CN102557315B - 一种煤气化灰水处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤气化灰水处理***，其设置功量交换过程，回收高温高压的煤气化黑水中所含压能，转化为机械能对外做功；处理后的灰水经过功量交换器与电机驱动的离心泵联合加压后，再经过高压闪蒸气加热，然后送往气化工段使用。气化高压黑水经过功量交换器后压力降至1.0MPa，再送往高压闪蒸处理，之后闪蒸流程不改变。为了便于高压闪蒸罐压力调节，防止超压，在高闪分离器去往变换工段的控制阀前设置一道调节阀并通往总火炬，避免了火炬熄灭或直接排放等环境事故的发生。本发明结合***通过对现有工艺的改进，通过科学合理的能量利用，能够有效解决现有工艺中存在的能源浪费、环境污染、操作繁琐等问题。

Description

一种煤气化灰水处理***

技术领域

本发明属于煤气化灰水处理技术领域，涉及一种灰水处理***，尤其是一种基于功量交换过程的煤气化灰水处理***。

背景技术

煤的洁净与高效利用是当今我国能源与环保领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤气化是将一次能源转化为洁净的二次能源的主要途径，目前在气流床气化技术中具有代表性的主要有两种：采用水煤浆为原料的德士古(Texaco)气化炉和采用干粉煤为原料的壳牌(Shell)气化炉，总体说来，这两种工艺都具有安全、稳定、长周期运行的特点，但是仍存在诸多问题需要进一步解决。水煤浆气化工艺中，气化黑水的压能没有得到有效利用便是一个典型的例子。

水煤浆气化工艺是近几年国内新建的甲醇和合成氨装置普遍采用的一种流程，其灰水处理流程如图1所示。气化工段产生的高压黑水温度和压力约为250℃、6.4MPa，经过节流阀101进入高压闪蒸罐102，高压闪蒸罐102上部出口连接到高闪换热器103，之后送往高闪分离器104。高压闪蒸罐102下部接有低压闪蒸罐105，闪蒸后的气相通过冷却器106与除氧槽107相连。高闪分离器104的气相送往CO变换工段，液相进入除氧槽107，变换冷凝液、原水、灰水管线124还有低压蒸汽也均送往除氧槽107，在除氧槽的顶部设有放空消音器110。除氧槽107中的灰水经底部管线与分散剂混合后进入离心泵108，加压后部分经高闪换热器103加热后去气化工段，部分经回流阀109返回除氧槽。

低压闪蒸罐105的液相与气化渣水混合后进入真空闪蒸罐上部111，闪蒸后的气相经冷凝器113送往分离器116，下部气相经冷凝器114送往真空分离罐117，下部液相进入沉降槽115。真空分离罐117的气相经冷凝后与分离器116的气相汇合，通过真空泵119进入下一级分离器120，分离后气相放空，液相经冷却器121返回真空分离罐117，真空分离罐117的液相经真空泵122输送至磨煤工段。沉降槽115中澄清的灰水经灰水储槽123后，再分别经管线124送往除氧槽107和污水处理，底部灰浆送往压滤机125处理。该工艺的缺点如下：

以上工艺流程中，气化工段产生的高压黑水(节流阀101前)的压能没有得到有效利用，这部分可观的能量白白消耗在减压阀101上，导致整个灰水处理及煤气化过程能耗较高。

高压闪蒸罐102产生的闪蒸气经高闪换热器103加热高压灰水，再经过高闪分离器104后送到CO变换***。当高压闪蒸罐102操作压力过高时须通过就地排放或者向总火炬排放的方式来调节，由于闪蒸气有较高的水气比，经常导致工厂总火炬熄灭或无法点燃，而就地排放也会造成环境污染或者人身伤害，从而产生环境事故和安全隐患。

控制方式不完善。由于控制方式的缺陷，一些设备和工艺参数难以实现精确控制或者稳定运行，如高压闪蒸罐102的超压调节等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种煤气化灰水处理***，该工艺结合***通过对现有工艺的改进，通过合理科学的能量利用，能够有效解决现有工艺中存在的能源浪费、环境污染、操作繁琐等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种煤气化灰水处理工艺，包括以下步骤：

1)释放压能

首先对气化黑水释放压能使其压力降低，并回收气化黑水释放的压能，将释放的压能转化为机械能对外做功；

2)多级闪蒸

使经过释放压能的气化黑水依次进入高压闪蒸罐、低压闪蒸罐以及两级真空闪蒸罐进行闪蒸处理，然后经过沉降槽除去大颗粒固体杂质，最后将固体杂质分离；使高压闪蒸罐的气相进入高闪分离器进行气液分离，使气相去变换或者总火炬放空，液相经除氧槽回收；

