一种煤气化废水再利用的方法及装置与流程

1.本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，涉及一种煤气化废水再利用的方法及装置。


背景技术：

2.目前，现有技术通常是将闪蒸浓缩黑水与絮凝剂混合后进入澄清槽，黑水中细小颗粒、悬浮物在絮凝剂作用下抱团凝聚到一起，下沉到澄清槽底部，清液由下向上经溢流槽进入循环水罐进而返回系统循环使用。但该方法容易造成气化系统运行中管线及设备结构堵塞，气化炉在线运行周期短。
3.鉴于此，特提出此申请。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一包括提供一种煤气化废水再利用的方法，可降低煤气化废水的硬度和悬浮物含量，降低气化系统运行中管线及设备结构堵塞风险，提高气化炉的在线运行周期。
5.本发明的目的之二包括提供一种上述方法适用的煤气化废水再利用的装置。
6.本申请可以这样实现：
7.第一方面，本申请提供一种煤气化废水再利用的方法，包括除硬和除悬浮物的步骤：将煤气化废水与絮凝剂经澄清处理后所得的澄清液与碱液混合，以使澄清液的ph值为9
‑
10；于ph为9
‑
10的澄清液中通入含co
32
‑
的盐以与澄清液中的ca
2+
及mg
2+
发生沉降反应生成caco3和mg(oh)2；沉降反应期间向澄清液中再次添加絮凝剂。
8.在可选的实施方式中再次添加的所述絮凝剂的量为0.1
‑
0.5ppm。
9.在可选的实施方式中，还包括向沉降反应后得到的固液混合液中通入co2以除去未反应完的碱液。
10.在可选的实施方式中，co2在沉降反应发生20
‑
60min后加入。
11.在可选的实施方式中，还包括在通入co2反应后将固液混合液进行脱水。
12.在可选的实施方式中，将脱水得到的液体与闪蒸冷凝液混合并使液体与闪蒸冷凝液的混合液的ph值为8.0
‑
8.6。
13.在可选的实施方式中，还包括将液体与闪蒸冷凝液的混合液作为气化合成气洗涤水或补充水按需使用。
14.第二方面，本申请还提供一种煤气化废水再利用的装置，其包括用于输送澄清液的第一管线、用于输送碱液的第二管线、用于输送含co
32
‑
的盐的第三管线、用于输送沉降反应期间再次添加的絮凝剂的第四管线以及用于进行除硬和除悬浮物的步骤的除硬反应水槽，除硬反应水槽分别与第一管线至第四管线连接。
15.在可选的实施方式中，除硬反应水槽内部具有至少2个搅拌器。
16.在可选的实施方式中，至少2个搅拌器沿除硬反应水槽的高度方向依次设置。
17.在可选的实施方式中，除硬反应水槽内的压力为常压，温度为65
‑
75℃。
18.在可选的实施方式中，装置还包括澄清槽、高硬度循环水罐和低压循环水泵，澄清槽用于供煤气化废水和絮凝剂进行澄清处理，澄清槽设有溢流口，高硬度循环水罐与溢流口连接，低压循环水泵分别与高硬度循环水罐以及除硬反应水槽连接。
19.在可选的实施方式中，澄清槽还连接有用于混合煤气化废水和絮凝剂的静态混合器。
20.在可选的实施方式中，澄清槽的底部连接有泥浆泵。
21.在可选的实施方式中，装置还包括用于对沉降反应后得到的固液混合液进行脱水的脱水系统。
22.在可选的实施方式中，脱水系统包括与除硬反应水槽连接的脱水机和与脱水机连接的真空抽气设备。
23.在可选的实施方式中，脱水系统还包括与脱水机连接的供热系统以对脱水过程提供热。
24.在可选的实施方式中，供热系统包括与热水箱和热水泵，热水泵的两端分别与热水箱和脱水机连接以将热水箱内的热水泵入脱水机并为脱水过程供热。
25.在可选的实施方式中，除硬反应水槽包括第一除硬反应水槽和第二除硬反应水槽，第一除硬反应水槽和第二除硬反应水槽交替工作以满足其中一个除硬反应水槽在向脱水机供料完，并开始再次进料后，另一个除硬反应水槽进入反应、沉淀中，始终确保高硬度循环水罐连续出水。第一管线至第四管线与第一除硬反应水槽及第二除硬反应水槽均连接。
