苑衛(wèi)軍 楊征 王輝 韓明汝
（唐山科源環(huán)保技術(shù)裝備有限公司河北唐山 063000）
摘要：結(jié)合酚水和脫硫廢液的成分及特點(diǎn)，介紹了利用煤氣發(fā)生爐協(xié)同處置酚水及脫硫廢液的工藝路線和原理，指出利用此工藝既可以對酚水和脫硫廢液進(jìn)行有效處置，又可以對廢水進(jìn)行有效利用，節(jié)約凈水資源。
關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)生爐；煤氣站；爐窯；酚水；脫硫廢液
Disposal of phenol water and desulfurization waste liquid in gasifier station
Yuan Weijun Yang Zheng Wang Hui Han Mingru
(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology Equipment Co., Ltd. Tangshan, Hebei 063000)
Abstract:Based on the composition and characteristics of phenol water and desulfurization waste liquid, the process route and principle of co-processing phenol water and desulfurization waste liquid by gasifier are introduced. It is pointed out that this process can effectively treat phenol water and desulfurization waste liquid effectively. It can also effectively use wastewater to save water resources.
Key words: gas generator; gasifier station; furnace; phenol water; desulfurization waste
0 引言
煤氣發(fā)生爐煤氣站作為氣體燃料供應(yīng)單元，在陶瓷、玻璃、冶金、化工等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，隨著國家大氣、水、土壤等污染防治計(jì)劃的頒布實(shí)施，環(huán)保形勢日趨嚴(yán)峻，煤氣發(fā)生爐也隨之受到多方關(guān)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(jù)酚水和脫硫廢液的成分特征，結(jié)合發(fā)生爐煤氣站自身的工藝特點(diǎn)，找到一種處置效果徹底而且成本較低的工藝方法，對其進(jìn)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 煤氣發(fā)生爐爐出煤氣中的酚
圖1KM5Q煤氣發(fā)生爐結(jié)構(gòu)示意
圖1所示KM5Q煤氣發(fā)生爐內(nèi)，煤炭依次進(jìn)行干燥、熱解、氣化和燃燒過程，酚類物質(zhì)主要在煤的熱解過程產(chǎn)生。孔嬌【1】通過試驗(yàn)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°C-800°C，其他熱解溫度下生成的酚很少，尤其是400℃以下和1000°C以上的熱解產(chǎn)物中幾乎沒有酚類化合物產(chǎn)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(yàn)結(jié)論適合煤氣發(fā)生爐中酚的產(chǎn)生特點(diǎn)，即煤氣發(fā)生爐爐出煤氣中的酚類物質(zhì)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
圖2煤氣站工藝流程示意圖
如圖2，350℃左右的爐出熱煤氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵器除塵后，進(jìn)入洗氣塔進(jìn)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(jìn)行脫焦凈化，隨后煤氣被導(dǎo)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(jī)房將煤氣加壓后送到煤氣濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫處理。
在洗氣塔內(nèi)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(zhì)的沸點(diǎn)都在181.7-285℃之間，除苯酚和苯二酚外，其他酚類物質(zhì)的熔點(diǎn)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(zhì)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(zhì)會隨水蒸氣以揮發(fā)的形式進(jìn)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(zhì)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(zhì)的飽和蒸氣壓越大越其揮發(fā)性越強(qiáng)，采用Antoine公式可以計(jì)算不同酚類物質(zhì)在不同溫度下的飽和蒸氣壓，公式如下：
lgP=A-B/（T+C） （1）
式中：P—物質(zhì)的蒸氣壓，mmHg；T—溫度，℃；常數(shù)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(jì)算結(jié)果，可以看出苯酚的揮發(fā)性最強(qiáng)，其次是甲酚，萘酚的揮發(fā)性最差。由此可知酚水中的酚類物質(zhì)以苯酚和甲酚為主。
1.2 酚水處置工藝
煤氣發(fā)生爐煤氣站酚水主要水質(zhì)特征參見表4， KM5Q兩段干餾式煤氣發(fā)生爐冷煤氣站處理廢水的工藝流程如圖3所示。