3)使低压闪蒸的气相进入除氧槽，使其和灰水直接接触换热后被回收，处理后的低压灰水经过加热后成为高压灰水，再回收高压闪蒸气的热量，然后送往气化工段使用。

进一步，使步骤1)中回收的气化黑水的压能通过功量交换器和离心泵对所述步骤3)中的经过处理的低压灰水进行联合加压。

本发明还提出一种实现上述工艺的煤气化灰水处理***，包括功量交换器、高压灰水泵、高压闪蒸罐、高闪换热器、高闪分离器、低压闪蒸罐、除氧槽、真空闪蒸罐、沉降槽、分离器、真空分离罐、分离器、灰水储槽和压滤机。所述功量交换器通过离合器与所述高压灰水泵连接；所述功量交换器的低压排出端通过管路与所述高压闪蒸罐的进口端连接；所述高压闪蒸罐的上部气相出口端通过管路经高闪换热器连接至高闪分离器的进口端；所述高压闪蒸罐的下部液相出口端连接至低压闪蒸罐的进口端，所述低压闪蒸罐的上部气相出口端经过低闪换热器连接至除氧槽，低压闪蒸罐的下部液相出口端与气化渣水管路出口端一同连接入真空闪蒸罐上部，真空闪蒸罐上部的上端出口端经过第一冷凝器连接至分离器的进口端，真空闪蒸罐下部的液相出口端连接至沉降槽的进口端；所述除氧槽的底部出口端和分散剂管路一同连接至高压灰水泵的进口端，所述高压灰水泵的出口端连接至高闪换热器；所述高压灰水泵还经过回流阀连接至除氧槽的进口端；所述真空闪蒸罐下部气相通过第二冷凝器连接至真空分离罐的进口端，所述真空分离罐的进口端还连接至分离器底部的出口端，所述真空分离罐的上部气相出口端经过第三冷凝器后与所述分离器上端的气相出口端一同连接至第一真空泵的进端，所述第一真空泵的出端连接至所述分离器的进口端，所述分离器的底部出口端经过冷却器连接至真空分离罐的进口端，真空分离罐的底部液相通过第二真空泵连接至磨煤工段；所述沉降槽的上部澄清液出口端连接至灰水储槽的进口端，所述灰水储槽的出口端连接污水处理***和除氧槽。

进一步的，以上气化黑水的管路分为两条支路，其中一条支路与所述功量交换器的进口端连接，另一条支路通过节流阀(204)连接至高压闪蒸罐的进口端。

上述自灰水储槽的灰水管路与原水管路汇合后连接进入除氧槽，所述高闪分离器的液相出口管路与变换冷凝液也从另一位置进入除氧槽，高闪分离器的气相管路则经第一调节阀送往变换工段，高闪分离器的气相管路还通过另一支路经过第二调节阀送往总火炬。

上述功量交换器采用透平式。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明设置功量交换过程，回收高温高压的煤气化黑水中所含压能，转化为机械能对外做功。

2.本发明功量交换器设置方式采用与离心泵同轴相连，功量交换器将回收的压能同轴传递给高压灰水泵，用于帮助做功，节省能耗。

3.本发明经过处理的灰水经过功量交换器与电机驱动的离心泵联合加压后，再回收高压闪蒸气热量，然后送往气化工段使用，能够在非正常状态下使离心泵采用电能驱动，应急能力强。

4.本发明的气化高压黑水经过功量交换器后压力下降，再送往高压闪蒸处理，之后闪蒸流程不改变。

5.为了便于高压闪蒸罐压力调节，防止超压，在高闪分离器去往变换工段的控制阀前设置一道调节阀并通往总火炬，避免了火炬熄灭或直接排放等环境事故的发生。

附图说明

图1为现有技术的工艺流程图；

图2为本发明所述的工艺流程图。

其中：图1中，101-节流阀、102-高压闪蒸罐、103-高闪换热器、104-高闪分离器、105-低压闪蒸罐、106-低闪换热器、107-除氧槽、108-高压灰水泵、109-回流管线、110-消音器、111-真空闪蒸罐上部、112-真空闪蒸罐下部、113-冷凝器、114-冷凝器、115-沉降槽、116-分离器、117-真空分离罐、118-冷凝器、119-真空泵、120-分离器、121-冷却器、122-真空泵、123-灰水储槽、124-灰水管线、125-压滤机；

图2中，201-功量交换器、202-离合器、203-高压灰水泵、204-节流阀、205-高压闪蒸罐、206-高闪换热器、207-高闪分离器、208-低压闪蒸罐、209-低闪换热器、210-除氧槽、211-回流阀、212-真空闪蒸罐上部、213-真空闪蒸罐下部、214-第一冷凝器、215-第二冷凝器、216-沉降槽、217-分离器、218-真空分离罐、219-第三冷凝器、220-第一真空泵、221-分离器、222-冷却器、223-第二真空泵、224-灰水储槽、225-灰水管线、226-压滤机、227-消音器、228-第一调节阀、229-第二调节阀。

