申请日2016.10.12
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C02F1/10; C02F1/28
摘要
本发明提供了一种煤气化废水的回收利用工艺及系统，该工艺采用焦炭作为热载体和吸附剂，利用高温无氧气体与焦炭之间的物理传热以加热焦炭，随后煤气化废水与加热后的焦炭接触时，二者之间产生了良好的热传导和较强的吸附作用，使得废水被蒸发形成含少量有机物的水蒸气，同时废水中的无机物和剩余有机物被完全吸附在焦炭上，水蒸气可作为气化剂直接回用至煤气化工艺中，由此本发明的工艺实现了煤气化废水的净化回收及循环利用，有效解决了缺水地区煤气化用水量大的问题。并且本发明所述的工艺无需额外消耗燃料，工艺条件可控，安全性高。
摘要附图
权利要求书
1.一种煤气化废水的回收利用工艺，包括如下步骤：
(1)采用600～790℃的无氧气体将焦炭加热至300～700℃;
(2)将步骤(1)加热后的焦炭与煤气化废水接触，以使所述煤气化废水被蒸发形成水蒸气，同时所述煤气化废水中的有机物被吸附在所述焦炭上;
(3)将步骤(2)产生的水蒸气作为气化剂回用至煤气化工艺中。
2.根据权利要求1所述的煤气化废水的回收利用工艺，其特征在于，所述无氧气体为煤气化工艺中所产生的煤气。
3.根据权利要求1或2所述的煤气化废水的回收利用工艺，其特征在于，所述焦炭为挥发分≤1wt%、灰分≤0.7wt%且硫含量≤1wt%的石油焦。
4.根据权利要求1-3任一项所述的煤气化废水的回收利用工艺，其特征在于，所述焦炭的粒径为50～5000μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的煤气化废水的回收利用工艺，其特征在于，所述煤气化废水的原始温度为1～150℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的煤气化废水的回收利用工艺，其特征在于，将吸附了有机物的焦炭部分回用至步骤(1)和步骤(2)中。
7.一种煤气化废水的回收利用系统，包括：
加热装置，其包括壳体和设置于所述壳体内的上集箱、下集箱及夹设于所述上集箱与所述下集箱之间的管束，所述管束分别与所述上集箱和所述下集箱连通，在所述下集箱上设置第一进气口，在所述上集箱上设置第一排气口;在所述壳体的上部设置进料口，在所述壳体的下部设置出料口;
吸附蒸发装置，包括筒体和设置于所述筒体内的吸附剂床层，在所述筒体的下部设置有废水入口和吸附剂出口，在所述筒体的上部设置蒸气出口和吸附剂进口;所述吸附剂进口与所述出料口相连通，所述蒸气出口连通气化炉的气化剂进口;
所述吸附蒸发装置的操作温度为110～500℃，优选为130～200℃。
8.根据权利要求7所述的煤气化废水的回收利用系统，其特征在于，在所述壳体的上部设置第二排气口，在所述壳体的下部设置第二进气口，所述第二进气口连接所述第一排气口。
9.根据权利要求7或8所述的煤气化废水的回收利用系统，其特征在于，所述吸附剂出口与所述进料口相连接。
10.根据权利要求7-9任一项所述的煤气化废水的回收利用系统，其特征在于，在所述筒体的下部还设置有流化蒸气入口，所述蒸气出口连通所述流化蒸气入口。
说明书
一种煤气化废水的回收利用工艺及系统
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种煤气化废水的回收利用工艺及系统。
背景技术
随着世界石油天然气资源的日益匮乏，以煤气化为代表的煤基能源转化技术成为世界各国日益关注的重点，尤其是我国富煤贫油，因此开发高效、清洁的煤气化技术对保障国家能源安全和经济发展具有长远的重要意义。
煤气化工艺是煤化工领域的重要组成部分，具体是指煤炭在高温条件下与气化剂(如氧气、氢气、空气或水蒸气)发生热化学反应制得反应煤气的过程。煤气化工艺会产生大量的煤气化废水，这种废水中通常含有油类、酚类及一些有机乳化物或水溶性有机物等，其中，酚类物质如苯酚、甲基苯酚、多元酚等是废水的主要污染物，通常占COD的40%-80%，同时还含有单环或多环的含氮芳香烃类、含氧或含硫的杂环类、多环芳烃、脂肪酸类等污染物以及氰、氨氮等有毒抑制性物质，是一种难生化降解的高浓度有机废水，因此必须对煤气化废水进行净化处理。
目前，煤化工企业对于煤气化废水的处理工艺主要包括煤气水分离、除油、脱酸性气体、酚回收、氨回收和生化处理等环节，但采用上述工艺处理后的煤气化废水的COD值仍然很高，达不到环保排放的要求，还需进行深度处理，从而导致工序繁琐，耗费不菲，降低了整个煤气化工艺的经济性，因此提供一种能够有效除去煤气化废水中的有机物，提高煤气化处理整体效率的方法是本领域技术人员所面临的重要课题。为此，中国专利文献CN104418454A公开了一种有机废水的处理方法，该方法是将抗磨的固体颗粒物加入至第一反应器中并燃烧加热以提高固体颗粒物的温度，而后再将加热后的固体颗粒物送至第二反应器中，然后向第二反应器中喷入有机废水，使得有机废水与固体颗粒物接触后被蒸发形成含有机物的气体混合物，该气体混合物在第二反应器的顶端被加热升温至800-1350℃以使其中的有机物被氧化转化为CO2和水蒸汽，随后再经调质降温处理以回收热量，而经有机废水降温后的固体颗粒物则被送至第一反应器中继续循环。
