申请日2015.12.16
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C10J3/46; C10K1/10; C10K1/00; C02F9/14
摘要
本发明公开了一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法，包括如下步骤：1)水煤浆制备;2)水煤浆气化炉内燃烧;3)急冷室内洗涤降温;4)灰渣收集排放;5)粗煤气净化;6)炭黑水净化。本发明利用水煤浆制作需要添加部分水的生产特点，采用污水代替清江水制作水煤浆工艺，有效解决了成浆特性问题，而且实现了污水利用不受氨氮、COD浓度限制，并达到工业化连续性生产，利用高浓度污水制成的水煤浆在气化燃烧温度1400℃、操作压力大于2MPa的环境下，含高浓度COD、氨氮污水高温裂解，处理彻底，并转化成有用的合成氨、尿素原料，变废为宝。
摘要附图
权利要求书
1.一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
1)水煤浆制备
将烟煤、氨氮、COD污水及添加剂混合物在球磨机中研磨，制备得到水煤浆，然后通过第一管道将料浆送往料浆槽，接着通过料浆泵将所述水煤浆送至气化炉;
2)水煤浆气化炉内燃烧
所述水煤浆通过第二管道进入喷嘴，外界氧气通过第三管道进入所述喷嘴，中心氧通过第四管道进入所述喷嘴的中心管，在所述喷嘴口内所述水煤浆与氧气碰撞，使所述水煤浆与所述氧气均匀混合并得到雾化后进入燃烧炉，在控制炉膛操作温度和压力条件下进行反应生成水煤气，并使污染物完全分解;
3)急冷室内洗涤降温
经所述燃烧炉生成的所述水煤气进入可卸式急冷室，冷却洗涤水经第五管道进入所述可卸式急冷室与水煤气直接接触，进行热量交换，把水煤气中的灰渣洗涤下来，同时降低水煤气温度，产生饱和水蒸气;
4)灰渣收集排放
由所述可卸式急冷室洗涤出的所述灰渣经集渣阀进入第一集渣罐，收集到所述灰渣后，按泄压、排渣操作将所述灰渣经排渣阀从所述第一集渣罐排出进入沉渣池，所述灰渣由捞渣机捞起回收，灰水由污水沟流入沉灰池;
5)粗煤气净化
a、所述水煤气从所述可卸式急冷室出来后经第六管道从底部进入缓冲罐，在所述缓冲罐内与循环水直接接触，洗涤下来的灰渣及冷凝下来的炭黑水进入第二集渣罐，收集到灰渣后，由第十一管道送至炭黑水处理系统;
b、所述水煤气从所述缓冲罐出来后，经第七管道、第八管道依次进入一级气液分离器和二级气液分离器，所述水煤气从所述二级气液分离器的上部 出来经第九管道进入除沫器，经所述除沫器除去炭黑水滴，合格的煤气由第十管道送至下一工序;
c、从所述一级气液分离器、所述二级气液分离器和所述除沫器分离出来的炭黑水分别经由第十二管道、第十三管道和第十四管道送至所述炭黑水处理系统;
6)炭黑水净化
a、气化来炭黑水经由第十五管道进入套管换热器回收热量，再由第十六管道进入闪蒸罐进行常压闪蒸，闪蒸气经第十七管道直接放空，经常压闪蒸的炭黑水经第十八管道进入炭黑水储槽，絮凝剂经第二十管道进入第十九管道与来自所述炭黑水储槽的炭黑水充分混合后进入所述沉灰池，并向所述沉灰池中加入药剂，曝气生化处理，降低所述炭黑水中的氨氮、COD、氰根离子，澄清水经第一水泵送至一级澄清槽，通过所述一级澄清槽溢流至二级澄清槽，通过第二十一管道将阻垢剂加入至所述二级澄清槽中，澄清后的所述炭黑水由第二水泵送回气化工序;
b、所述一级澄清槽和所述二级澄清槽底部的浓缩液经第二十二管道和第二十三管道送回所述沉灰池。
2.根据权利要求1所述的一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法，其特征在于：步骤2)中的所述炉膛操作温度为1300～1400℃、所述压力为2～3MPa，停留时间大于8秒。