具体实施方式

本发明首先提出一种煤气化灰水处理工艺，该工艺具体包括以下步骤：

1)释放压能

首先对气化黑水释放压能使其压力降低，并回收气化黑水释放的压能，将释放的压能转化为机械能对外做功；

2)多级闪蒸

使经过释放压能的气化黑水依次进入高压闪蒸罐、低压闪蒸罐以及两级真空闪蒸罐进行闪蒸处理，然后经过沉降槽除去大颗粒固体杂质，最后将固体杂质分离；使高压闪蒸罐的气相进入高闪分离器进行气液分离，使气相去变换或者总火炬放空，液相经除氧槽回收；

3)使低压闪蒸的气相进入除氧槽，使其和灰水直接接触换热后被回收，处理后的低压灰水经过加压后成为高压灰水，再回收高压闪蒸气的热量，然后送往气化工段使用。使步骤1)中回收的气化黑水的压能通过功量交换器和离心泵对所述步骤3)中的经过处理的低压灰水进行联合加压。

根据以上的工艺设计，本发明还提出一种用于实现上述工艺的煤气化灰水处理***，下面结合附图对本发明的***做进一步详细描述：

参见图2：该种煤气化灰水处理***，包括功量交换器201、高压灰水泵203、高压闪蒸罐205、高闪换热器206、高闪分离器207、低压闪蒸罐208、除氧槽210、真空闪蒸罐、沉降槽216、分离器217、真空分离罐218、分离器221、灰水储槽224和压滤机226。功量交换器201通过离合器202与高压灰水泵203连接；功量交换器201的低压排出端通过管路与高压闪蒸罐205的进口端连接；高压闪蒸罐205的上部气相出口端通过管路经高闪换热器206连接至高闪分离器207的进口端；高压闪蒸罐205的下部液相出口端连接至低压闪蒸罐208的进口端，低压闪蒸罐208的上部气相出口端经过低闪换热器209连接至除氧槽210，低压闪蒸罐208的下部液相出口端与气化渣水管路出口端一同连接入真空闪蒸罐上部212，真空闪蒸罐上部212的气相出口端经过第一冷凝器214连接至分离器217的进口端，真空闪蒸罐下部213的液相出口端连接至沉降槽216的进口端；除氧槽210的底部出口端和分散剂管路一同连接至高压灰水泵203的进口端，高压灰水泵203的出口端连接至高闪换热器206；高压灰水泵203还经过回流阀211连接至除氧槽210的进口端；真空闪蒸罐下部213的气相通过第二冷凝器215连接至真空分离罐218的进口端，真空分离罐218的进口端还连接至分离器217底部的出口端，真空分离罐218的上部气相出口端经过第三冷凝器219后与分离器217上端的气相出口端一同连接至第一真空泵220的进端，第一真空泵220的出端连接至所述分离器221的进口端，分离器221的底部出口端经过冷却器222连接至真空分离罐218的进口端，真空分离罐218的底部液相通过第二真空泵223连接至磨煤工段；沉降槽216的上部澄清液出口端连接至灰水储槽224的进口端，灰水储槽224的出口端连接污水处理***和除氧槽210。在本发明的较佳方案中，该***的气化黑水的管路分为两条支路，其中一条支路与功量交换器201的进口端连接，另一条支路通过节流阀204连接至高压闪蒸罐205的进口端。自灰水储槽224的灰水管路与原水管路汇合后连接进入除氧槽210，高闪分离器207的液相出口管路与变换冷凝液也从另一位置进入除氧槽210，高闪分离器207的气相管路则经第一调节阀228送往变换工段，高闪分离器207的气相管路还可通过另一支路经过第二调节阀229送往总火炬。

以下对上述本发明的煤气化灰水处理***的工作过程进行详细介绍：

气化黑水首先经过功量交换器201释放压能后从低压侧排出，然后进入高压闪蒸罐205在1.0MPa的压力下进行闪蒸，所得气相从顶部通过高闪换热器206进入高闪分离器207，所得液相经过底部减压阀进入低压闪蒸罐208。低压闪蒸罐208中液相在0.09MPa的压力下闪蒸后，气相经过低闪换热器209后进入除氧槽210；液相与气化渣水一同进入真空闪蒸罐上部212。除氧槽210内灰水加入分散剂后经底部管道进入高压灰水泵203入口。功量交换器201与高压灰水泵203通过离合器202同轴相连以实现功量传递，经过联合加压后的灰水一部分经过高闪换热器206加热后进入气化工段，另一部分通过回流阀211回到除氧槽210。非正常工况下(如开车、功量交换器故障等)高压黑水可通过旁路节流阀204进入高压闪蒸罐205，功量交换器201被置于短路状态，离心泵203单独依靠电机运行，流程恢复到原有流程。

