一种煤气化灰水回用的处理系统

1.本实用新型涉及一种煤气化灰水回用的处理系统。


背景技术：

2.煤气化是煤化工的产业源头和基础，其工艺过程是煤与气化剂发生化学反应，把煤炭转变为燃料用气或化工合成气也称之为粗煤气。需要注意的是，氮是煤的常量元素之一，含量通常为1～3％。气化过程中煤中的氮元素释放至气相产物中，形成不同的含氮污染物。粗煤气中的含氮污染物以nh3为主，在经过水洗塔洗涤后，一部分nh3仍存在于气相中，随合成气被带入后续的变换单元；另一部分nh3溶解到液相中，随黑水进入渣水处理系统。现有的渣水处理系统多采用多级闪蒸模式，其作用是回收黑水中的热量，并将黑水所含的固体和溶解的气体分离出来，从而以灰水的形式加以循环利用。用于循环的灰水极大补充了系统操作所需的耗水量，但是，长期以往会使得氨在系统中循环累积。氨在水循环中累积会产生铵盐结晶导致管路堵塞、腐蚀，影响生产设备的安全稳定运行，另外还会导致废水中氨氮含量超标，对废水的处理难度加大。
3.现有煤气化系统的灰水回用工艺大多如图1所示，即经渣水处理后的灰水直接进入循环系统，同时为了避免水中的碱度和含盐量等指标超过限定值，需要从灰水系统向外排放废水，并补充新鲜水进入循环系统。值得注意的是，为了将水循环系统和外排废水的氨氮含量维持在一定限度之下，现有煤气化工艺的外排废水量和新鲜水的补充量都非常大。特别是当原料煤含氮量较高，或采用含氨废液制浆时，这一问题尤其显著。
4.专利文献cn113845263a公开了一种降低煤气化水系统氨氮指标的设备及工艺。其将黑水依次输送至高压、低压和真空闪蒸分离器，并将高压闪蒸分离器分离得到的蒸汽输送至酸性分离塔，酸性分离塔将分离得到液相输送至汽提塔；同时，低压和真空闪蒸分离器分离得到的蒸汽也会输送至汽提塔；汽提塔将收集得到的液相与多级闪蒸分离器分离得到的液相合并，一起输送至沉降槽，沉降槽的上层清液(即灰水)可进行回用。该处理方法虽然一定程度地降低了灰水中的氨氮含量，但是仅是对闪蒸分离后的气相进行汽提，此股物流流量相对较低，仍会带来氨氮在系统中积累的问题。
5.因此，有必要对灰水回用工艺进行优化，以此来降低循环灰水中的氨氮含量，既可减少新鲜水的补充量和废水的排放量，又可以减缓氨在水循环系统中的富集问题。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的灰水回用工艺为了维持废水中的氨氮含量需要消耗大量的新鲜水且废水排放量高的缺陷，而提供一种煤气化灰水回用的处理系统。本实用新型能够有效降低回用灰水中的氨氮浓度，从而减少新鲜水的补充量和废水的排放量，并缓解氨在水循环系统中的富集问题，且该处理系统具有流程简单、易于调节等优点，尤其适用于原料煤含氮量较高，或采用含氨废液制浆的煤气化工艺的灰水回用处理。
7.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题。
8.本实用新型提供了一种煤气化灰水回用的处理系统，其包括汽提塔、酸气分离器、循环灰水装置和外排废水装置；
9.其中，所述汽提塔包括待处理灰水入口、蒸汽入口、含氨气体出口和低浓度灰水出口；所述待处理灰水入口用于向所述汽提塔提供待处理灰水，所述蒸汽入口用于向所述汽提塔提供所需蒸汽；
10.所述酸气分离器包括酸气分离器入口、酸性气出口和高浓度灰水出口；
11.所述含氨气体出口与所述酸气分离器入口连接；
12.所述低浓度灰水出口分别与所述循环灰水装置的入口和所述外排废水装置的入口连接。
13.本实用新型中，较佳地，所述煤气化灰水回用的处理系统还包括水洗塔和渣水处理系统，所述水洗塔包括粗煤气入口和黑水出口；所述渣水处理系统包括黑水入口和待处理灰水出口；
