專利名稱：一種酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤的氣化工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)'工藝。
背景技術(shù)：
如圖1所示，傳統(tǒng)的兩段爐冷媒氣生產(chǎn)工藝如下通過輸送機構(gòu)，將合適質(zhì)量及大小的 煤塊送入煤倉，由加煤機構(gòu)連續(xù)并均勻的加入到煤氣爐內(nèi)，在煤氣爐內(nèi)，存在以下三類主要 的化學(xué)反應(yīng)1、煤中的碳與氣化劑空氣中氧、水蒸汽之間的反應(yīng)；2、氣化劑中的氧、水蒸 汽、各種生成氣之間的反應(yīng)；3、煤的熱裂解反應(yīng)，這三種反應(yīng)在爐內(nèi)不同層次進行。氧化層又成為火層，正常情況下厚度為100 200mm。氧化層主要的作用是使空氣中的 氧氣遇炭進行急劇的熱化學(xué)反應(yīng)，生成大量的二氧化碳，同時放出熱量。煤氣的熱化學(xué)反應(yīng) 所需的熱量靠此來維持?；饘訙囟纫话惚３衷?100 125(TC，決定于原料煤灰熔點的高低。還原層是生成主要可燃氣體的區(qū)域，根據(jù)反應(yīng)式進行的情況，分為第一還原層和第二還 原層(或成為主還原層和次還原層)。正常情況下，還原層厚度為200 400mm。還原層的作 用是①二氧化碳和灼熱的炭起作用，進行熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃的一氧化碳；②水蒸汽與 灼熱的炭進行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃的一氧化碳和氫氣；③除以上兩類反應(yīng)外，其次還有 一氧化碳與多余的水蒸汽反應(yīng)而生產(chǎn)二氧化碳和氫氣，同時放出熱量。兩段式發(fā)生爐煤氣分上下兩段，上段煤氣由發(fā)生爐頂部出口離去，進入電捕焦油器除去 焦油，焦油流入焦油罐。夾套內(nèi)的冷卻水通過蒸汽管進入蒸汽包。產(chǎn)生的煤氣進入間冷器， 經(jīng)冷卻后由底部離去，煤氣被冷卻后冷凝析出有毒酚水由水管流入酚水池；煤氣進入電除焦 油器除去輕油，輕油流入儲油罐，凈化后的煤氣借煤氣排送機送往用戶?；旌习l(fā)生爐煤氣是采用空氣和水蒸氣混合氣作為氣化劑，在發(fā)生爐內(nèi)與碳進行氣化反應(yīng) 生成可燃氣體。水蒸氣的作用如下(1) 由于水蒸氣分解吸收熱量，因而可降低爐內(nèi)溫度。水量的多少是通過控制氣化劑飽和 溫度來控制水量。(2) 由于水蒸氣能降低爐溫，所以減弱了二氧化碳遇碳還原為一氧化碳的反應(yīng)速度，使一 氧化碳與二氧化碳的比值降低。 (3) 由于水蒸氣在適當爐內(nèi)溫度條件下，大部分可分解生成氫氣和一氧化碳，所以提高了 煤氣的質(zhì)量，使煤氣發(fā)熱值增加。(4) 水蒸氣不能完全分解，分解率的大小與爐內(nèi)溫度、煤炭性質(zhì)、水蒸氣量的多少等因素 有關(guān)。未分解的水蒸氣均混入煤氣中，并流出發(fā)生爐。這樣由于煤氣爐出溫度較高，使熱損 失增加，同時煤氣中帶水分多時，需凈化冷卻，否則會影響管路壽命及用戶的使用，由于煤 氣降溫，在管道中排水量較多，嚴重時妨礙正常送氣，并降低了用戶加熱設(shè)備的熱效率。由于上述原因，水蒸氣對煤氣生產(chǎn)的正常、操作的難易、煤氣的質(zhì)量以及生產(chǎn)過程的經(jīng) 濟性均有影響。