26.在可选的实施方式中，装置还包括与脱水机连接的冷却分离系统。
27.在可选的实施方式中，冷却分离系统包括与脱水机连接的冷却器以及设置于冷却器的下游端的气液分离罐。
28.在可选的实施方式中，装置还包括低硬度循环水罐，低硬度循环水罐分别与高硬度循环水罐、脱水机及气液分离罐连接。
29.本申请的有益效果包括：
30.本申请通过将煤气化废水与絮凝剂经澄清处理后的澄清液进一步进行除硬操作，在ph值为9
‑
10的碱性环境下将澄清液中的钙镁离子以沉淀物的形式沉淀析出，并在该碱性环境下再次添加絮凝剂加剧小颗粒和悬浮物絮凝抱团，不仅降低了原煤气化废水的硬度，而且还降低了其中悬浮物的含量，有利于使煤气化废水得以重复再利用，降低气化系统运行中管线及设备结构堵塞风险，降低废水处理成本，大大提高气化炉在线运行周期。相应的装置结构简单，操作容易。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1为本申请提供的煤气化废水再利用的装置的结构示意图。
33.图标：1
‑
除硬反应水槽；101
‑
第一除硬反应水槽；102
‑
第二除硬反应水槽；2
‑
澄清槽；3
‑
静态混合器；4
‑
高硬度循环水罐；5
‑
低压循环水泵；51
‑
紧急备用阀；6
‑
氢氧化钠配制罐；61
‑
氢氧化钠计量泵；7
‑
碳酸钠配制罐；71
‑
碳酸钠计量泵；8
‑
沉淀物过滤机给料泵；9
‑
脱水机；10
‑
低硬度循环水罐；12
‑
冷却器；13
‑
气液分离罐；14
‑
热水箱；15
‑
热水泵；16
‑
真空泵；17
‑
泥浆泵；a
‑
分散剂；b
‑
黑水絮凝剂；c
‑
闪蒸黑水；d
‑
絮凝剂；e
‑
过滤脱水系统；f
‑
co2；g
‑
闪蒸冷凝液；h
‑
闪蒸气；i
‑
酸性气；j
‑
第一冷却介质；k
‑
第二冷却介质；l
‑
排出气；m
‑
气化洗涤塔。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
40.发明人经研究提出：目前现有技术中闪蒸浓缩黑水循环使用容易造成气化系统运行中管线及设备结构堵塞的原因主要在于该循环水硬度高，容易结垢。
41.请参照图1，鉴于此，本实施例提供了一种煤气化废水再利用的方法，包括以下除硬和除悬浮物的步骤：
42.将加有絮凝剂(可理解为图1中的黑水絮凝剂b)的煤气化废水(可理解为图1中的闪蒸黑水c)经澄清处理后所得的澄清液与碱液混合，以使澄清液的ph值为9
‑
10；于ph为9
‑
10的澄清液中通入含co
32
‑
的盐以与澄清液中的ca
2+
及mg
2+
发生沉降反应生成caco3和mg(oh)2；沉降反应期间向澄清液中再次添加絮凝剂(可理解为图1中的絮凝剂d)。
43.可参考地，碱液可以为naoh，含co
32
‑
的盐可以为na2co3。
44.其中，碱液主要用于调节澄清液的ph，以使层澄清液在ph
‑9‑
10的碱性条件下发生沉降反应。含co
32
‑
的盐主要用于提供co
32
‑
以与澄清液中的ca
2+
反应生成caco3。并且，在上述ph条件下，mg
2+
能够在沉降反应中生成mg(oh)2。caco3和mg(oh)2可通过后续的脱水过程除去。
45.其中，na2co3的添加量可依据定期测量系统水质中总硬及钙镁离子含量大小进行确定，naoh优选持续添加以动态维持整个反应体系的ph值。
46.值得说明的是，本申请中通过在沉降反应期间再次添加絮凝剂，其原因在于：经澄清处理后的澄清液中依然存在部分小颗粒和悬浮物，在沉降反应所提供的碱性ph环境下，絮凝剂可发挥出更好的絮凝效果，能够将澄清液中存在的剩余小颗粒和悬浮物进一步絮凝沉降。