圖3煤氣站廢水處理系統(tǒng)工藝流程
間接冷卻器等處析出的廢水中的大部分廢水①回流補(bǔ)充爐洗氣塔的洗滌水，其余部分廢水②經(jīng)過廢水預(yù)處理系統(tǒng)處理后，進(jìn)入廢水濃縮蒸發(fā)處理系統(tǒng)進(jìn)行有效處理，補(bǔ)充氣化劑水蒸氣的水。
圖4廢水的預(yù)處理工藝流程
廢水②經(jīng)過圖4所示預(yù)處理過程，然后泵入煤氣發(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(zhì)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(yīng)用，發(fā)生爐內(nèi)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(zhì)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(zhì)的催化作用下分解為N2和H2【3】。
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(zhì)。這部分排污廢水排至洗氣塔的油水混合池中?；旌铣刂械慕褂屠鄯e一段時(shí)間后，需要抽走出售給下游企業(yè)對焦油進(jìn)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?qū)⑦@部分水脫除，脫出的含酚廢水進(jìn)入企業(yè)的酚水生化處理系統(tǒng)進(jìn)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(zhì)，這部分物質(zhì)隨煤氣進(jìn)入加熱窯爐內(nèi)燃燒，發(fā)生爐煤氣在窯爐內(nèi)實(shí)際火焰燃燒溫度可以達(dá)到1300-1400℃左右，在此溫度下，這部分物質(zhì)裂解成H2O和CO2等無毒物質(zhì)排入大氣。酚類及油類物質(zhì)種類較為復(fù)雜，在煤氣發(fā)生爐內(nèi)和加熱窯爐內(nèi)發(fā)生的酚類及油類物質(zhì)焚燒裂解的反應(yīng)方程式可用C6H5OH+7O2＝6CO2+3H2O統(tǒng)一示意。
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(chǎn)過程中，當(dāng)脫硫循環(huán)液中的副鹽超過250g/L時(shí)，煤氣中H2S的吸收效率會嚴(yán)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 250g/L以內(nèi)，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(jìn)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(zhì)。
2.2 脫硫廢液的處置
如圖5，將脫硫廢液通過爐頂定量噴淋系統(tǒng)，定時(shí)定量的噴灑于剛?cè)霠t的煤料上，在高溫條件下，脫硫廢液中的水分被蒸發(fā)進(jìn)入煤氣中，同時(shí)附著于煤料表面的低沸點(diǎn)和揮發(fā)性較高的物質(zhì)形成氣體也進(jìn)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(yīng)生成H2S【4】，隨煤氣重新進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫除。脫硫廢液中的鹽類等物質(zhì)被吸附在煤料上，由表6可以看出，鹽類物質(zhì)中Na2S2O3熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較低，在爐內(nèi)干餾段處即可達(dá)到汽化狀態(tài)，隨煤氣導(dǎo)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?qū)⑵涿摮?。其他鹽類物質(zhì)熔點(diǎn)都在851-950℃之間，這部分鹽類物質(zhì)隨煤料下行至發(fā)生爐的還原層和氧化層，經(jīng)過高溫焚燒后，混于灰渣中排出爐外。由于這些鹽類物質(zhì)的熔點(diǎn)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(yīng)層結(jié)渣現(xiàn)象。
隨著煤氣冷卻，在爐內(nèi)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(jīng)預(yù)處理過后泵入煤氣發(fā)生爐的水夾套，蒸發(fā)汽化后形成的酚水蒸汽，酚水蒸汽作為氣化劑通入發(fā)生爐爐底進(jìn)行焚化處理，以上同酚水處理工藝。
圖5脫硫廢液處置工藝流程
3 總結(jié)
（1）結(jié)合煤氣發(fā)生爐煤氣站的造氣特點(diǎn)，以煤氣站和燃?xì)鉅t窯耦合組成系統(tǒng)對酚水和脫硫廢液進(jìn)行在線協(xié)同處置，處置成本較低，所含污染物質(zhì)得到了有效處置。
（2）脫硫廢液中的水以汽化蒸發(fā)再冷凝的方式形成冷凝廢水，然后與酚水一起汽化形成酚水蒸汽，替代軟化水蒸汽作為氣化劑用于發(fā)生爐造氣，有效節(jié)約了水資源。
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【3】苑衛(wèi)軍，劉志明，蘇亞斌，等.干餾式發(fā)生爐冷煤氣站氮化物的形成與脫除［J］.玻璃，2015，42(01):19-22.
【4】韓美，朱心才. 硫化氫的制造方法及其裝置［J］. 低溫與特氣. 1998，1：49-51.
第一作者
姓名：苑衛(wèi)軍（1968-），男，河北省霸州市，高級工程師，工程碩士，本科畢業(yè)于華北理工大學(xué)，從事工作內(nèi)容：煤炭氣化行業(yè)，研究方向：煤氣化工藝及設(shè)備，聯(lián)系電話： 13703243469， E-mail：2329081462@qq.com。
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