發(fā)生爐煤氣站酚水及脫硫廢液的處置

2019-09-04 06:02:54苑衛(wèi)軍韓明汝

中國陶瓷工業(yè) 2019年4期

苑衛(wèi)軍，楊征，王輝，韓明汝

(唐山科源環(huán)保技術裝備有限公司，河北唐山 063000)

0 引言

發(fā)生爐煤氣站作為氣體燃料供應單元，在陶瓷、玻璃、冶金、化工等行業(yè)應用較為廣泛。隨著國家大氣、水、土壤等污染防治計劃的頒布實施，環(huán)保形勢日趨嚴峻，煤氣發(fā)生爐也隨之受到多方關注。特別是酚水和脫硫廢液等的治理處置受到了前所未有的重視。根據酚水和脫硫廢液的成分特征，結合發(fā)生爐煤氣站自身的工藝特點，找到一種處置效果徹底而且成本較低的工藝方法，對其進行有效的處置，有助于煤氣發(fā)生爐規(guī)范性的健康有序發(fā)展。

1 酚水的處置

1.1 酚水中酚的來源

1.1.1 爐出煤氣中的酚

圖1 所示KM5Q煤氣發(fā)生爐內，煤炭依次進行干燥、熱解、氣化和燃燒過程，酚類物質主要在煤的熱解過程產生。孔嬌[1]通過試驗發(fā)現(xiàn)，煤熱解過程生成的酚類化合物以苯酚和甲酚（對、間、鄰）為主，且生成量明顯高于二甲酚和萘酚，此外還有乙基苯酚、甲基乙基苯酚（或丙基苯酚）、苯二酚等酚類化合物存在。酚類化合物生成的主要溫度區(qū)間為 600–800 ℃，其他熱解溫度下生成的酚很少，尤其是 400 ℃以下和 1000 ℃以上的熱解產物中幾乎沒有酚類化合物產生。400–800 ℃范圍正是煤氣發(fā)生爐的主要熱解溫度區(qū)，所以，以上試驗結論適合煤氣發(fā)生爐中酚的產生特點，即煤氣發(fā)生爐爐出煤氣中的酚類物質主要是苯酚、甲酚（對、間、鄰）、二甲酚和萘酚，另外還有乙基苯酚、甲基乙基苯酚（或丙基苯酚）、苯二酚等酚類化合物存在。

1.1.2 酚水中的酚

如圖 2，350℃左右的爐出熱煤氣經過旋風除塵器除塵后，進入洗氣塔進行降溫并析出焦油，使溫度降低到 80℃左右，然后通過靜電除焦器進行脫焦凈化，隨后煤氣被導入高效間接冷卻器。煤氣在此二次降溫到35–45℃，然后煤氣被送入捕滴器，捕除煤氣中的輕油和水的霧滴，最后送至加壓機房將煤氣加壓后送到煤氣濕法脫硫系統(tǒng)進行脫硫處理。

圖2 煤氣站工藝流程示意圖Fig.2 Technological process of the gasification station

在洗氣塔內主要通過將部分沖洗水汽化成為水蒸氣吸收煤氣顯熱，從而使煤氣溫度由 350 ℃左右降至80 ℃左右。由表1可知，煤氣中所含酚類物質的沸點都在 181.7–285 ℃之間，除苯酚和苯二酚外，其他酚類物質的熔點都低于80 ℃。在洗氣塔煤氣降溫過程中，煤氣中的大部分酚類物質以液態(tài)形式存留在焦油池的焦油和水的混合物中，只有很少部分酚類物質會隨水蒸氣以揮發(fā)的形式進入出洗氣塔的煤氣中。間接冷卻器將煤氣溫度降至 35–45 ℃，煤氣析出水分，煤氣中的部分酚類物質也會隨著煤氣溫度的降低而析出，混于析出水中形成酚水。

物質的飽和蒸氣壓越大其揮發(fā)性越強，采用Antoine公式可以計算不同酚類物質在不同溫度下的飽和蒸氣壓，公式如下：

式中：P為物質的蒸氣壓，mmHg；T為溫度，℃；常數A、B、C參見表2。

表 3為煤氣中所含的主要酚類化合物飽和蒸氣壓的計算結果。表 3可以看出，苯酚的揮發(fā)性最強，其次是甲酚，酚的揮發(fā)性最差。由此可知，酚水中的酚類物質以苯甲酚為主。

1.2 酚水處置工藝

發(fā)生爐煤氣站酚水主要水質特征參見表 4，KM5Q干餾式發(fā)生爐冷煤氣站處理廢水的工藝流程如圖3所示。

表1 酚類化合物的沸點/℃Tab.1 Boiling points of phenolic compounds/ °C

表2 酚類化合物的Antoine公式計算常數Tab.2 Antoine constants of phenolic compounds

表3 酚類化合物和水的飽和蒸氣壓Tab.3 Saturated vapor pressure for phenolic compounds and water

表4 KM5Q發(fā)生爐煤氣站酚水水質特征Tab.4 Water quality data of phenol water in KM5Q gasification station