14.所述水洗塔的所述粗煤气入口用于向所述水洗塔提供粗煤气；所述水洗塔的所述黑水出口与所述渣水处理系统的所述黑水入口连接；所述渣水处理系统的所述待处理灰水出口与所述汽提塔的待处理灰水入口连接。
15.其中，较佳地，所述水洗塔可为本领域常规的水洗塔，用于将粗煤气进行洗涤，得到合成气和黑水。所述水洗塔一般还包括合成气出口，所述合成气出口可与后续的变换单元连接。
16.其中，较佳地，所述渣水处理系统可为本领域常规的闪蒸系统，例如三级闪蒸系统或二级闪蒸系统。所述三级闪蒸系统可包括依次连接的高压闪蒸塔、低压闪蒸塔和真空闪蒸塔。所述高压闪蒸塔的工作压力可为0.7～1.4mpag。所述低压闪蒸塔的工作压力可为0.2～0.3mpag。所述真空闪蒸塔的工作压力可为-0.05～-0.07mpag。
17.本实用新型中，所述汽提塔可为本领域常规的汽提塔，待处理灰水输送至所述汽提塔后，与从所述蒸汽入口输送至所述汽提塔的高温蒸汽直接传质，高压蒸汽垂直向上流动，并携带被提馏组分(高浓度的氨)离开所述汽提塔，同时离开所述汽提塔的被处理后的灰水含有的氨浓度相比于进入所述汽提塔时的浓度降低很多，以此得到含氨气体和低浓度灰水。
18.其中，较佳地，所述汽提塔为板式塔或填料塔结构，更佳地为板式塔。
19.其中，较佳地，所述待处理灰水入口设于所述汽提塔的上方。
20.其中，较佳地，所述蒸汽入口设于所述汽提塔的下方。
21.本实用新型中，所述酸气分离器可为本领域常规的酸气分离器，用于分离从所述汽提塔的塔顶回收的含氨气体，得到酸性气和高浓度灰水。
22.其中，所述酸性气出口可与燃烧器连接；所述高浓度灰水出口可与污水处理装置连接。所述污水处理装置可为本领域常规的污水处理装置。
23.本实用新型中，较佳地，所述含氨气体出口与换热器连接后，再与所述酸气分离器入口连接。所述换热器可为本领域常规的换热器，用于回收从所述汽提塔的塔顶回收的含氨气体中的热量。该热量可作为他用，如用于生产热水和预热锅炉补充水，也可将这些热量整合到其他蒸发装置中加以综合利用。
24.本实用新型中，较佳地，所述煤气化灰水回用的处理系统还包括三通阀；所述三通阀的第一端与所述汽提塔的所述低浓度灰水出口连接，所述三通阀的第二端与所述循环灰水装置的入口连接，所述三通阀的第三端与所述外排废水装置的入口连接。
25.本实用新型中，较佳地，所述循环灰水装置包括灰水泵，所述灰水泵用于对低浓度灰水进行增压，将低浓度灰水输送回用至指定的装置。例如，低浓度灰水可回用至渣水处理系统、水洗塔和锁斗冲洗水罐的一种或多种。
26.本实用新型中，较佳地，所述外排废水装置包括流量调节阀和外排废水管路；所述流量调节阀设于所述外排废水管路中，根据系统要求的外排废水氨氮含量等指标，调节、控制外排灰水量。
27.本实用新型中还可包括一种煤气化灰水回用的处理方法，其采用如前所述的煤气化灰水回用的处理系统进行，其包括如下步骤：
28.s1.将待处理灰水和蒸汽输送至所述汽提塔，得到含氨气体和低浓度灰水；
29.s2.将所述含氨气体输送所述酸气分离器，得到酸性气和高浓度灰水；
30.将所述低浓度灰水的一部分输送至所述循环灰水装置，另一部分输送至所述外排废水装置。
31.s1中，所述待处理灰水来自渣水处理系统时，渣水处理系统的出水可全部进入所述汽提塔，或者以一定比例进入所述汽提塔。
32.较佳地，进入所述汽提塔的待处理灰水占上游设备(例如渣水处理系统)出水的比例为5～20％，例如为10％或15％。
33.s1中，所述待处理灰水来自渣水处理系统时，为了增强汽提效果，可向渣水处理系统的出水中添加化学药品，将渣水处理系统的出水中的固定铵盐转化成游离铵盐，从而使得蒸汽可以带走更多的氨氮，大大提高所述汽提塔的效率。
34.s1中，所述蒸汽可以来自公用工程，也可以在输送汽提塔底部增设再沸器用于提供所需蒸汽。
35.本实用新型的积极进步效果在于：