目前，氣化劑中的水蒸氣量均采用混合氣體的飽和溫度來控制，例如，某混 合煤氣站氣化劑采用空氣水蒸汽的混合氣，水量的大小是55 6(TC的飽和蒸汽所含有的水量， 水量的控制是在空氣和水蒸汽同時輸運到混合箱內(nèi)，利用溫控感應(yīng)器，通過控制混合汽的溫 度，達到自動調(diào)整水蒸汽的進量?！堵殬I(yè)技術(shù)》2006年第10期第152頁《煤氣發(fā)生爐氣化 過程分析》(楊立森、王帝文)公開了一般鼓風(fēng)溫度范圍在50 65°C，其公開的內(nèi)容在此引 用。這種采用飽和蒸汽法，有諸多的優(yōu)點，技術(shù)含量要求低，利用循環(huán)冷卻水產(chǎn)生的蒸汽進 入爐內(nèi)，操作簡便，易于控制，監(jiān)控點相對較少。 煤氣生產(chǎn)過程中污水產(chǎn)生的原因煤氣站的含酚污水主要含有焦油、輕油、粗酚、氨和硫等五種污染物質(zhì)(煤氣水成分在 不同的裝置中略有差異)，其中酚類以一元酚為主，以苯酚含量最高，其次還有間對甲苯酚， 其來源于冷卻及凈化煤氣過程中的洗滌水和含酚冷凝水，其中含酚冷凝水的生成量取決于氣 化煤質(zhì)及所采用的氣化工藝。以兩段爐煤氣站氣化大同煙煤為例，上段煤氣經(jīng)間接冷卻器最終冷卻，產(chǎn)生的冷凝水量約為100kg/t煤左右，該冷凝水含酚量約為8500 10000mg/L;下段 煤氣洗滌水含酚量10mg/L,而且冷凝水隨著循環(huán)使用時間的增加，其含酚量也不斷地增加， 增加到一定程度后，便會影響洗滌冷卻設(shè)備中的傳質(zhì)與換熱，從而帶來一系列不良影響。幾十年來，如何徹底治理含酚污水一直是困擾煤氣站的環(huán)保難題，從事工業(yè)煤氣設(shè)計研 究的專家們經(jīng)過長期的研究與探討，雖然摸索到了一些行之有效的處理方法，也取得了一定 的效果，但是仍存在諸多不足之處。含酚污水的幾種常規(guī)處理方法對于煤氣站的含酚污水處理一般分為兩個階段第一，預(yù)處理階段，該階段旨在除去污水 中的大部分懸浮物及焦油等；第二，脫酚處理階段，其目的是將預(yù)處理后的污水中的大部分
酚類物質(zhì)及部分有機物質(zhì)脫除。l.l預(yù)處理方法在煤氣站中已經(jīng)應(yīng)用的預(yù)處理方法，目前一般有以下幾種1)自然沉降分離法；2)機械過濾法；3)化學(xué)混凝沉淀法；4)電解浮選法；5)離心分 離法；6)加酸破乳焦油渣吸附法；7)加壓溶氣氣浮法；8)射流氣浮法其中自然沉降分離法，可直接設(shè)置在煤氣站的循環(huán)水工藝系統(tǒng)中，雖然效果不是十分理 想，但運行成本較低， 一直被大多數(shù)煤氣站作為含酚污水預(yù)處理方法所采用。其它七種方法 則必須在另行設(shè)置的設(shè)備中進行處理，相對處理費用要高出許多。1.2脫酚處理方法脫酚處理方法可分為物理化學(xué)法和生物化學(xué)法。1.2.1物理化學(xué)法1.2丄1蒸汽化學(xué)脫酚法用強烈的高溫蒸汽加熱含酚污水，使污水中的酚蒸發(fā)后隨蒸汽逸出，然后再通入堿液吸 收成為酚鈉鹽，從而達到脫酚的目的。該法操作簡單，投資也較少，但蒸汽耗量較大，且脫 酚效率不夠理想，. 一般達不到徹底治理之目的。1.2丄2蒸汽脫酚法將含酚污水加熱，使酚隨水蒸汽揮發(fā)出來，再將這部分含酚蒸汽通入發(fā)生爐爐底混入空 氣中作為氣化劑使用，在爐內(nèi)，酚在高溫下燃燒分解成C02和H20最終達到脫酚的目的。