经上述方法处理后的气体混合物中残留的有机物含量很少，可见该技术能够实现对有机废水的净化处理，但由于上述技术采用抗磨固体如煤灰、碎砂等作为有机物的吸附剂，存在着吸附活性低、吸附容量小且比热容小的缺陷，另外上述技术通过燃料燃烧的方式将固体颗粒物加热至800-1100℃，一方面燃料的消耗必将导致废水处理成本的增加，另一方面燃烧这一剧烈的化学反应还为该工艺带来较大的安全隐患。鉴于此，如何对现有的煤气化废水的处理工艺进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言依然是一个尚未解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的煤气化废水的处理工艺所存在的吸附剂活性低、吸附容量小、比热容小且需要消耗燃料、工艺安全性差的缺陷，进而提供一种吸附剂活性高、吸附容量大、比热容大且无需消耗燃料、工艺安全性高的煤气化废水的回收利用工艺及系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
一种煤气化废水的回收利用工艺，包括如下步骤：
(1)采用600～790℃的无氧气体将焦炭加热至300～700℃;
(2)将步骤(1)加热后的焦炭与煤气化废水接触，以使所述煤气化废水被蒸发形成水蒸气，同时所述煤气化废水中的有机物被吸附在所述焦炭上;
(3)将步骤(2)产生的水蒸气作为气化剂回用至煤气化工艺中。
所述无氧气体为煤气化工艺中所产生的煤气。
所述焦炭为挥发分≤1wt%、灰分≤0.7wt%且硫含量≤1wt%的石油焦。
所述焦炭的粒径为50～5000μm。
所述煤气化废水的原始温度为1～150℃。
将吸附了有机物的焦炭部分回用至步骤(1)和步骤(2)中。
一种煤气化废水的回收利用系统，包括：
加热装置，其包括壳体和设置于所述壳体内的上集箱、下集箱及夹设于所述上集箱与所述下集箱之间的管束，所述管束分别与所述上集箱和所述下集箱连通，在所述下集箱上设置第一进气口，在所述上集箱上设置第一排气口;在所述壳体的上部设置进料口，在所述壳体的下部设置出料口;
吸附蒸发装置，包括筒体和设置于所述筒体内的吸附剂床层，在所述筒体的下部设置有废水入口和吸附剂出口，在所述筒体的上部设置蒸气出口和吸附剂进口;所述吸附剂进口与所述出料口相连通，所述蒸气出口连通气化炉的气化剂进口;
所述吸附蒸发装置的操作温度为110～500℃，优选为130～200℃。
在所述壳体的上部设置第二排气口，在所述壳体的下部设置第二进气口，所述第二进气口连接所述第一排气口。
所述吸附剂出口与所述进料口相连接。
在所述筒体的下部还设置有流化蒸气入口，所述蒸气出口连通所述流化蒸气入口。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供的煤气化废水的回收利用工艺，首创性地采用焦炭作为热载体和吸附剂，通过利用高温无氧气体与焦炭之间的物理传热将焦炭加热至300～700℃，随后煤气化废水与加热后的焦炭接触时，由于焦炭大的比热容、高的吸附活性和吸附容量，使得焦炭和煤气化废水之间产生了良好的热传导和较强的吸附作用，故而煤气化废水被蒸发形成含少量有机物的水蒸气，同时煤气化废水中的无机物和剩余有机物被完全吸附在焦炭上，上述水蒸气可作为气化剂直接回用至煤气化工艺中，进而有机物在气化炉的燃烧层被分解最终形成CO2和H2O，由此本发明的工艺实现了煤气化废水的净化回收及循环利用，有效解决了缺水地区煤气化用水量大的问题。并且本发明所述的工艺无需额外消耗燃料，工艺条件可控，安全性高。
2、本发明提供的煤气化废水的回收利用工艺，进一步限定采用挥发分≤1wt%、灰分≤0.7wt%且硫含量≤1wt%的石油焦，以确保本发明的工艺基本无灰渣排放，从而实现零排放的废水处理目标。
另外，本发明所述的工艺将吸附了有机物的焦炭部分回用至加热器中进行无氧加热，使得附着于焦炭上的有机物受热分解或蒸发，从而得到净化了的焦炭，而后再循环至步骤(2)中，由此实现焦炭的循环利用。然而当焦炭表面累积的有机物越来越多时，可以适当排出一定量的吸附了有机物的焦炭，同时补加新鲜干净的焦炭，以维持工艺中的有机物处于合理水平，并且排出的焦炭还可作为煤气化的燃料，从而实现资源的循环利用。
3、本发明提供的煤气化废水的回收利用系统，通过在其加热装置的壳体内设置上集箱、下集箱及夹设于二者之间并与之连通的管束，并且在下集箱上设置第一进气口，在上集箱上设置第一排气口，在壳体的上部设置进料口、下部设置出料口，使得高温气体在管束内流动同时焦炭在管束外运动，利用管束内外的物理换热以将焦炭加热至300～700℃，从而避免采用燃料燃烧所产生的热量来加热焦炭，不仅使得工艺可控，安全性高，更重要的是还可防止焦炭自身燃烧。
4、本发明提供的煤气化废水的回收利用系统，进一步在加热装置的壳体上部设置第二排气口、下部设置第二进气口，并将第二进气口连接第一排气口，从而可利用无氧气体流化焦炭颗粒并与之直接换热，一则可快速加热焦炭，二则还可使焦炭在加热装置中形成流化床，以便于焦炭的换热和流动。
另外，本发明所述的系统还可在吸附蒸发装置的筒体下部设置与蒸气出口连通的流化蒸气入口，使得焦炭在吸附蒸发装置中形成流化床，从而有利于焦炭与煤气化废水的充分接触，提高气化和吸附效率。