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煤气化技术及煤气化废水处理技术

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摘 要

煤气化是减少燃煤污染的有效途径,但气化过程中产生的废水会对环境造成污染。本文针对废水中主要污染物的不同,对其处理方法、治理技术、工艺分别进行了论述,并提出了建议。分别介绍了煤气化废水中有用物质的回收,生化处理方法以及深度处理方法。具体介绍了废水中酚和氨的回收,采用活性污泥法、生物铁法,炭—生物铁法、缺氧—好氧(A—O)法对废水进行处理,采用活性炭吸附法和混凝沉淀法对废水进行深度处理。

关键词:煤气化,废水处理,活性污泥法

前 言

煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体,液体,固体燃料以及化学产品的过程,主要分为煤炭焦化、煤气化、煤气化合成氨、煤气化合成其他产品及直接液化等。

煤气化是煤化工产业发展最重要的单元技术,采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂,在气化炉内进行煤的气化反应,可以产生不同组分不同热值的煤气。主要用于生产各种燃料气,是干净的能源,有利于提高人民生活水平和环境保护;还可以合成液体燃料和很多化工产品。

煤气化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水,属于焦化废水的一种。水质成分复杂,污染物浓度高。废水中含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物,还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质,污染物色度高,属较难生化降解的高浓度有机工业废水。对煤气化废水的处理,单纯靠物理、物理化学、化学的方法进行处理,难以达到排放标准,往往需要通过由几种方法组成的处理系统,才能达到处理要求的程度。因此煤气化废水的处理,一直是国内外废水处理领域的一大难题。

一、煤气化技术[1]

(一)起源

1857年,德国的Siemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子。这项工艺经过以后许多开发商的开发,到1883年应用于生产氨气。

(二)现状与原理

煤干馏过程主要经历如下变化:当煤料的温度高于100℃时,煤中的水分蒸发出;温度升高到200℃以上时,煤中结合水释出;高达350℃以上时,粘结性煤开始软化,并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象);至400~500℃大部分煤气和焦油析出,称一次热分解产物;在450~550℃,热分解继续进行,残留物逐渐变稠并固化形成半焦;高于550℃,半焦继续分解,析出余下的挥发物(主要成分是氢气),半焦失重同时进行收缩,形成裂纹;温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时,一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触,发生二次热分解,形成二次热分解产物(焦炉煤气和其他炼焦化学产品)。

煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。

煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件(主要是温度和时间)。随着干馏终温的不同,煤干馏产品也不同。低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦,煤气产率低,焦油产率高;高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭,煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率,则介于低温干馏和高温干馏之间。煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷,可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭,所得的焦油为芳烃、杂环化合物的混合物,是工业上获得芳烃的重要来源;低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃,是人造石油重要来源之一。

(三)煤气化技术分类

煤气化被誉为煤化工产业的龙头技术,目前可作为大型工业化运行的煤气化技术,可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。

1.固定床气化技术

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(1)常压固定床煤气化技术

常压固定床煤气化是以空气、蒸汽、氧气为气化剂,在常压下将煤转化成煤气的过程。由于该技术成熟可靠、操作简单、投资少、建设期短,在国内冶金、建材、机械等行业广泛用于制取燃气;在中小型合成氨厂、甲醇厂用于制取合成气;在用气量较少的小型化工装置中用于制取CO和H2。这种煤气化技术的缺点是原料煤要求较高,且单炉生产能力小、渣中残碳较高、气化为常压煤气的压缩功耗高。随着煤气化技术的不断发展,及国家对煤化工准入生产规模要求的提高,在新建的大型煤化工装置中一般不采用此技术。

(2)加压固定床煤气化技术

图1 鲁奇加压气化炉

鲁奇加压[2]气化技术(图1)是加压固定床气化技术的代表,在20世纪30年代已实现工业化,义马气化厂[3]单台炉运行可达172天,是比较成熟的气化模式。20世纪80年代以来,我国已引进4套现代化的Lurgi气化装置,其中3套用于生产城市煤气,1套用于生产合成氨,在设计、安装和运行方面均已取得丰富经验。该气化技术原料适应范围广,除黏结性较强的烟煤外,从褐煤到无烟煤均可气化,且可气化灰分高的劣质煤。Lurgi气化炉中煤与气化剂逆向运动,炉温较低,采用固态排渣。Lurgi固定床气化工艺成熟可靠,包括所副产焦油在内的气化效率、碳转化率、气化热

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效率都较高,氧耗是在各类气化工艺中最低的,且原料制备、排渣处理简单。由于煤气中含有CH4,热值是各类气化工艺中最高的,适合于生产城市煤气。传统观念认为,若选择Lurgi固定床气化工艺制合成气存在以下问题:①煤气成分复杂。合成气中含不直接参与合成的CH4约10%~18%,如果将这些CH4转化成H2、CO,势必投资大、成本高。②大量冷凝污水需处理。污水中含大量焦油、酚、氨等,因此需建焦油回收装置,且酚、氨回收和生化处理装置增加了投资和原材料消耗。③Lurgi气化技术原料为5mm~50mm块煤,若购原煤则有占总量50%~55%的粉煤需处理。

我国对能源节约日益重视,煤化工装置要求大型化、多联产。Lurgi加压固定床煤气化技术同样适于大型化(多台气化炉并运)、多联产的煤化工装置。如南非萨索尔已使用了97台Lurgi气化炉;新疆广汇新能源有限公司准备建设16台Lurgi气化炉;中国大唐电力公司也将在内蒙古自治区上煤制天然气项目,采用46台Lurgi气化炉。

2.流化床气化技术[3]

图2 沸腾床气化流程图

流化床气化又称为沸腾床气化(图2),以小颗粒煤为气化原料。这些细粒煤自下而上的气化剂吹力作用下,保持着连续不断、无秩序沸腾和悬浮状态的运动,迅

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煤气化技术及煤气化废水处理技术

摘要煤气化是减少燃煤污染的有效途径,但气化过程中产生的废水会对环境造成污染。本文针对废水中主要污染物的不同,对其处理方法、治理技术、工艺分别进行了论述,并提出了建议。分别介绍了煤气化废水中有用物质的回收,生化处理方法以及深度处理方法。具体介绍了废水中酚和氨的回收,采用活性污泥法、生物铁法,炭—生物铁法、缺氧—好氧(A—O)法对废水进行处理,采用活性炭吸附法
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