对含固体的工艺废水进行处理的设备的制作方法

本实用新型涉及一种用于对含固体的工艺废水进行处理的设备，该工艺废水在利用含碳燃料生成合成气的气化机组中对合成气进行净化时出现。

背景技术：

通过气化生成合成气的原理是：煤、木炭或者石油焦等含碳的燃料与含氧的气化剂(空气、氧气、蒸汽等)在一定的温度和压力下发生反应，将有机质转换为成一氧化碳氢气混合物(合成气)，而燃料中的矿物残余形成熔化的灰渣亦混在粗制合成气内，必须被分离出去。

因此，气化工艺由三部分组成：含碳物料的气化、粗制合成气的净化、气化过程中产生的含固体的工艺废水的预处理。尤其含有灰和炉渣的工艺废水根据其固体含通常被称为“黑水”或者“灰水”，而灰水一般是已经净化的黑水，并可在工艺中循环使用。

含碳的燃料与气化剂在气化反应器的腔内反应。生成的粗制合成气，炉渣和烟尘通过炉底进入紧接着的冷却室或者激冷室，在其中，粗制合成气和一同进来的灰渣遇水冷却至灰渣熔点下，比如通过在粗制气入口喷水雾(喷淋冷却)，和/或将粗制合成气引入水浴(浸水冷却)，大部分灰渣沉入激冷室的水浴的锥形底部。由于粗制合成气中依然含有灰渣残余，必须再经过气体净化设备对其净化。为节约成本，经气化反应器和气体净化设备出来的高温高压的在此积聚的含有固体的黑水会被循环使用，也就是说，黑水必须从高压系统中排出，比如可以通过沉淀、沉降或者过滤在另外的净化设备中进行预处理，然后必须再加压到系统压力。通常会将解除压力和分离固体相结合，也称为闪蒸(Flash-Destillation)。

现有技术中工艺废水(黑水)处理方法成本高，并且由于需要很多压力站，装置费用相对高、成本高而且所需循环水量大。

公知的DE 2444819 A1的工艺是将粗制合成气从压力煤气化设备排出进入湿式分离器(清洗冷却器)，利用喷淋塔和水浴分离煤焦油和粉尘。从水浴的下水孔抽取含灰渣和焦油的污水，将其输入一个或者多个串联的旋液分离器进行净化。净化后的污水紧接着再输送至清洗冷却器顶部。整个水循环系统：清洗冷却器—旋液分离器—清洗冷却器保持在气化反应器的压力水平，粉尘和煤焦油成分作为浓缩物被从旋液分离器的底部输水管排出，在正常气压下后续处理。此过程中回收的污水经过加压后如旋液分离器的净水一样，送入清洗冷却器顶部。

DE 3537493 A1描述了一种用于水激冷的预处理方法，其中，粗制气在激冷室中冷却和洗涤，其中，净水和工艺冷凝水供入到气体洗涤器中。在此积聚的工艺废水和由激冷室的水浴中抽取的水一同输送至旋液分离器。其中的一部分进入激冷室中的喷嘴，而另一部分被解除压力、冷却和净化。固体浓缩物从旋液分离器的底部输水管经由放出闸门进入灰渣处理装置。

DE 102010040493 A1的主题是用于对流体反应器的工艺水进行循环引导的设备和方法，其中，包含炉渣水、激冷余水、洗涤水和冷凝水的烟雾水在工艺压力下经旋液分离器或者压滤机分离固体，然后输回流体反应器再利用。一个或多个旋液分离器的底部输水管将固体浓缩物传送到污泥容器，释放气压后进入压滤机，其中，间断地回收循环水。

上述方法的弊端是，尽管经旋液分离器净化的工艺水被回收用于粗制合成气的激冷，但从旋液分离器的底部输水管排出的含固体的浓缩物含水量很高且未经过进一步处理而直接排出，然后在环境气压下进入沉积池或者压滤机被分离成固相和液相。这样回收的工艺水必须重新加压才能循环利用。为此的耗费不利于节约成本。

技术实现要素：

本实用新型从公知的工艺的弊端出发，旨在改进工艺水的循环引导，从而减少排出的工艺废水的份额。依然保留了使用旋液分离器，因为它连续的运行方式和封闭的结构形式最适合于在水循环引导内部在压力下分离固体。

根据本实用新型，旋液分离器的底部输水管与激冷室的水浴相连，来自至少一个气体洗涤器的工艺废水能输送至该旋液分离器。旋液分离器的用于净水的顶部输水管通过管道与激冷室中的激冷装置相连。气体洗涤器的作用是从粗制合成气气流里分离固体，并且设置在激冷室之后。