47.可参考地，再次添加的絮凝剂的量可以为0.1
‑
0.5ppm，如0.1ppm、0.2ppm、0.3ppm、0.4ppm或0.5ppm等。
48.承上，通过将煤气化废水与絮凝剂经澄清处理后的澄清液进一步进行除硬操作，在ph值为9
‑
10的碱性环境下将澄清液中的钙镁离子以沉淀物的形式沉淀析出，并在该碱性环境下添加新的絮凝剂加剧小颗粒和悬浮物絮凝抱团，不仅降低了原煤气化废水的硬度，而且还降低了其中悬浮物的含量，有利于使煤气化废水得以重复再利用，降低气化系统运行中管线及设备结构堵塞风险。
49.进一步地，向沉降反应后得到的固液混合液中通入co2(图1中f)以除去未反应完的碱液，使多余的naoh与co2(图1中f)反应生成na2co3和nahco3，降低上述水的碱性，使ph值降低至9以下。
50.可参考地，co2(图1中f)可在沉降反应发生20
‑
60min(如20min、30min、40min、50min或60min等)后加入。
51.可参考地，整个除硬和除悬浮物的步骤均可在常压和65
‑
75℃下进行。
52.进一步地，将上述所得的固液混合液进行脱水，从而使caco3、mg(oh)2和悬浮物等固体被脱水机9的滤布过滤后留存在滤饼腔体内，获得低硬度的滤液。
53.进一步地，将脱水得到的液体与闪蒸冷凝液g(酸性)混合并使液体与闪蒸冷凝液g的混合液的ph值为8.0
‑
8.6，以符合气化循环水ph的要求。
54.进一步地，还可将液体与闪蒸冷凝液g的混合液作为气化合成气洗涤水或补充水按需使用。
55.相应地，本实施例还提供了一种与上述方法相适配的煤气化废水再利用的装置，其包括用于输送澄清液的第一管线、用于输送碱液的第二管线、用于输送含co
32
‑
的盐的第三管线、用于输送沉降反应期间再次添加的絮凝剂的第四管线以及用于进行上述除硬和除悬浮物的步骤的除硬反应水槽1。
56.在可选的实施方式中，除硬反应水槽1内部具有至少2个搅拌器。至少2个搅拌器沿除硬反应水槽1的高度方向依次设置，可确保充分、均匀、快速反应产生沉淀物。除硬反应水槽1内的压力可设置为常压，温度可维持在65
‑
75℃。
57.该装置还包括澄清槽2、高硬度循环水罐4和低压循环水泵5，澄清槽2用于供煤气化废水(如闪蒸黑水)和絮凝剂进行澄清处理，澄清槽2设有溢流口，高硬度循环水罐4与溢流口连接以使澄清槽2内的澄清液溢流至高硬度循环水罐4中，低压循环水泵5分别与高硬度循环水罐4以及除硬反应水槽1连接以将高硬度循环水罐4内的高硬度循环水泵入除硬反应水槽1内。
58.上述澄清槽2还连接有用于混合煤气化废水和絮凝剂的静态混合器3。并且，澄清槽2的底部连接有泥浆泵17。澄清槽2底部高浓度泥浆由转耙刮到底部中心，通过泥浆泵17
送至过滤脱水系统e进行固液分离后，固体物送至界外，滤液打回澄清槽2。
59.该装置还设有与除硬反应水槽1连接的氢氧化钠配制罐6和碳酸钠配制罐7，氢氧化钠配制罐6与除硬反应水槽1之间设有氢氧化钠计量泵61，碳酸钠配制罐7与除硬反应水槽1之间设有碳酸钠计量泵71。
60.该装置还包括用于对沉降反应后得到的固液混合液进行脱水的脱水系统。
61.上述脱水系统包括与除硬反应水槽1连接的脱水机9、与脱水机9连接的真空抽气设备(如真空泵16)以及与脱水机9连接的供热系统以对脱水过程提供热。脱水机9与除硬反应水槽1之间可设有沉淀物过滤机给料泵8。脱水机9的大致结构和原理可参照板框过滤机，其不同之处在于滤饼两侧分别设有加热板，将沉淀过滤物加热，再由真空泵16对沉淀过滤物抽真空，使沉淀过滤物内的含水汽化，以蒸汽形式被抽出，使沉淀过滤物含水低于25％，以固体形式将澄清液(处理水)中硬度和悬浮物除去。
62.在可选的实施方式中，供热系统包括与热水箱14和热水泵15，热水泵15的两端分别与热水箱14和脱水机9连接以将热水箱14内的热水泵15入脱水机9并为脱水过程供热。