其 缺點在于此法只能脫除低沸點酚系物，且能耗較大，每蒸發(fā)1噸污水約需燃料折合標煤180 公斤左右，其缺點是此法處理含酚污水，能耗大且煤氣爐爐底飽和溫度不易控制。L2丄3焚燒法將含酚污水噴入焚燒爐，使酚類有機物在1100'C左右的高溫下，發(fā)生氧化反應(yīng)，最終生 成C02和H20排放，此法工藝簡單，操作方便，但能耗較大，每焚燒1噸含酚廢水其成本約 在200元左右。上一世紀90年代初期，國外引進的及國內(nèi)配套的兩段式煤氣發(fā)生爐基本上都 配備有酚水焚燒爐設(shè)施，但基本上都因能耗問題而閑置不用。利用焚燒法處理含酚污水另一 個關(guān)鍵缺點在于一旦操作不慎，爐溫下降，往往會造成燃燒不完全，易形成二次污染。1.2丄4溶劑萃取脫酚法該法的主工藝分萃取和解吸兩部分，萃取過程是一個物質(zhì)再分配過程，利用萃取劑將酚 從污水中萃取出來；含酚萃取劑再與堿液相互接觸，萃取劑中的酚與堿發(fā)生反應(yīng)生成酚鈉鹽， 該過程是一個解吸過程。利用該種脫酚方法處理后的出水尚含100-200mg/l的酚，不能直接
排放，而且萃取劑的流失會造成污水乳化，并形成二次污染。另外該方法須采用高效率的萃 取劑及堿，運行成本較高。 1.2丄5樹脂脫酚法該法主要工藝過程包括吸附和解吸，用樹脂吸附廢水中的酚，然后用堿液進行解吸，生 成酚鈉，此法工藝過程較為復(fù)雜，且影響脫酚效率的因素較多，運行成本相對較高。1.2丄6磺化煤吸附法該法以磺化煤極性基團吸附酚，然后以堿液吸收而成酚鈉鹽脫酚，磺化煤吸附是間歇進 行的，完成一次循環(huán)包括吸附和再生兩個環(huán)節(jié)。該法的主要缺點在于磺化煤的吸酚量過低， 吸附周期太短，解析、再生也比較困難。 1.2丄7生化法對含酚污水進行生化處理是培養(yǎng)微生物，并利用微生物將污水中的酚類有機物消化吸收 分解成H20和C02的過程。該方法根據(jù)微生物的承載方式及供氧方式的不同又可分為曝氣法、 接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤法及生物濾池法等。生化法對進入生化池的污水水質(zhì)要求較為嚴格， 污水中焦油及酚等有機物濃度不可超過微生物所能承受的濃度，否則，需要將污水稀釋后才 能進入生化池，這樣便限制了處理水量。同時微生物馴化比較困難，進水濃度超標、環(huán)境溫 度不適宜，都很容易限制微生物的生存。東北某廠曾采用生化法處理含酚污水，由于條件要 求嚴格致使其處理成本相當高。縱上所述，無論是焚燒還是生化法，要么成本高要么造成二次污染，在目前眾多的煤氣 站中，酚水處理非常理想的用戶極為少見。公開號為CN1162624A的中國專利公開了一種兩段爐水煤氣廠工藝流程與含酚水的處 理，包括氣化、冷卻凈化和含酚水處理工藝，其中，含酚水處理部分是由含酚水泵、燃燒蓄 熱器、兩段爐組成，含酚水是利用空氣吹風(fēng)氣的能量，將燃燒蓄熱器內(nèi)的格子磚燒到800 90(TC高溫，然后在下制氣時把含酚水噴入燃燒蓄熱器內(nèi)，與格子磚進行熱交換而氣化，然后 作為氣化劑進入兩段爐內(nèi)與熾熱的焦炭產(chǎn)生水煤氣的過程把含酚水處理掉。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，從煤氣發(fā)生氧化與還原反應(yīng)需要的熱平衡入手，采用爐內(nèi)焚燒酚水而不外排，使得煤氣酚水在完全封閉的條件下運行，有效的避免了環(huán)境污染問題，并且，由于有效的利用了煤氣余熱以及酚燃燒產(chǎn)生的熱量，因而，煤轉(zhuǎn)化成煤氣的氣化率和煤氣爐爐體單位面積的氣化強度都有了提高。
