利用高濃度廢水制備水煤漿聯產合成氨技術在公司的運用

■ 李仁軍

利用高濃度廢水制備水煤漿聯產合成氨技術在公司的運用

■ 李仁軍

1.背景簡介

中鹽安徽紅四方股份有限公司合成氨生產氣頭采用的是水煤漿氣化技術，需要制備水煤漿，即將原料煤、水、添加劑等按照一定比例加入棒磨機，制成合適濃度的水煤漿，經加壓送到氣化爐與純氧燃燒生產合成氣。公司氯堿系列產品之一保險粉，由于工藝條件的限制，在生產過程中產生部分生成水及原輔材料帶來的工藝水，因此在合格的保險粉產出之際，整個保險粉生產裝置也產生出大量的廢液。這部分廢液經過蒸發過濾處理，殘渣作為固廢填埋，蒸發冷凝液作為廢水排到污水站，但這部分冷凝液COD含量高，處理難度大，增加污水處理站的運行費用。公司在“發展循環經濟，提高資源利用效率，實現可持續發展”的思路指導下，采用保險粉殘液處理蒸發冷凝液送到氣化裝置作為制水煤漿用水。從而減少了污水處理量，降低了運行成本，節約了水資源，實現了廢水的綜合利用。

2.可行性論證

2.1 水煤漿制氣反應機理

水煤漿與氧氣經過燒嘴霧化混合后噴入氣化爐內，在壓力為6.5 MPa、溫度為1300～14000C的條件下發生反應，生成以CO、H2為有效成分的粗煤氣，反應溫度較高，不生成焦油、及高級烴等易凝聚的副產物，所以對環境的污染較小。氣化反應速度非常迅速，水煤漿細顆粒在爐內停留時間僅為4～6秒鐘，反應生成的甲烷含量較少，一般僅為0.1%以下，碳的轉化率較高，可達95%以上。由于氣化爐內的反應非常復雜，一般認為分三步進行：

2.1.1煤的裂解和揮發份的燃燒

水煤漿和純氧進入高溫氣化爐后，水分迅速蒸發為水蒸汽。煤粉發生熱裂解并釋放出揮發份。裂解產物及易揮發，成分在高溫、高氧濃度的條件下迅速完全燃燒，同時煤粉變成煤焦，放出大量的反應熱。因此在合成氣中不含焦油、酚類和高分子烴類。該過程進行得相當短促。

2.1.2燃燒和氣化反應

煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發生燃燒反應，生成CO、CO2等氣體，放出反應熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽、CO2等發生氣化反應，生成CO、H2。

2.1.3氣化反應

經過前兩步反應后，氣化爐中的氧氣已完全消耗。這時主要進行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽、CO2發生的氣化反應，生成CO和H2。

一般認為，在氣化爐中主要進行以下化學反應：

部分氧化反應：CmHnSr＋m/2O2→mCO+(n/2-r)H2+rH2S+Q

煤的燃燒反應：CmHnSr＋(m+n/4-r/2)O2→(m-r)CO+n/2H2O+rCOS+Q

煤的裂解反應：CmHnSr→(n/4-r/2)CH4+(m-n/4-r/2)C+rH2S-Q

CO2還原反應：C+CO2→2CO-Q

碳的完全燃燒反應：C+O2→CO2+Q

非均相水煤氣反應：C+H2O→H2+CO-Q

甲烷轉化反應：CH4+H2O→3H2+CO-Q

逆變換反應：H2+ CO2→H2O +CO-Q

同時還可能發生以下副反應：COS+H2O→H2S+CO2

這些副反應生成的酸性產物可能會使渣水的PH值降低，呈酸性，造成渣水系統設備和管道的腐蝕。氣化反應中生成的硫化物主要以無機硫H2S的形式存在，有機硫COS的含量很少。

