[发明专利]黑水耦合处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工领域，特别是涉及煤气化装置黑水的处理。

背景技术

我国富煤、贫油、少气的基本国情，决定了无论是当前还是将来，煤炭的经济、高效、清洁利用，对于保证经济社会和生态环境的可持续发展、国家能源安全都具有至关重要的作用。煤气化技术，特别是气流床煤气化技术，是现代煤炭清洁转化的核心技术之一，是煤基化学品(甲醇、二甲醚、天然气等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢等过程工艺的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。

典型的激冷气流床煤气化技术工艺流程是：由煤制成浆料泵送，或煤粉气力输送，与氧气在气化炉中高温、还原气氛下发生部分氧化反应生成合成气。合成气的主要成分为氢气和一氧化碳，还有少量的水蒸汽、二氧化碳、硫化氢、甲烷和氮气，以及由残碳和原料中的灰分组成的液渣。热合成气与液渣一道通过气化炉内部的激冷系统再进入气化炉激冷室。激冷水来自下游粗合成气洗涤系统并通过激冷水泵的增压黑水。从气化炉激冷室排出的饱和粗合成气再进入洗涤塔，进一步脱除固体颗粒后离开气化装置，洗涤后的黑水从洗涤塔底部送到黑水处理单元。在激冷室中，合成气中的液态炉渣接触水后被固化并脆裂，粗颗粒的炉渣经破渣机破碎后从激冷室排出，小颗粒的炉渣随气化黑水排出，排至黑水处理单元。

目前典型的黑水处理工艺流程如图1所示，黑水处理单元采取的工艺是逐级闪蒸。黑水闪蒸的目的是回收黑水中的热量，同时也分离溶解的气体，以降低黑水温度和提高固体浓度。根据气化压力的不同和具体项目的特点，闪蒸级数通常为2－4级：高压(1级)或低压(2级)和真空闪蒸(3级或4级)。高压闪蒸产生的酸性气在加热灰水后送出界区待进一步回收利用。低压闪蒸气作为热源送入除氧槽，真空闪蒸气进一步水冷后的尾气排出界外。逐级闪蒸后的黑水送入黑水沉淀和过滤单元，得到较为干净的灰水和排出界外的渣饼。大部分灰水送入除氧槽进一步循环利用，少部分排出界外。这种黑水处理工艺的缺点是：1)流程较长，设备较多，占地面积大，布置难度较高；2)因为真空闪蒸气的热量需要依靠循环水移除，因此能耗较高，循环水消耗大；3)由于灰水中的溶解性杂质，比如氯根和硬度等，并没有脱除，随着装置的运行将逐渐在系统中累积，导致气化和黑水系统结垢、堵塞和磨损，维护和操作难度更大，对气化装置的长周期稳定运行带来了很大的压力；4)外派的灰水量大，系统需要补充的新鲜水和脱盐水量更多；5)需要另外增加水质处理药剂来缓解黑水和灰水系统的结垢和磨损问题，增加了装置的运行成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种黑水耦合处理装置，它占地面积小，操作和维护简单，成本低。

为解决上述技术问题，本发明的黑水耦合处理装置，包括用于脱除黑水中的固体颗粒形成灰水的固液分离单元和用于脱除灰水中的矿物质的灰水蒸发单元。

本发明要解决的技术问题之二是提供一种利用上述黑水耦合处理装置处理黑水的方法。

为解决上述技术问题，本发明的黑水耦合处理方法，包括以下步骤：

1)用固液分离工艺分离黑水中的固体颗粒，形成灰水；

2)用蒸发工艺分离所述灰水中的矿物质，获得净化灰水。

黑水中的固体主要由煤和氧气反应后的灰份和未反应完的残碳组成。黑水中的固含量和具体组成随气化工艺(比如干法或湿法气化等)和具体气化装置的运行工况(比如煤质和气化温度等)的不同可能存在较大的不同，残碳可以在百分之几到几十之间变化(干基)。因此，黑水固液分离的工艺方法也会有所不同，可以选择过滤、水力或机械分离和沉降中的一种或多种工艺的组合，比如过滤、水力漩流+过滤、水力漩流+过滤+沉降等。黑水固液分离的目的是把黑水中含有的占黑水质量1-3wt％的固体颗粒基本脱除，使固液分离后得到的灰水中的悬浮固含量不高于100ppm，同时滤饼顺利排出界区。

灰水蒸发单元主要包括蒸发器和冷凝器。蒸发工艺可以采用单效蒸发工艺和多效蒸发工艺(根据二次蒸汽的利用情况，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种工艺称为单效蒸发工艺；若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种工艺称为多效蒸发工艺)。蒸发的推动力可以是装置可用的低等级的蒸汽或气体，也可以采用风机或热泵等机械设备对二次蒸汽进行压缩。

本发明将固液分离工艺和灰水蒸发工艺有效组合应用于煤气化装置黑水的处理，相比现有的闪蒸+沉降+过滤的黑水处理工艺，具有以下优点和有益效果：