3.根据权利要求1所述的一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法，其特征在于：步骤3)中降低所述水煤气温度至200℃。
说明书
一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法
技术领域
本发明涉及一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法。
背景技术
含氨氮、COD废水是多个生产行业排放的主要污染物之一，水体中氨氮污染日益严重。氨氮能够引起水体富营养、导致环境污染，过高的氨氮浓度会抑制自然硝化，引起水体缺氧，导致鱼类中毒，降低水体自净能力，所以经济有效地控制氨氮废水污染对于环境来说有重要的价值。目前高浓度氨氮、COD废水处理方法很多，现有处理高浓度氨氮、COD污水工艺均存在投资费用大、运行成本高、操作程序复杂、出水难控制、产生新污染等缺点，普通的工艺很难达到处理的预期效果，随着国家对环保要求的提高，对企业排放要求更严格，高浓度氨氮、COD污水处理更迫切。
国内水煤气气化技术通过多年的发展日趋成熟。例如CN100593509C公开了一种使用含碳氢物质料浆生产合成气的方法;CN1944592A公开了一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备。这两种工艺都采用含固、液态碳氢物质、水、助剂、添加剂制原料浆，不涉及含高浓度氨氮、COD污水的处理。如需使用高浓度氨氮污水制浆，需要解决煤浆稳定性、流动性、粘度、设备管道腐蚀、环保等技术问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法的技术方案，利用水煤浆制作需要添加部分水的生产特点，采用污水代替清江水制作水煤浆工艺，有效解决了成浆特性问题，而且实现了污水利用不受氨氮、COD浓度限制，并达到工业化连续性生产，利用高浓度污水制成的水煤浆在气化燃烧温度1400℃、操作压力大于2MPa的环 境下，含高浓度COD、氨氮污水高温裂解，处理彻底，并转化成有用的合成氨、尿素原料，变废为宝。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种适用于处理高浓度氨氮、COD污水的水煤浆气化工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
1)水煤浆制备
将烟煤、氨氮、COD污水及添加剂混合物在球磨机中研磨，制备得到水煤浆，然后通过第一管道将料浆送往料浆槽，接着通过料浆泵将水煤浆送至气化炉;
通过对不同浓度的污水选择采用不同矿点烟煤的配比及添加剂品种的选择性定量配比，解决了含高浓度污水水煤浆不稳定问题。
2)水煤浆气化炉内燃烧
水煤浆通过第二管道进入喷嘴，外界氧气通过第三管道进入喷嘴，中心氧通过第四管道进入喷嘴的中心管，在喷嘴口内水煤浆与氧气碰撞，使水煤浆与氧气均匀混合并得到雾化后进入燃烧炉，在控制炉膛操作温度和压力条件下进行反应生成水煤气，并使污染物完全分解;
3)急冷室内洗涤降温
经燃烧炉生成的水煤气进入可卸式急冷室，冷却洗涤水经第五管道进入可卸式急冷室与水煤气直接接触，进行热量交换，把水煤气中的灰渣洗涤下来，同时降低水煤气温度，产生饱和水蒸气;
区别与其他水煤浆工艺，为了适应烧含高浓度氨氮、COD污水，采用外挂可卸式急冷室，该急冷室通过大法兰与气化炉相连，具有以下好处：①燃烧炉高度大大增加，空间变大，延长了反应停留时间，可以确保在高温情况下污水中的氨氮、COD及其他含碳氢元素废液能够燃烧完全，保证污染物不带入后系统，达到处理污水的目的;②由于掺烧污水，急冷室容易被腐蚀，需要定期检修、更换，可卸式急冷室可以拆下来检修及更换，不需要进入炉膛内，检修方便，检修时间短，更安全。