2.2 保險粉殘液蒸發冷凝液

保險粉殘液是保險粉合成母液加堿生產亞硫酸鈉副產品并提取出來，再經精餾提取其中的甲醇后所剩下的重組分液體，這部分重組分液體再經過蒸發，蒸發殘渣經過調值、萃取、過濾有用物質后的濾液送殘液焚燒；蒸發冷凝液COD值高，約在4萬左右，主要是含碳低鏈有機化合物。可以氧化生成CO、CO2等物質。

如果這部分蒸發冷凝液作為氣化車間制水煤漿用水，一是節約水煤漿工藝水消耗，二是減少污水排放量，無論從技術、經濟、環境角度上來看，都是可行的。

3.采取的方案

由于合肥化工企業整體整合搬遷至肥東經濟循環示范園，氣化車間與保險粉車間相隔距離只有2公里多，為保險粉蒸發冷凝液輸送至氣化車間生產裝置創造有利條件。公司采用管道輸送方式輸送保險粉蒸發冷凝液，并在肥東經濟循環示范園內新區建設初期就做了整體規劃、設計與施工。

煤貯運系統送來的粒度約小于＜10mm碎煤進入煤貯倉后， 經煤稱量給料機稱量后送入磨機中。

PH值調節劑和以木質素磺酸鹽為主要成分的添加劑由人工加入到添加劑溶解槽中，加入一定量的新鮮水并通入0.5MPa的低壓蒸汽溶解成濃度約為4～6 %的溶液， 由添加劑槽給料泵送至添加劑槽中貯存， 并由添加劑計量給料泵送至磨機中。

脫硫脫碳廢水、精餾廢水、渣水處理崗位來的低壓灰水、保險粉蒸發冷凝液和新鮮水送入到磨機給水槽中，用液位調節閥控制磨機給水槽液位，再由制漿水泵將制漿水（32m3/h）送往磨機中。

煤、添加劑和制漿水一同送入磨機中研磨成一定粒度分布、濃度約為59～62%、粘度為600～1500CP的合格水煤漿，再經磨機出口滾筒篩濾去大顆粒后溢流至磨機出口槽中，通過低壓煤漿泵送到氣化崗位。

制漿崗位送來的煤漿進入煤漿槽中，再通過高壓煤漿泵將水煤漿（8.5MPa、42m3/h）送入到工藝燒嘴中。

在該方案實施落實過程中，經過多次外出考察與反復論證的準備工作，編寫了相關的操作規程，培訓操作人員，在2014年保險粉開車后，蒸發冷凝液送至氣化車間用于制水煤漿。經過一段時間運行后，對氣化裝置本身及氣化能力，質量進行評估，沒有發現影響，而且污水處理站進站污水COD值均在可控范圍內，可以說明此次技改達到了預期目的。

4. 方案效果

4.1 減少水煤漿用水量，降低生產成本

保險粉滿負荷生產時，蒸發冷凝液一天約有108噸，這部分送至氣化車間水煤漿崗位用作制漿水，可以減少新鮮水的補充量，這樣可以減少氣化車間工藝水單耗，降低氣化車間生產成本。

4.2 節能減排，符合清潔節能生產要求

保險粉這部分高COD值的蒸發冷凝液如果不作為氣化車間制水煤漿用，還有兩個去處：一是送到殘液焚燒崗位焚燒，增加焚燒爐負荷，能耗相應也增加許多；二是送至污水處理站處理，同樣增加污水處理費用，能耗也相應增加。

經過此次技改，不但降低了污水處理費用，也減少了出站水量，符合國家對企業清潔節水生產的要求。

5.結論

從幾年的生產運行來看，保險粉蒸發冷凝液用作氣化制水煤漿，無論是在工藝技術上、還是經濟上都是可行的，節約了用水量，降低了生產成本；減少了污水排放量，改善了周圍環境，減輕了環保壓力，符合國家節水環保生產要求，取得了很好的經濟效益和社會效益。

（作者單位：中鹽安徽紅四方股份有限公司）