CN104449859B - 一种煤气化废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种煤气化废水处理方法，属于煤气化废水处理领域，以提高煤气化处理的整体效率。所述煤气化废水处理方法，包括：利用煤粉对气化废水进行吸附过滤，得到含有少量杂质的废水溶液和吸附有大量杂质的煤粉；利用所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，得到含有碱金属催化剂的废水溶液；待所述含有碱金属催化剂的废水溶液与含有大量杂质的煤粉进行混合负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体。本发明可用于煤气化废水的处理中。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化废水处理领域，尤其涉及一种煤气化废水处理方法。
背景技术
随着世界石油天然气资源的日益匮乏，以煤气化为代表的煤基能源转化技术成为世界各国日益关注的重点。尤其中国富煤贫油，且煤炭资源地域分布不均，所以，开发高效、清洁的煤气化技术对保障国家能源安全和经济发展具有长远的重要意义。
煤气化工艺是煤化工领域的重要组成部分，具体是指煤炭在高温条件下与气化剂发生热化学反应制得反应煤气的过程。煤气化工艺会产生大量的煤气化废水。由于煤气化废水中含有焦油、酚氨等污染物，COD值很高，且有强烈的酚、胺臭味，所以处理难度较大。
目前，煤气化废水的处理工艺主要包括煤气水分离、除油、脱酸性气体、酚回收、氨回收和生化处理等环节，但采用上述工艺处理后的煤气化废水的COD值仍然很高，达不到环保排放的要求，还需进行深度处理，工序繁琐，耗费不菲，降低了煤气化工艺的经济性。所以，提供一种能够有效处理焦油、酚氨等污染物，提高煤气化处理的整体效率的方法是本领域技术人员所面临的重要课题。
发明内容
本发明实施例提供了一种煤气化废水处理方法，以提高煤气化处理的整体效率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种煤气化废水处理方法，包括：
利用煤粉对气化废水进行吸附过滤，得到含有少量杂质的废水溶液和吸附有大量杂质的煤粉；
利用所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，得到含有碱金属催化剂的废水溶液；
待所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉进行混合、负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体。
可选的，所述煤粉的粒径小于5mm。
可选的，在所述利用煤粉对气化废水进行吸附过滤之前还包括：
利用气化剂对负载碱金属催化剂的煤粉进行气化，得到富含甲烷的粗煤气和所述气化煤渣；
对所述富含甲烷的粗煤气进行洗涤并降温，得到富含甲烷的煤气和所述气化废水。
进一步的，所述气化废水的温度为30℃-80℃。
可选的，对所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉进行混合、负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体包括：
将所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉混合，然后用碱金属催化剂进行负载，待干燥处理后，得到吸附有大量杂质的含有碱金属催化剂的煤粉；
将所述吸附有大量杂质的含有碱金属催化剂的煤粉送入气化炉中，以反应生成有效气体。
可选的，在干燥处理后，仅有所述含有碱金属催化剂的废水溶液中的水溶液以水蒸汽的形式被除去，杂质和碱金属催化剂均负载在煤粉上。
可选的，所述有效气体包括甲烷、一氧化碳和氢气。
可选的，所述杂质包括焦油和酚氨化合物。
可选的，在所述吸附有大量杂质的煤粉中，所述杂质的吸附率为50％-85％。
可选的，所述气化炉内的操作温度为650℃-850℃，操作压力为0.1-4MPa。
本发明实施例提供了一种煤气化废水处理方法，该方法在传统废水处理工艺的基础上，使用了具有多孔结构且含有多种羧基、胺基官能团等结构特点的煤粉，以对气化废水中的焦油、酚氨等污染物起到了较好地吸附作用，从而省去了繁琐的废水处理工艺，降低了废水处理成本；同时，利用处理后的气化废水还可有效回收气化煤渣中的碱金属催化剂，这不仅降低了水耗，还可利用回收得到的碱金属催化剂在气化条件下促进焦油、酚氨等污染物的裂解，从而生成更多的有效气体。
附图说明
图1为本发明实施例提供的煤气化废水处理方法的示意图；
图2为本发明实施例提供的煤气化废水处理的工艺流程图；
图例：
A气化炉 B煤气洗涤*** C过滤*** D催化剂回收装置 E催化剂负载及干燥***。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明实施例提供的煤气化废水处理方法进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的煤气化废水处理方法的示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种煤气化废水处理方法，包括：
S1：利用煤粉对气化废水进行吸附过滤，得到含有少量杂质的废水溶液和吸附有大量杂质的煤粉。