本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案一種酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，包括氣化劑，其特征是，所述的氣化劑的 溫度大于65°C，含水量為55 60'C時同重量飽和空氣的含水量。所述的氣化劑的溫度為65 80°C、 80 150。C或者150 250°C。所述的氣化劑是含酚水在混合箱中噴霧與熱空氣混合后進入兩段爐。所述的熱空氣溫度 為300 50(TC。所述的熱空氣是空氣在風(fēng)冷器、廢熱鍋爐或者輸氣管道中進行熱交換后進入 混合箱。本發(fā)明的有益效果在于與傳統(tǒng)的煤氣爐制氣工藝相比，進入爐底的空氣在換熱設(shè)備中 與高溫煤氣發(fā)生了熱交換，變成高溫空氣，在鼓風(fēng)機的作用下，被送入混合箱中，酚水被酚 水泵輸送到混合箱中，在混合箱中有霧化裝置，霧化裝置將酚水霧化后，在高溫空氣中發(fā)生 閃蒸現(xiàn)象，被迅速氣化，氣化劑是不飽和的熱空氣，進入爐底的相對濕度較小，而傳統(tǒng)的工 藝中，常溫空氣中加入熱蒸汽，進入爐前變成了過飽和的空氣，將有部分水從氣態(tài)變成液態(tài)， 進入爐底后需要重新吸收大量的熱量氣化，對爐底灰層和燃燒層造成一定程度的不利影響， 降低了煤氣的熱值。本工藝中，含酚廢水在完全封閉的環(huán)境中運行，在爐體氧化層內(nèi)得到裂解焚燒，無污染； 部分熱量重新回爐利用，節(jié)省了參與氧化反應(yīng)煤的量，保證更多的煤參加還原反應(yīng)，氣化效 率從而提高3% 5%，氣化強度提高10%以上，從間冷器冷凝下來的酚水在完全封閉的環(huán)境 中被采用機械的方式全部返回到爐膛內(nèi)焚燒，徹底解決了酚水污染和二次污染的問題。本發(fā)明煤的轉(zhuǎn)化率高以熱值27000kJ/Kg的晉城煤為例，氣化效率76%， 一公斤煤浪費 掉的熱量為6480 kJ，若將下段煤氣從50(TC冷卻到20(TC的熱量回收入爐，熱量值約有1200 kJ，占一公斤煤總熱量的4.4%，占一公斤煤浪費掉熱量的18.5%，由于工藝是連續(xù)的，能量 在連續(xù)回收利用的過程中，氣化強度得到提高，提高的數(shù)值，從理論上可達76(1+()()4)%=92%。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)煤氣化生產(chǎn)工藝流程圖； 圖2是本發(fā)明煤氣化生產(chǎn)工藝流程圖； 圖3是實施例1的設(shè)備流程圖； 圖4是實施例2的設(shè)備流程圖 圖5是實施例3的設(shè)備流程中，l-煤氣爐；2-上段煤氣；3-下段煤氣；4-旋風(fēng)收塵器；5-電捕焦油器；6-間冷器; 7-電捕輕油器；8-煤氣輸出管；9-酚水池；10-熱交換器；11_廢熱鍋爐；12_熱風(fēng)機；13-混合箱；14-噴霧裝置；15-蒸汽包；16-風(fēng)冷器；17為熱交換器。實施例l:空氣在風(fēng)冷器中進行熱交換后進入混合箱。