間接冷卻器等處析出的廢水中的大部分廢水①回流補充爐洗氣塔的洗滌水，其余部分廢水②經過廢水預處理系統(tǒng)處理后，進入廢水濃縮蒸發(fā)處理系統(tǒng)進行有效處理，補充氣化劑水蒸氣的水。

廢水②經過圖 4所示預處理過程，然后泵入發(fā)生爐的水夾套中，依靠煤氣的部分顯熱將廢水汽化，含酚廢水中的部分苯酚及甲酚等酚類及輕油類物質也隨之揮發(fā)汽化，將汽化后的酚水蒸汽通入爐底作為氣化劑應用。發(fā)生爐內氧化層溫度一般在1000–1200℃左右，在此溫度下酚類和輕油類物質被焚燒裂解為 H2O和 CO2[2]。酚水中的NH3，或先被氧化成NO，再被還原區(qū)的半焦、CO以及析出的揮發(fā)分等還原成 N2，或直接在高溫氧化區(qū)的半焦和灰渣中的鐵基及鈣基礦物質的催化作用下分解為N2和H2[3]。

圖3 煤氣站廢水處理系統(tǒng)工藝流程Fig.3 Technical process of the waste liquid disposal system for gasification station

圖4 廢水的預處理工藝流程Fig.4 Pre-treatment process of waste liquid

水夾套需要定期排污，水夾套排污廢水中含有未被揮發(fā)汽化的酚類和油類物質。這部分排污廢水排至洗氣塔的油水混合池中。混合池中的焦油累積一段時間后，需要抽走出售給下游企業(yè)對焦油進行深加工，出售的焦油一般要求含水率在2–5%左右。焦油深加工企業(yè)在焦油脫水工序將這部分水脫除，脫出的含酚廢水進入企業(yè)的酚水生化處理系統(tǒng)進行有效處理。

出站煤氣中除含有飽和水外，還含有部分酚類及油類氣態(tài)物質。這部分物質隨煤氣進入加熱窯爐內燃燒，發(fā)生爐煤氣在窯爐內實際火焰燃燒溫度可以達到 1300–1400 ℃左右，在此溫度下，這部分物質裂解成H2O和CO2等無毒物質排入大氣。酚類及油類物質種類較為復雜，在煤氣發(fā)生爐內和加熱窯爐內發(fā)生的酚類及油類物質焚燒裂解的反應方程式可用C6H5OH+7O2＝6CO2+3H2O示意。

2 脫硫廢液的處置

2.1 脫硫廢液的來源

煤氣濕法脫硫生產過程中，當脫硫循環(huán)液中的副鹽超過250 g/L時，煤氣中H2S的吸收效率會嚴重降低。為保持較高的脫硫效率，必須將脫硫循環(huán)液中的副鹽控制在 250 g/L以內，需要排出部分循環(huán)液并加入新的脫硫液，從而使脫硫過程得以高效進行，排出系統(tǒng)的這部分循環(huán)液體稱為脫硫廢液。某煤氣站濕法脫硫系統(tǒng)以碳酸鈉做堿源，其脫硫廢液成分如表5，另外煤氣站脫硫廢液中還含有少量輕油和酚類物質。

表5 某煤氣站濕法脫硫廢液成分(g/L)Tab.5 Composition of wet desulfuration waste liquid from a gasification station (g/L)

2.2 脫硫廢液的處置

圖5 脫硫廢液處置工藝流程Fig.5 Desulfuration waste liquid disposal

如圖5，將脫硫廢液通過爐頂定量噴淋系統(tǒng)，定時定量的噴灑于剛入爐的煤料上。在高溫條件下，脫硫廢液中的水分被蒸發(fā)進入煤氣中，同時附著于煤料表面的低沸點和揮發(fā)性較高的物質形成氣體也進入煤氣中。脫硫廢液中的懸浮硫隨煤料下移，液化、汽化后的硫與煤氣中的H2反應生成 H2S[4]，隨煤氣重新進入濕法脫硫系統(tǒng)進行脫除。脫硫廢液中的鹽類等物質被吸附在煤料上，由表6可以看出，鹽類物質中Na2S2O3熔點和沸點較低，在爐內干餾段處即可達到汽化狀態(tài)，隨煤氣導出爐外，在洗氣塔處被沖洗水吸收溶解，最終隨焦油（存在于焦油含水中）出售，焦油深加工企業(yè)在焦油脫鹽工序將其脫除。其他鹽類物質熔點都在851–950℃之間，這部分鹽類物質隨下行至發(fā)生爐的還原層和氧化層，經過高溫焚燒后，混于灰渣中排出爐外。由于這些鹽類物質的熔點恰恰處于煤炭還原區(qū)域的溫度區(qū)間，所以需要控制脫硫廢液鈉鹽的含量（一般采取稀釋噴淋的方式），否則容易造成反應層結渣現(xiàn)象。

隨著煤氣冷卻，在爐內蒸發(fā)過程中被混入煤氣中的水分以酚水的形式析出。析出的酚水一部分回流至洗氣塔系統(tǒng)，另外一部分經預處理過后泵入發(fā)生爐的水夾套，蒸發(fā)汽化后形成酚水蒸汽，酚水蒸汽作為氣化劑通入發(fā)生爐爐底進行焚化處理，以上同酚水處理工藝。