36.本实用新型的处理装置相较于传统的灰水回用工艺，能够有效降低回用灰水中的氨氮浓度，显著减少新鲜水的补充量和废水的排放量，并缓解氨在水循环系统中的富集问题，且该处理系统具有流程简单、易于调节等优点，尤其适用于原料煤含氮量较高，或采用含氨废液制浆的煤气化工艺的灰水回用处理。
附图说明
37.图1为现有的煤气化灰水回用工艺示意图。
38.图2为实施例1的煤气化灰水回用工艺示意图。
39.图3为工况3中新鲜水的补充量与废水中氨氮浓度变化关系图。
40.图4为实施例1的煤气化灰水回用处理系统示意图。
41.附图标记说明
42.汽提塔1
43.酸气分离器2
44.待处理灰水入口3
45.蒸汽入口4
46.含氨气体出口5
47.低浓度灰水出口6
48.酸性气出口7
49.高浓度灰水出口8
50.换热器9
51.三通阀10
52.灰水泵11
53.流量调节阀12
具体实施方式
54.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
55.实施例1
56.如图2和图4所示，实施例1提供了一种煤气化灰水回用的处理系统，其包括汽提塔1、酸气分离器2、循环灰水装置和外排废水装置；其中，汽提塔1包括待处理灰水入口3、蒸汽入口4、含氨气体出口5和低浓度灰水出口6；待处理灰水入口3用于向汽提塔1提供待处理灰水，蒸汽入口4用于向汽提塔1提供所需蒸汽；酸气分离器包括酸气分离器入口、酸性气出口7和高浓度灰水出口8；含氨气体出口5与酸气分离器入口连接；低浓度灰水出口6分别与循环灰水装置的入口和外排废水装置的入口连接。
57.煤气化灰水回用的处理系统还包括水洗塔和渣水处理系统，水洗塔包括粗煤气入口和黑水出口；渣水处理系统包括黑水入口和待处理灰水出口；水洗塔的粗煤气入口用于向水洗塔提供粗煤气；水洗塔的黑水出口与渣水处理系统的黑水入口连接；渣水处理系统的待处理灰水出口与汽提塔1的待处理灰水入口3连接。水洗塔用于将粗煤气进行洗涤，得到合成气和黑水。水洗塔一般还包括合成气出口，合成气出口与后续的变换单元连接。渣水处理系统为三级闪蒸系统。三级闪蒸系统包括依次连接的高压闪蒸塔、低压闪蒸塔和真空闪蒸塔。
58.待处理灰水输送至汽提塔1后，与从蒸汽入口4输送至汽提塔1的高温蒸汽直接传质，高压蒸汽垂直向上流动，并携带被提馏组分(高浓度的氨)离开汽提塔1，同时离开汽提塔1的被处理后的灰水含有的氨浓度相比于进入汽提塔1时的浓度降低很多，以此得到含氨气体和低浓度灰水。
59.汽提塔1为板式塔。待处理灰水入口3设于汽提塔1的上方。蒸汽入口4设于汽提塔1的下方。
60.酸气分离器2用于分离从汽提塔1的塔顶回收的含氨气体，得到酸性气和高浓度灰水。酸性气出口7与燃烧器连接；高浓度灰水出口8与污水处理装置连接。
61.含氨气体出口5与换热器9连接后，再与酸气分离器入口连接。换热器9用于回收从汽提塔1的塔顶回收的含氨气体中的热量。
62.煤气化灰水回用的处理系统还包括三通阀10；三通阀10的第一端与汽提塔1的低浓度灰水出口6连接，三通阀10的第二端与循环灰水装置的入口连接，三通阀10的第三端与外排废水装置的入口连接。
63.循环灰水装置包括灰水泵11，灰水泵11用于对低浓度灰水进行增压，将低浓度灰水输送回用至指定的装置。
64.外排废水装置包括流量调节阀12和外排废水管路；流量调节阀12设于外排废水管路中，根据系统要求的外排废水氨氮含量等指标，调节、控制外排灰水量。
65.实施例1采用的煤气化灰水回用的处理方法，其采用如前所述的煤气化灰水回用的处理系统进行，其包括如下步骤：s1.将待处理灰水和蒸汽输送至汽提塔1，得到含氨气体和低浓度灰水；s2.将含氨气体输送酸气分离器2，得到酸性气和高浓度灰水；将低浓度灰水的一部分输送至循环灰水装置，另一部分输送至外排废水装置。