63.较佳地，上述除硬反应水槽1包括第一除硬反应水槽101和第二除硬反应水槽102，第一除硬反应水槽101和第二除硬反应水槽102交替工作以满足其中一个除硬反应水槽1在向脱水机9供料完，并开始再次进料后，另一个除硬反应水槽1进入反应、沉淀中，始终确保高硬度循环水罐连续出水，从而使得两个除硬反应水槽1交替周期工作。第一管线至第四管线与第一除硬反应水槽101及第二除硬反应水槽102均连接。也即第一除硬反应水槽101与第一管线至第四管线连接，第二除硬反应水槽102也与第一管线至第四管线连接。
64.进一步地，上述装置还包括与脱水机9连接的冷却分离系统。在可选的实施方式中，冷却分离系统包括与脱水机9连接的冷却器12以及设置于冷却器12的下游端的气液分离罐13。
65.进一步地，上述装置还包括低硬度循环水罐10，低硬度循环水罐10分别与高硬度循环水罐4、脱水机9及气液分离罐13连接。
66.含有caco3和mg(oh)2的沉淀物混合液经沉淀物过滤机给料泵8送入脱水机9，先经传统板框过滤后，经沉淀物滤饼两侧的加热板，借助热循环水泵循环间接加热、保温，再通过真空抽气设备，将沉淀物滤饼中的水分汽化抽出，沉淀物滤饼输送界外，沉淀物滤液及真空冷凝液靠重力流至低硬度循环水罐10，在脱水机9至低硬度循环水罐10的管线中加入分散剂a阻止未絮凝沉降、絮凝的小颗粒和悬浮物的凝聚沉降及结垢后，低硬度循环水罐10的循环水返回系统循环使用。
67.值得说明的是，为防止除硬反应水槽1、脱水机9发生系统故障，还可另设紧急备用阀51，当出现故障后，打开低压循环水泵5到低硬度循环水罐10的程控阀门，直接由高硬度循环水罐4向低硬度循环水罐10供水，确保系统稳定运行；为了确保沉淀物过滤后的处理，确保脱水效果，脱水机9配置双金属板加热保温系统，热源来自热水箱14的热水，由热水泵15加压进入滤板两侧镶嵌的金属板后，金属板背面设置大量的支撑立柱，支撑立柱增加金属板的强度，支撑板间的间隙作为热水流经通道，循环加热滤饼(沉淀物)，热水箱14的热水由闪蒸气h进行间接换热，加热保温的滤饼(沉淀物)在热水加热保温下，由真空泵16对滤饼室进行抽负压，由于滤饼在中水的温度高，在很小的真空度下即可达到汽化，汽化后蒸汽随着真空泵16抽气进入冷却器12和气液分离罐13进行冷却冷凝回收利用，此过程中冷却器12
内通入有第一冷却介质j，冷却后获得回收的冷却介质(也即第二冷却介质k)，滤饼(沉淀物)中的水分达到25％以下，便于后续处理。
68.需要说明的是，热水箱中产生的酸性气i可用于输入至下游装置，真空泵16排出的排出气l即可用于排放至大气。低压循环水泵5排出的物料即可通过增湿塔加压增温后进入气化洗涤塔m。
69.值得说明的是，本实施例中的各结构之间均通过管线连接，各管线上可根据实际所需设置阀门、泵以及流量计等。
70.综上所述，本申请的方法主要是通过化学除硬综合方法，在碱性环境下将钙镁离子以沉淀物形式沉淀析出、同时在碱性环境下进一步加剧循环水中小颗粒和悬浮物絮凝抱团，降低悬浮物，再者设置2台除硬反应水槽1，两个槽一个反应，一个过滤和供水，由间歇性变为化工生产连续性需求。再者，在除硬反应水槽1沉降反应后，向除硬反应水槽1中通入co2(图1中f)，使多余naoh与co2(图1中f)反应生产na2co3或nahco3，使除硬反应水槽1中循环水的碱性变弱，再加上与闪蒸冷凝液g进一步混合中和后，使循环水的ph降低至8.5左右，满足气化循环水ph的要求，最终使低硬度循环水罐10的循环水相对高硬度循环水罐4的循环水中的硬度降低2/3左右，悬浮物降低约1/3。
71.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。