通过旋液分离器的底部输水管与激冷室的水浴相连用以净化含固体的工艺废水，旋液分离器底部输水管的含固体的水就不必立刻在附加的闸门设备中排出，而是先输送至另外的已经存在的分离级(Trennstufe)，其中，通过沉淀使水和固体再次分离，之后固体高浓度且低水分地利用现有的闸门设备从激冷室的锥形出口放出。

本实用新型的优点在于，工艺废水处理设备操作简单、成本低廉、用水量少以及充分利用煤气化工艺中现有的装置和管道。对循环引导的工艺水进行的净化在气化反应器的系统压力下连续进行。

气体洗涤器的水浴的另一个优点是，除了分离气体和固体外还能作为循环水的缓冲容器。激冷室中的水浴除了容纳来自粗制气的灰渣外，还能同时起到针对旋流旋液分离器的顶部输水管的污泥收集腔的作用。

旋液分离器的污泥底部输水管导入激冷池中，激冷室的灰渣放出闸门附加地同时用于在粗制合成气净化中分离的固体，省掉了额外的排出装置。激冷室也起到额外的沉淀室的作用，该沉淀室用于分离经气体净化的工艺废水中的固体和水。旋液分离器的底部输水管直接进入激冷水浴，提供了额外的冲力，其可以避免灰渣堵塞在激冷室的放出闸门。

附图说明

下面以气流床气化机组为例阐述本实用新型以助理解。其中：

图1示出对工艺废水进行处理的设备的示意图；

图2示出包括两级的旋液分离器布置的工艺废水的预处理。

具体实施方式

上述实用新型解决了在煤气化机组内预处理黑水的技术问题。

如图1所见，用于处理含固体的在净化合成气时出现的工艺废水的设备集成到利用含碳燃料生产合成气的气流床气化机组中。同样，只要存在粗制气的激冷装置，本方案也可以用于涡流床气化机组、流动床气化机组或固定床气化机组中。

在气流床气化反应器1的反应室2中，在高温高压下借助燃烧器3能使碳、氢气和氧气发生热氧发应生成粗制合成气，该粗制合成气然后在激冷室4内能通过激冷装置6和水浴5依次与水接触来降温。激冷装置6中包含了所有配属于激冷室4的用水装置，比如用于使粗制合成气气流中激冷水雾化的喷洒装置，或者用于在管道表面或容器壁表面上生成防护水膜的环形分布器。

激冷室4下端的水浴5第一步分离煤渣中所含的矿物质残余。在水浴5中沉淀出的灰渣通过出渣口7排出压力系统。

在激冷室4的粗制气出口配备有粗制合成气管道8，其将粗制气气流输入到气体洗涤器10和11，粗制合成气气流内残留的灰和渣能在这些气体洗涤器中被清除。

如在实施例中实现的那样，从合成气中分离固体至少能利用气体洗涤器11来实现，其可以与一个或多个文丘里洗涤器10相组合。

气体洗涤器11例如包括带有水浴13以及安排在其上的板式塔22的湿式分离器，粗制气下沉管12沉入该水浴中，其中，板式塔22例如可以包括钟形底部，并且可以以与粗制合成气逆向流动的高压灰水23和/或冷凝水24来运行。

文丘里洗涤器10的输出端与洗涤器11的粗制气下沉管12相连。含灰渣的工艺废水14从洗涤器11的水浴13延伸至旋液分离器16的入口。在旋液分离器16的进水口中安排有泵15。

用于从旋液分离器16溢出的净水17的输送管道与激冷室4中的激冷装置6相连。

依照本实用新型，旋液分离器16的底部输水管19与激冷室4的水浴5相连。用于含有大量固体的工艺废水21的导出管路安排在水浴13的锥形池底的最低点处并延伸到后置的净化装置26。

为改善旋液分离器的净化效果，适宜的是如图2所示使用两个串联安排的旋液分离器16，其中，沿流动方向的第一旋液分离器16的入口与气体洗涤器11相连，而用于来自最后的旋液分离器16的顶部输水管的净水17的管道与激冷装置6相连。旋液分离器16的引导污泥的底部输水管19通过共用的输送管道通入到激冷室4的水浴5中。

为了更好地分离细微的固体同样可以并联更小的分离器，并且它们可以再以串联方式相结合。

对于调节引入激冷室4中的循环水来说有利的是，节流阀18安排在用于净水17的从旋液分离器16的顶部输水管到激冷室4中的输送管道中。

激冷室4的水浴5处配备另一条用于黑水20的废水管道，其延伸至后置的净化装置26。

净化装置26是由现有技术公知的独立的设备，其用于从导出的黑水中分离杂质，通常在正常气压下工作。可以使用闪蒸、沉淀、过滤、降解或者非降解等方法分离固体。

根据本实用新型的设备的工作原理：

在气化反应器1的反应室2里，在高温高压下在一个或多个燃烧器的火焰区内生成粗制合成气，其紧接着涌入激冷室4遇水冷却。此过程中，大部分一起传送的灰渣也留在了水浴5中。