下段煤氣3由發(fā)生爐體l中上部出口排去，首先，經(jīng)過旋風(fēng)除塵器4除掉其中的大部分 粉塵，進入廢熱鍋爐ll，在廢熱鍋爐ll內(nèi)，高溫(550 60(TC)煤氣與軟化水進行熱交換， 將部分水氣化送入蒸汽包15，蒸汽包15內(nèi)的蒸汽可以作系統(tǒng)內(nèi)的沖洗用，可以向外提高給 用戶作為他用，經(jīng)過廢熱鍋爐11的初步降溫，煤氣進入空氣冷卻系統(tǒng)熱交換器10，在熱交 換器10中，熱交換器10內(nèi)布置合適數(shù)量的列管，熱煤氣在管內(nèi)行進，在風(fēng)機12的作用下， 熱交換器10的空氣進出口之間產(chǎn)生壓差，在壓力的作用下，空氣在管間穿行，通過管壁傳導(dǎo) 及輻射作用，煤氣得到冷卻，空氣得到加熱。被降溫的熱煤氣，并與上段煤氣一起會合進入 間冷器6得到進一步的冷卻，隨后，進入電捕輕油器，凈化后借煤氣排送機8送往用戶。作為煤氣發(fā)生爐必須的氣化劑——空氣，在風(fēng)機12的抽吸作用下，從熱交換器10出口 出來時，變成了高溫氣體(300 500°C)。從間冷器6排出的有毒酚水經(jīng)酚水泵輸送到混合箱 13內(nèi)，在混合箱13內(nèi)的霧化器14作用下，酚水得到霧化變成小霧滴。氣化劑中所需要的水 的量一般控制為55 60'C飽和空氣的水量，控制加入混合箱內(nèi)的酚水的量少于這一數(shù)值，欠 缺的部分通過蒸汽包15內(nèi)的蒸汽進行彌補。在高溫空氣的作用下，霧滴在短時間內(nèi)被迅速蒸 發(fā)，并通過熱風(fēng)蒸汽管輸送到煤氣發(fā)生爐，控制進入煤氣發(fā)生爐的空氣的溫度高于65'C，那 么，進入發(fā)生爐的空氣變成不飽和空氣，水處于完全的單分子氣體狀態(tài)，進入爐內(nèi)經(jīng)過爐底 灰層過程中，不存在氣化過程，不會造成灰層溫度的大幅降低及偏爐等危害。 實施例2:廢熱鍋爐進行熱交換工藝。下段煤氣3由生爐體l中上部出口排去，首先，經(jīng)過旋風(fēng)除塵器4除掉其中的大部分粉 塵，進入改型的廢熱鍋爐ll，高溫(550 600°C)煤氣穿過廢熱鍋爐11，內(nèi)部布置合適數(shù)量 的列管，熱煤氣在管內(nèi)行進，空氣自進口進入廢熱鍋爐ll，可以在列管的外側(cè)的空隙中穿行， 空氣出口與爐底相連，在風(fēng)機12抽吸的作用，空氣進出口之間產(chǎn)生壓差，在壓力的作用下， 空氣在管見穿行，通過管壁傳導(dǎo)及輻射作用，.煤氣得到冷卻，空氣得到加熱。被降溫的熱煤 氣，并與上段煤氣一起會合進入間冷器得到進一歩的冷卻，隨后，進入電捕輕油器，凈化后 借煤氣排送機8送往用戶。從廢熱鍋爐11出來的空氣，變成了高溫氣體(300 500°C)，熱空氣經(jīng)過熱風(fēng)管、風(fēng)機 12輸送到混合箱13內(nèi)，在混合箱13內(nèi)霧化器14的作用下，酚水得到霧化變成小霧滴。在 高溫空氣的作用下，霧滴在短時間內(nèi)被迅速蒸發(fā)，并通過熱風(fēng)蒸汽管輸送到煤氣發(fā)生爐。
