，它是以煤或焦煤煤或焦煤为原料、以为原料、以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸汽或氢气氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸汽或氢气等等作作气化剂气化剂。在。在高温高温条件下通过气化反应将煤或煤焦中的条件下通过气化反应将煤或煤焦中的可燃部分可燃部分转化为气体燃料的过程。其实质是将煤由高分转化为气体燃料的过程。其实质是将煤由高分子固

5、态物质转化为低分子的气态物质的过程。子固态物质转化为低分子的气态物质的过程。（1）煤气化过程）煤气化过程 *该过程在煤气发生炉（气化炉）中完成该过程在煤气发生炉（气化炉）中完成 碳的氧化反应碳的氧化反应C+O2=CO2393.8KJ/mol碳的部分氧化反应碳的部分氧化反应2C+O2=2CO231.4kJ/mol二氧化碳的还原反应二氧化碳的还原反应C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸气分解反应水蒸气分解反应C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/mol水蒸气分解反应水蒸气分解反应C+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳变换反应一氧化碳变换反应CO+H2O(

6、g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氢反应碳的加氢反应C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反应甲烷化反应CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反应甲烷化反应2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反应甲烷化反应CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol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

7、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580mm之间，以防床堵塞或细粉带出，床内固体停留时间对Lurgi炉约0.51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9501100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

8、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，

9、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。固定床固定床流化床流化床气流床气流床气化过程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气化温度C C4401400800110012001700优点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

10、：5000吨/日*负荷跟踪好（50%）*煤种适应性广缺点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（%）99 95 9799实用例Lurgi鲁奇炉液态排渣鲁奇炉WinkerKRWU-GASTexaco,shell K-T炉 鲁奇加压气化工艺鲁奇加压气化工艺（19271929年德国）年德国） 是以水蒸气是以水蒸气氧气为气氧气为气化剂、在化剂、在1.962.94MPa压力压力下和下和11001400温度下对温度下对原料煤进行的干馏气化，主原料煤进行的干馏气化，主要包括煤的气

11、化、粗煤气的要包括煤的气化、粗煤气的净化及煤气组成的调整处理净化及煤气组成的调整处理等三个部分。等三个部分。BGLBGL气化技术气化技术 自自19741974年开发，气化强年开发，气化强度高出原鲁奇加压气化炉近度高出原鲁奇加压气化炉近3 3倍。倍。BGLBGL熔渣气化炉可直接熔渣气化炉可直接气化含水量到气化含水量到20%20%的各类煤的各类煤种；在种；在1400140016001600高温高温气化条件下，蒸汽用量大幅气化条件下，蒸汽用量大幅度降低，度降低，909095%95%的蒸汽在的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废了气化效率，而且使气化废水量减少

12、水量减少80%80%以上，易于小以上，易于小规模和经济的净化处理。规模和经济的净化处理。 2-22-2 煤气废水主要来源于煤气洗涤、冷凝和分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。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1.1.煤气化废水的来源煤气化废水的来源燃料不循环/(m3t-1)全循环/(m3t-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15-250.8-1.22.2.煤气化废水的

13、水量水质煤气化废水的水量水质1.1. 水量的组成（蒸汽冷凝水水量的组成（蒸汽冷凝水+ +煤本身水分）煤本身水分） 气化气化1t1t煤产生的废水量大致在煤产生的废水量大致在0.8-1.1m0.8-1.1m3 3，约产，约产出出1m1m3 3废水（典型鲁奇工艺中）。废水（典型鲁奇工艺中）。2. 2. 水质水质 水中污染物成分复杂，取决于原料煤种类与成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。分、气化工艺及其操作条件等。酚、氨酚、氨回收回收 煤气废水属于污染浓度极高、含有大量的酚、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，以及众多的杂环化氨、硫化物、

14、氰化物和焦油，以及众多的杂环化合物和多环芳烃。合物和多环芳烃。3. 废水的可生化性废水的可生化性 煤气加压废水经脱酚蒸氨后，煤气加压废水经脱酚蒸氨后，M=0.34，N=0.21可生化性尚可。可生化性尚可。 2-3 2-3 （1 1）酚的回收：）酚的回收： 溶剂萃取脱酚溶剂萃取脱酚 溶剂：烃类（燃料油、粗柴油）溶剂：烃类（燃料油、粗柴油） 芳香烃类（重苯溶剂油、二苯溶剂油、芳香烃类（重苯溶剂油、二苯溶剂油、 粗苯溶剂油、异丙醚）粗苯溶剂油、异丙醚）1. 有价物质的回收有价物质的回收（1 1）酚的回收：）酚的回收： 水蒸气脱酚水蒸气脱酚（2 2）氨的回收：水蒸气气提）氨的回收：水蒸气气提蒸氨蒸氨脱酚蒸氨后废水水质脱酚蒸氨后废水水质脱酚蒸氨后废水水