[发明专利]一种褐煤提质废水的处理工艺及褐煤提质系统

说明书

技术领域

本发明涉及对褐煤提质过程产生的废弃物质进行处理的技术领域，具体来说是一种成本较低、处理过程简便、处理效果好的褐煤提质废水的处理工艺，以及褐煤提质系统。

背景技术

褐煤又称柴煤，是煤化程度最低的煤种，约占全球煤炭储量的40％，占中国煤炭保有储量的13％，储量极为巨大，但由于褐煤水分高(约20％～40％)、热值低、易风化和自燃，单位能量的运输成本高，不利于长距离输送和贮存，这就制约了褐煤的应用、发展。因此，近年来人们开始对褐煤进行研究，开发合适的提质处理工艺。

褐煤在提质热解过程中主要发生以下反应及变化：

1、干燥脱气阶段(常温～约300℃)

褐煤中含湿水分受热蒸发，煤得到干燥，同时有吸附在煤孔隙中的气体脱出。大约在200℃以上发生脱羧基反应，析出的气体中有大量CO₂。该阶段可完成褐煤的干燥和部分脱氧。有的褐煤在干燥过程由于脱水而引起崩裂，煤颗粒分布小粒度增多，甚至产生较多的细微煤粉尘。这个阶段产生的主要是水，还有一些CO₂、CH₄等气体。

2、第一热分解阶段(约300～约600℃)

该阶段为活泼分解阶段，以褐煤大分子的解聚和分解为主要反应，生成并逸出大量挥发物质。焦油在该阶段生成；煤中可燃成分(CH₄、H₂、CO、C₂～C₃)随温度升高而增多；固体颗粒有可能进一步变小。这个阶段煤的大分子端部含氧化合物开始分解，生成CO₂、水和酚类(主要是高级酚)；500℃左右时，煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解，生成脂肪烃，同时释放出H₂。该阶段以得到焦油和发热量显著提高的半焦为主要产品。

3、第二热分解阶段(约600～约900℃)

以聚合反应和芳香烃边缘联结的小分子侧链(-CH₃)或氢的脱落反应为主。煤气产量有大幅提高。煤气中H₂含量增加较快，其他组分体积含量相对降低。在等温热解条件下，由于焦油蒸汽在高温下的二次热解作用，油产率随温度提高而减少。半焦挥发分随温度提高逐渐降低，固定碳含量增加。该阶段以获得较高产量的煤气和低挥发分、高固定碳含量的半焦为主要产品。

煤炭中还含有少量元素氮和硫。它们还会进行如下的反应：

S+O₂→SO₂

SO₂+3H₂→H₂S+2H₂O

N₂+3H₂→2NH₃

N₂+H₂O+2CO→2HCN+1.5O₂

NH₃+C→HCN+H₂

CH₄+NH₃→HCN+3H₂

因此，褐煤热解后的产品有褐煤半焦、煤气、水、二氧化碳、酚类(主要是高级酚)、脂肪烃、氨、氰化氢、吡啶类、喹啉类、硫化氢、二氧化硫和噻吩等。所以在褐煤的提质处理过程中，不可避免的遇到废水处理的问题，但由于褐煤提质工艺在世界范围内均为新型工艺，此工艺排放的废水的处理或回用方法至今为止亦属空白。研究表明，褐煤提质工艺与焦化工艺相近，褐煤提质废水的水质与经过蒸氨与脱酚处理后的焦化废水水质相近。焦化废水是炼焦、煤气在高温干馏、净化及副产品回收过程中，产生含有挥发酚、多环芳烃及氧、硫、氮等杂环化合物的一种高CODcr、高酚值、高氨氮且很难处理的工业有机废水，其中所含的污染物可分为无机污染物和有机污染物两大类。其中，无机污染物一般以铵盐的形式存在，有机物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳烃等。杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑、吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲等。焦化废水中有机物(以COD计)含量高，且由于废水中所含有机物多为芳香族化合物和稠环化合物以及吡啶、喹啉、吲哚等杂环化合物，其BOD₅/COD值低，可生化性差。其中氰化物、芳环、稠环、杂环化合物都对微生物有毒害作用，有些甚至在废水中的浓度已超过微生物可耐受的极限。

目前，焦化废水的治理主要有以下三种工艺：