實施例3:輸送管進行熱交換工藝。將煤氣輸送管進行適當?shù)母脑熳兂蓳Q熱器17，下段煤氣3由發(fā)生爐1中部出口排去，經(jīng)過時輸氣管時，將熱量傳給與其逆行的空氣，并將其加熱?？諝獬隹谂c風(fēng)機28相連，在風(fēng)機的作用下，空氣進出口之間產(chǎn)生壓差，在壓力的作用下，空氣與煤氣逆行，通過管壁傳導(dǎo)及 輻射作用，煤氣得到冷卻，空氣得到加熱。被降溫的熱煤氣，與上段煤氣一起會合進入間冷器得到進一步的冷卻，隨后，進入電捕輕油器，凈化后借煤氣排送機13送往用戶。 從余熱鍋爐出來的空氣，變成了高溫氣體G00 50(TC)，熱空氣經(jīng)過熱風(fēng)管29、風(fēng)機28輸 送到混合箱內(nèi)，在混合箱內(nèi)霧化器的作用下，酚水得到霧化變成小霧滴。在高溫空氣的作用 下，霧滴在短時間內(nèi)被迅速蒸發(fā)，并通過熱風(fēng)蒸汽管輸送到煤氣發(fā)生爐。傳統(tǒng)的工藝中，從廢熱鍋爐出來高溫的煤氣，通過風(fēng)冷器將多余的熱量放散到空氣中， 被浪費了。本工藝中，將這部分熱量重新回爐利用，相對于減少了參如氧化反應(yīng)的煤的量， 有更多的煤參與還原反應(yīng)，生成有用的煤氣，氣化率可以提高3% 5%，由于氣化劑采用熱 空氣代替室溫空氣，煤氣的氣化強度可以提高10%以上，從間冷器冷凝下來的酚水在完全封 閉的環(huán)境中被采用機械的方式全部返回到爐膛內(nèi)焚燒，徹底解決了酚水污染和二次污染的問 題。
權(quán)利要求
1.一種酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，包括氣化劑，其特征是，所述的氣化劑的溫度為65～350℃，含水量為55～60℃時同重量飽和空氣的含水量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征是，所述的氣 化劑的溫度為65 80°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征是，所述的氣 化劑的溫度為80 150°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征是，所述的氣 化劑的溫度為150 250°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征 是，所述的氣化劑是含酚水在混合箱中霧化并與熱空氣混合后進入氣化爐。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征是，所述的熱 空氣溫度為300 500°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，其特征是，所述 的熱空氣是空氣在風(fēng)冷器、廢熱鍋爐或者輸氣管道中進行熱交換后進入混合箱。
全文摘要
一種酚水封閉運行高轉(zhuǎn)化率煤氣化生產(chǎn)工藝，包括氣化劑，其特征是，所述氣化劑的溫度為65～350℃，含水量為55～60℃時同重量飽和空氣的含水量。所述氣化劑是含酚廢水在壓力泵作用下，在混合箱中霧化與熱空氣充分混合形成的，并在風(fēng)機作用下，進入氣化爐參加反應(yīng)。本發(fā)明的含酚廢水是指煤氣在冷卻過程中析出的含有苯、酚等水溶液，是在氣化工藝系統(tǒng)完全封閉的環(huán)境中，采用機械方式，被輸送到爐體氧化層內(nèi)得到裂解焚燒，不外排，徹底解決了酚水污染及二次污染問題；部分熱量重新回爐利用，節(jié)省了參與氧化反應(yīng)煤的量，從而，氣化效率提高3％～5％，氣化強度提高10％以上。
文檔編號C10J3/00GK101126035SQ200710017159
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者劉圣照 申請人:山東義升環(huán)保設(shè)備有限公司