在本步骤中，首先对气化废水中所含有的大量杂质进行吸附处理，以确保在吸附过程中可以吸附掉气化废水中的大部分杂质。
在本步骤的一可选的实施例中，所述杂质包括焦油和酚氨化合物。在本步骤中，利用煤粉对所述气化废水进行吸附过滤，主要是因为煤粉为多孔结构，且含有多种官能团，例如羧基和胺基等，能有效地吸附焦油和酚氨化合物。在本步骤的另一可选的实施例中，在所述吸附有大量杂质的煤粉中，所述杂质的吸附率为50％-85％。经试验证明，在采用煤粉对气化废水吸附的过程中，煤粉可吸收85％以上的焦油、70％以上的酚及50％的氨，从而对气化废水起到较好地净化作用。在本步骤的一优选实施例中，所述煤粉的粒径小于5mm。粒径在5mm以下的煤粉可在吸附过程中充分地与气化废水发生吸附作用，从而对气化废水中的杂质污染物起到充分地吸附作用。
可以理解的是，在本步骤的一可选实施例中，在所述利用煤粉对气化废水进行吸附过滤之前还包括：利用气化剂对负载碱金属催化剂的煤粉进行气化，得到富含甲烷的粗煤气和所述气化煤渣；对所述富含甲烷的粗煤气进行洗涤并降温，得到富含甲烷的煤气和所述气化废水。
在上述步骤的一优选实施例中，所述气化废水的温度为30℃-80℃。由于气化炉内的反应温度较高，经反应生成的气化废水的温度也较高，对其进行降温处理，可避免气化废水在后续处理中因温度较高而对各反应处理***造成影响，从而确保反应的正常运行。本领域技术人员可根据实际生产工艺需要将气化废水的温度降至上述温度范围内，即该温度范围的任一温度值均可，例如，40℃、50℃、60℃、70℃等。
S2：利用所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，得到含有碱金属催化剂的废水溶液。
在本步骤中，利用所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，这主要是因为气化后的煤渣中含有大量的碱金属催化剂。为了对煤渣中的碱金属催化剂进行有效回收，可利用经上述步骤吸附处理后的所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，从而可降低整个气化工艺的水耗，又由于该步使用的水溶液为气化废水而不是新鲜水，所以还可降低工艺成本。
S3：待所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉进行混合、负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体。
在本步骤的一主要实施例中，包括：将所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉混合，然后用碱金属催化剂进行负载，待干燥处理后，得到负载有大量杂质的含有碱金属催化剂的煤粉；将所述吸附有大量杂质的含有碱金属催化剂的煤粉送入气化炉中，以反应生成有效气体。换言之，将步骤S2中得到的所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉相混合，然后用碱金属催化剂在负载***中对其进行负载，待干燥处理后，形成吸附有大量杂质并负载碱金属催化剂的煤粉，再将其送入气化炉中进行反应，在碱金属催化剂和气化炉内高温高压的作用下，杂质(焦油、酚氨)分解生成有效气体。在本发明的一优选实施例中，在干燥处理后，仅有所述含有碱金属催化剂的废水溶液中的水溶液以水蒸汽的形式被除去，杂质和碱金属催化剂均负载在煤粉上。这样，可确保煤气化废水中的焦油、酚氨等污染物的零排放。在本步骤的另一优选实施例中，所述有效气体包括CO、H2、CH4等。
在本步骤的另一优选实施例中，所述气化炉内的操作温度为650-850℃，操作压力为0.1-4MPa。本发明采用的是煤催化气化技术，该技术为煤在相对较低的温度下与水蒸气等气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，以生成高浓度的甲烷，该技术具有甲烷含量高、反应温度低等优点，所以本实施例中气化炉内的温度较常规煤气化技术相比，操作温度较低，仅在650-850℃左右。
本发明实施例提供了一种煤气化废水处理方法，该方法在传统废水处理工艺的基础上，使用了具有多孔结构且含有多种羧基、胺基官能团等结构特点的煤粉，以对气化废水中的焦油、酚氨等污染物起到了较好地吸附作用，从而省去了繁琐的废水处理工艺，降低了废水处理成本；同时，利用处理后的气化废水还可有效回收气化煤渣中的碱金属催化剂，这不仅降低了水耗，还可利用回收得到的碱金属催化剂在气化条件下促进焦油、酚氨等污染物的裂解，从而生成更多的有效气体。
下面将结合附图2具体说明利用煤气化废水处理装置进行本申请所提供的煤气化废水处理的工艺流程。