粗制合成气离开激冷室4后进入两个气体洗涤器10、11进行净化。首先在文丘里洗涤器10内与高压灰水9强力混合，其中，仍包含的细微灰渣被水浸润、凝集。含灰水的粗制合成气随后通过粗制气下沉12流入第二气体洗涤器11的水浴13，其中，凝集的灰渣颗粒在水浴13中被挡住。

来自水浴13的预净化的合成气(用箭头表示)穿流水浴13上方的板式塔22，首先以逆流的方式经过来自净化装置26的高压灰水23清洗，然后经过(没有标出)的工艺冷却设备中的不含固体的冷凝水24清洗，其中，粗制气中的细小的颗粒得以分离。这样经过机械净化的合成气25离开板式塔22上方的气体洗涤器11，然后进入其他化学净化环节。来自板式塔22的洗涤水贮存在水浴13中。

所描述的两个气体洗涤器10、11也可以被多个，或者另外的具备共用的工艺废水储水容器的湿式分离器代替。

在实施例的所属的设施中，从粗制气中分离的所有灰尘聚集在水浴13中。

在洗涤器11的适宜的实施方式中，把包含各种固体的黑水全部从水浴13中移走。

含有少量固体的黑水14在水浴的中间高度处用泵15抽出，输送至旋液分离器16。在旋液分离器16中固体得以集中，通过底部输水管19离开悬液分离器16，导入到激冷室4的含有灰渣的水浴5中。旋液分离器16中出来的净水17可以用于激冷室4中冷却粗制气，其方式是：该净水由于固体含量较少，可以输送至激冷室4中的激冷装置6中。净水17在那里优选以细小地分散在粗制合成气气流中的方式被雾化，其中，净水形成蒸汽，从而从粗制合成气中吸收热量。通常在激冷室4的进气口设置激冷喷嘴环，使在那里实现气体温度“闪降(Flash-Kühlung)”。

同样净水17也可以形成激冷室4的壁面或者装入件的水膜。

通过净水17的输送管道中的调节阀18，可以调节净水17的进水量进而是旋液分离器16的分离特性，并控制进入激冷装置6的体积流和进入激冷室4中的水浴5的体积流。

从粗制合成气中分离出的固体物通过废水管道(黑水20、21)从水浴5、13中移走。

需要净化的工艺废水20、21为了从气化机组的压力系统中排出，必须在(用虚线表示的)降压闸门中进行降压，并且在净化后再引回。因此，对气体净化装置来说最优化的操作是：使循环中在系统压力下引导的循环水的份额尽可能多，并且使引入气化系统外的净化装置26的要净化的高压的黑水的份额最小化。也就是说，只有来自激冷室4的锥形区域和来自气体洗涤器11的锥底的高压的黑水20、21被导入单独的净化装置26中。

本实用新型与现有技术的区别在于，净水流和来自旋液分离器16的底部输水管的水流分别从两处供应至激冷室4，这样不需要为旋液分离器底部输水管设置专门的排出口。

为改善旋液分离器16的滤清效果，可以串联设置多个旋液分离器16，这样净水从第一旋液分离器16出来在第二旋液分离器内16再次净化。为更好地分离细微粉尘，还可以在第二级中设置有呈并联的多个小的旋液分离器16形式的强力固体分离。这样可以减少激冷装置6中特别是喷淋管上的堵塞。

除了上述的用于黑水处理的实施方式，只要在向激冷室4输送激冷水时具有用于从工艺废水中分离固体的连续工作的设备，且该设备的输出端与激冷室4连接，对本实用新型的其他修改均在本实用新型的保护范围。

本领域技术人员可以适宜地将本实用新型的不同构造方案的特点与其他实施方案相结合。

附图标记列表

1 气化反应器

2 反应室

3 燃烧器

4 激冷室

5 水浴

6 激冷装置

7 出渣口

8 粗制合成气管道

9 高压灰水

10 文丘里洗涤器、气体洗涤器

11 气体洗涤器

12 粗制气下沉管

13 水浴

14 工艺废水、黑水

15 泵

16 旋液分离器

17 净水

18 节流阀

19 底部输水管

20 工艺废水，黑水

21 工艺废水，黑水

22 板式塔

23 高压灰水

24 冷凝水

25 合成气

26 净化装置

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