真空闪蒸罐上部212中操作压力为-0.06MPa，所得气相经第一冷凝器214进入分离器217，所得液相经过调节阀进入真空闪蒸罐下部213。下部在-0.09MPa下闪蒸操作后温度降低至45℃，气相经过第二冷凝器215进入真空分离罐218，真空分离罐218的气相经第三冷凝器219后与分离器217的气相汇合，再由第一真空泵220送入下一级分离器221，分离后气相放空，液相经冷却器222冷却后返回真空分离罐218，真空分离罐218的液相经第二真空泵223送至磨煤工段进行二次利用。

真空闪蒸罐下部213的液相经过沉降槽216除去大颗粒固体杂质，所得澄清液经灰水储槽224后再经管线225送往除氧槽210，也有少部分送出界外(污水处理)；所得灰浆送往压滤设备226处理。来自灰水储槽224的灰水与原水汇合后进入除氧槽210。高闪分离器207的液相与变换冷凝液也从另一位置进入除氧槽210，高闪分离器207的气相则经第一调节阀228送往变换工段，非正常工况下也可通过第二调节阀229送往总火炬。

为了便于高压闪蒸罐205压力调节，防止超压，在高闪分离器207去往变换工段的第一调节阀228前设置一道第二调节阀229并通往总火炬。高压闪蒸罐205的气相经过冷却器以及分离器后所含水分大大减少，避免了火炬熄灭或直接排放等环境事故，同时实现了压力调节与环境效益两个目标。该阀宜设置为程控调节阀，并设置为手动控制HIC形式，以方便操作人员调节。

综上所述，本发明的工艺及***解决了现有流程能耗高、环境效益差、运行不稳定的缺陷，同时具有结构简单、维护方便的特点。

Claims (3)

1.一种煤气化灰水处理***，包括功量交换器（201）、高压灰水泵（203）、高压闪蒸罐（205）、高闪换热器（206）、高闪分离器（207）、低压闪蒸罐（208）、除氧槽（210）、真空闪蒸罐、沉降槽（216）、第一分离器（217）、真空分离罐（218）、第二分离器（221）、灰水储槽（224）和压滤机（226），其特征在于：所述功量交换器（201）通过离合器（202）与所述高压灰水泵（203）连接；所述功量交换器（201）的低压排出端通过管路与所述高压闪蒸罐（205）的进口端连接；所述高压闪蒸罐（205）的上部气相出口端通过管路经高闪换热器（206）连接至高闪分离器（207）的进口端；所述高压闪蒸罐（205）的下部液相出口端连接至低压闪蒸罐（208）的进口端，所述低压闪蒸罐（208）的上部气相出口端经过低闪换热器（209）连接至除氧槽（210），低压闪蒸罐（208）的下部液相出口端与气化渣水管路出口端一同连接入真空闪蒸罐上部（212），真空闪蒸罐上部（212）的上端出口端经过第一冷凝器（214）连接至第一分离器（217）的进口端，真空闪蒸罐下部（213）的液相出口端连接至沉降槽（216）的进口端；所述除氧槽（210）的底部出口端和分散剂管路一同连接至高压灰水泵（203）的进口端，所述高压灰水泵（203）的出口端连接至高闪换热器（206）；所述高压灰水泵（203）还经过回流阀（211）连接至除氧槽（210）的进端；所述真空闪蒸罐下部（213）气相通过第二冷凝器（215）连接至真空分离罐（218）的进口端，所述真空分离罐（218）的进口端还连接至第一分离器（217）底部的出口端，所述真空分离罐（218）的上部气相出口端经过第三冷凝器（219）后与所述第一分离器（217）上端的气相出口端一同连接至第一真空泵（220）的进口端，所述第一真空泵（220）的出口端连接至所述第二分离器（221）的进口端，所述第二分离器（221）的底部出口端经过冷却器（222）连接至真空分离罐（218）的进口端，真空分离罐（218）的底部通过第二真空泵（223）连接至磨煤工段；所述沉降槽（216）的上部澄清液出口端连接至灰水储槽（224）的进口端，所述灰水储槽（224）的出口端连接污水处理***和除氧槽（210）。

2.根据权利要求1所述的煤气化灰水处理***，其特征在于，所述高闪分离器（207）的气相管路则经第一调节阀（228）送往变换工段，高闪分离器（207）的气相管路还通过另一支路经过第二调节阀（229）送往总火炬。

3.根据权利要求1所述的煤气化灰水处理***，其特征在于，所述功量交换器（201）采用透平式。