4)灰渣收集排放
由可卸式急冷室洗涤出的灰渣经集渣阀进入第一集渣罐，收集到灰渣后，按泄压、排渣操作将灰渣经排渣阀从第一集渣罐排出进入沉渣池，灰渣由捞渣机捞起回收，灰水由污水沟流入沉灰池;
5)粗煤气净化
a、水煤气从可卸式急冷室出来后经第六管道从底部进入缓冲罐，在缓冲罐内与循环水直接接触，洗涤下来的灰渣及冷凝下来的炭黑水进入第二集渣罐，收集到灰渣后，由第十一管道送至炭黑水处理系统;
b、水煤气从缓冲罐出来后，经第七管道、第八管道依次进入一级气液分离器和二级气液分离器，水煤气从二级气液分离器的上部出来经第九管道进入除沫器，经除沫器除去炭黑水滴，合格的煤气由第十管道送至下一工序;
c、从一级气液分离器、二级气液分离器和除沫器分离出来的炭黑水分别经由第十二管道、第十三管道和第十四管道送至炭黑水处理系统;
为了适应掺烧高浓度氨氮、COD污水，使用的洗涤冷却水必须经过炭黑水净化工序处理过较为干净后方可使用，即出急冷室、缓冲罐和气液分离器等的炭黑水将全部回收至炭黑水净化工序，通过添加剂、生化曝气处理后返回本工序使用。
6)炭黑水净化
a、气化来炭黑水经由第十五管道进入套管换热器回收热量，再由第十六管道进入闪蒸罐进行常压闪蒸，闪蒸气经第十七管道直接放空，经常压闪蒸的炭黑水经第十八管道进入炭黑水储槽，絮凝剂经第二十管道进入第十九管道与来自炭黑水储槽的炭黑水充分混合后进入沉灰池，并向沉灰池中加入药剂，曝气生化处理，降低炭黑水中的氨氮、COD、氰根离子，澄清水经第一水泵送至一级澄清槽，通过一级澄清槽溢流至二级澄清槽，通过第二十一管道将阻垢剂加入至二级澄清槽中，澄清后的炭黑水由第二水泵送回气化工序;
b、一级澄清槽和二级澄清槽底部的浓缩液经第二十二管道和第二十三管道送回沉灰池。
由于掺烧高浓度污水，本发明炭黑水净化工序实现了循环洗涤水全循环过 程，在粗煤气洗涤过程中，大量的循环水蒸发产生饱和蒸汽，饱和蒸汽在后工序与粗煤气参与反应，因此损失了大量的循环水，可以加入含有浓度不高的氨氮、COD污水进行补充，由于洗涤后的炭黑水中还有大量氨氮、COD，为了除去部分炭黑水中的氨氮、COD、氰根离子等污染因子，往沉灰池中加入污水处理剂进行生化曝气处理。
进一步，步骤2)中的炉膛操作温度为1300～1400℃、压力为2～3MPa，停留时间大于8秒，此操作温度、压力和较长停留时间条件下的反应更彻底，提高了水煤气的生成速度。
进一步，步骤3)中降低水煤气温度至200℃。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、用工业污水制成的水煤浆与纯氧气在气化炉内高温、高压状态下充分燃烧，污水中的氨氮、有机物等污染因子转化为一氧化碳、二氧化碳、氢气，是合成氨、尿素产品的原料气，变废为宝，实现污水资源化利用;
2、设计合理，装置设备选材价廉适用，技术独创，工艺、机电仪器设计简单，运行安全，土建工程量小，综合比较投资最低;
3、本技术规模为中小规模，氢气压力位中低压1～3MPa，适合制氢及老厂改造规模，尤其小厂转型;
4、制浆采用棒磨技术可以节约用电，气化不设洗涤水循环泵，脱硫单台循环泵运行，变压吸附脱碳耗电极低，全面实现电耗最低，对高电价地区更适合;
5、各套装备工艺设置简单，合理安全，投资成本低、消耗低、技术先进，操作方面。
本发明利用水煤浆制作需要添加部分水的生产特点，采用污水代替清江水制作水煤浆工艺，有效解决了成浆特性问题，而且实现了污水利用不受氨氮、COD浓度限制，并达到工业化连续性生产，利用高浓度污水制成的水煤浆在气化燃烧温度1400℃、操作压力大于2MPa、停留时间大于8秒的环境下，含高浓度COD、氨氮污水高温裂解，处理彻底，并转化成有用的合成氨、尿素原料，变废为宝。