66.本实施例针对某化工厂的多喷嘴对置式水煤浆气化装置，气化炉压力为4.0mpa，操作温度为1200℃，规模为日处理煤2000吨级。采用工业运行数据结合aspen plus流程模拟的方法对以下工况进行分析。
67.工况1：采用如图1所示的装置，该工厂采用新鲜水制浆时(制浆浓度60％)，气化炉出口的nh3流量为5.36kmol/h，外排废水排放量为94.77t/h，新鲜水补充量为18.8t/h，外排废水总氨氮总量为30.80kg/h，外排废水中氨氮浓度为325mg/l。将工况1的外排废水总氨氮总量和外排废水中氨氮浓度设为原始值。
68.工况2：采用如图1所示的装置，该工厂采用30t/h己内酰胺苯萃取残液为废液制浆时(制浆浓度60％)，气化炉出口的nh3流量为17.90kmol/h，相比于工况1增大约2.34倍，废水排放量为94.77t/h，此时的外排废水总氨氮总量为41.98kg/h，外排废水中氨氮浓度为443mg/l。
69.工况3：因高含量的nh3会导致合成气携带更多的nh3进入后续单元，对水循环系统和外排废水都产生相应影响。为使外排废水中氨氮浓度恢复正常，需要调整增大外排废水排放量来降低外排废水中氨氮浓度，同时需补充相应的新鲜水以维持水循环系统正常运行。
70.采用如图1所示的装置，工况3在工况2的基础上，通过加大补充新鲜水的量，以降低外排废水中氨氮浓度。
71.如图3所示(新鲜水补充量与排放废水中氨氮浓度变化关系)，为使外排废水中的氨氮浓度恢复至原始值325mg/l，需要提高新鲜水补充量至约为70t/h，相比工况1和工况2提高了51.2t/h，同时相应地提高了外排废水排放量至145.97t/h。由此可见，为了将外排废水中的氨氮浓度控制在一定水平之下，需要补充大量的新鲜水，增加了运行成本也浪费了水资源。
72.工况4：采用实施例1的装置和方法，在工况2的基础上，对出渣水处理系统的灰水进行汽提，汽提塔1的塔顶的高浓度含氨气体排出系统送污水处理，汽提塔1的塔底的低浓度灰水部分外排，部分低浓度灰水回用至水洗塔进入循环系统，从而能够有效降低外排废水和回用循环系统中的氨氮浓度。
73.当汽提灰水比例(进入所述汽提塔的待处理灰水占渣水处理系统出水的比例)为10％时，在相对于工况2不增加新鲜水补充量的情况下，有效地降低了外排废水中的氨氮总量和氨氮浓度。
74.工况1～4的对比结果如表1所示。对比表明，单纯的提高新鲜水量(工况3)来降低外排废水中氨氮浓度使其恢复至原始值，需要耗费大量的新鲜水，不仅大大增加了处理成
本还造成了水资源的浪费；采用实施例1的方法可在不增大新鲜水量的前提下大幅度降低外排废水中的氨氮浓度，当汽提灰水比例为10％时，外排废水中的浓度已经接近原始值。
75.另外，表2给出了采用实施例1的装置和方法时，当外排废水排放量不变，只改变汽提灰水比例时的外排废水中氨氮浓度变化情况。如表2所示，出渣水处理系统的灰水经过汽提塔1以后将低浓度灰水返回系统中循环，相比于将渣水处理系统的出水直接进行回用循环，能大幅度降低外排废水中的氨氮浓度，当汽提灰水比例为10％时，外排废水中的氨氮浓度已经接近原始值，继续增加汽提灰水比例，则外排废水中氨氮浓度进一步降低。
76.表1补充新鲜水和汽提对外排废水中氨氮浓度调整的对比
[0077][0078]
表2基于汽提塔的外排废水中氨氮浓度调整
[0079]
汽提灰水比例外排废水排放量t/h外排废水中氨氮总量kg/h外排废水中氨氮浓度mg/l0％94.7730.803255％94.7736.0138010％94.7731.0832815％94.7727.0128520％94.7723.52248
[0080]
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。