负载碱金属催化剂的煤粉通过管路1进入气化炉A，气化剂通过管路2进入气化炉，在一定温度和压力下，两者发生化学反应生成富含甲烷的煤气，富含甲烷的粗煤气通过管路3进入煤气洗涤***B，经过洗涤降温后，富含甲烷的煤气通过管路4进入后***进一步处理，洗涤后的气化废水中含有焦油、酚氨等杂质，气化废水通过管路5进入过滤***C，过滤***里面的过滤介质是具有一定粒径范围的原料煤粉，由于煤粉是多孔结构，并且含有多种官能团例如羧基和胺基，能有效吸附焦油和酚氨化合物，通过该过滤***能吸收85％以上的焦油、70％以上的酚、50％的氨，剩下的含有少量焦油、酚氨的气化废水滤液通过管路6进入催化剂回收装置。在催化剂回收装置中，含有少量焦油、酚氨的气化废水滤液首先对气化炉A反应剩余的气化煤渣进行洗涤，收集含有少量焦油、酚氨和碱金属催化剂的气化废水溶液并送入催化剂干燥负载***E中，与过滤***C中的已经吸附大量焦油、酚、氨的煤粉混合，利用干燥***将水分烘干，这样水会以水蒸气的形式被蒸发走，所有的焦油、酚氨都将留在带有碱金属催化剂的煤粉上，该煤粉作为原料通过管路9进入气化炉A,气化炉的操作温度为650-850℃，操作压力为0.1-4MPa，在碱金属催化剂和高温高压的作用下，焦油、酚氨会在高温下分解生成CO、H2、CH4等有效气体。
为了更好说明本发明提供的一种煤气化废水处理方法，下面将结合实施例及对比例进行详细说明。参见附图2所提供的煤气化废水处理的工艺流程完成实施例1-2、对比例1-2，具体参数详见表1。
表1
其具体结果如下：
实施例1
原料煤a吸附气化废水中的焦油、酚氨后，再与废水回收过来的碱金属催化剂进行负载，然后进入气化炉气化，工艺条件为3.5Mpa，700℃，实验结果显示碳转化率为88％，气体组分为：H2：44.5％，CO2：32.5％，CO：7.2％，CH4：15.8％。
对比例1
原料煤a没有吸附气化废水焦油、酚氨而只是直接负载碱金属催化剂后直接进入气化炉气化，工艺条件为3.5Mpa，700℃，实验结果显示碳转化率为78％，气体组分为：H2：43.0％，CO2：36.5％，CO：6.3％，CH4：14.2％。
实施例2
原料煤a吸附气化废水中的焦油、酚氨后，再与废水回收过来的碱金属催化剂进行负载，然后进入气化炉气化，工艺条件为3.5Mpa，750℃，实验结果显示碳转化率为92％，气体组分为：H2：44.9％，CO2：23.7％，CO：8.9％，CH4：22.5％。
对比例2
原料煤a没有吸附气化废水焦油、酚氨而只是简单负载碱金属催化剂后直接进入气化炉气化，工艺条件为3.5Mpa,750℃，实验结果显示碳转化率为87％，气体组分为：H2:43.8％，CO2：28.6％，CO：7.8％，CH4：19.8％。
由上述结果可看出，本发明实施例提供的煤气化废水处理方法由于使用了具有多孔结构且含有多种羧基、胺基官能团等结构特点的煤粉，使得气化废水中的焦油、酚氨等污染物得到较好地吸附，从而省去了繁琐的废水处理工艺；同时，该方法还有效地促进了对焦油、酚氨等污染物的裂解作用，生成了更多的有效气体，即本发明实施例1-2生成的CO、H2、CH4量明显高于对比例1-2所生成的CO、H2、CH4量。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤气化废水处理方法，其特征在于，包括：
利用煤粉对气化废水进行吸附过滤，得到含有少量杂质的废水溶液和吸附有大量杂质的煤粉；
利用所述废水溶液对气化煤渣进行洗涤，得到含有碱金属催化剂的废水溶液；
待所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉进行混合、负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述煤粉的粒径小于5mm。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在所述利用煤粉对气化废水进行吸附过滤之前还包括：
利用气化剂对负载碱金属催化剂的煤粉进行气化，得到富含甲烷的粗煤气和所述气化煤渣；
对所述富含甲烷的粗煤气进行洗涤并降温，得到富含甲烷的煤气和所述气化废水。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述气化废水的温度为30℃-80℃。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，对所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉进行混合、负载及干燥后，送入气化炉中，以反应生成有效气体，包括：
将所述含有碱金属催化剂的废水溶液与吸附有大量杂质的煤粉混合，然后用碱金属催化剂进行负载，待干燥处理后，得到吸附有大量杂质的含有碱金属催化剂的煤粉；
将所述吸附有杂质的含有碱金属催化剂的煤粉送入气化炉中，以反应生成有效气体。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在干燥处理后，仅有所述含有碱金属催化剂的废水溶液中的水溶液以水蒸汽的形式被除去，杂质和碱金属催化剂均负载在煤粉上。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述有效气体包括甲烷、一氧化碳和氢气。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述杂质包括焦油和酚氨化合物。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在所述吸附有大量杂质的煤粉中，所述杂质的吸附率为50％-85％。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述气化炉内的操作温度为650℃-850℃，操作压力为0.1-4MPa。
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