CN113061442B - 一种用于湿式氧化处理废水的上升管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于湿式氧化处理废水的上升管，具体是焦炉中可用于废水湿式氧化的上升管，包含煤气进口、煤气导出口、外管和内管组成的套管、套管内盐浴排放口和盐浴装入口、排列在套管夹层中的催化剂管道、催化剂管道的上部连通器、催化剂管道的下部连通器、废液进口和废液出口、膨胀节以及上、下法兰，以及连接于内管外壁的翘片；本上升管通过上升管夹层中填充熔融盐作为导热介质，在有效吸收荒煤气余热的同时，使上升管内壁温度分布更加均匀，可更好地改善上升管内壁结焦的问题，同时，通过在上升管夹层中排列可填充催化剂的管道，可实现充分利用上升管余热实现废水的的湿式氧化处理。

Description

一种用于湿式氧化处理废水的上升管

技术领域

本发明涉及一种用于湿式氧化处理废水的上升管，属于废水处理和荒煤气回收利用技术领域。

背景技术

炼焦工业经过一百多年的发展历史，这期间为实现炼焦工艺高效、低耗、低污染地进行，炼焦工艺的每个环节都需要不断优化。随着炼焦工艺不断大型化，焦炉节能高效，实现炉顶温度控制以达到二次热解获得更高产率的目的，对焦炉的各个结构都进行了优化改进。主要有：增大炭化室的容积、采用不同材质的燃烧室、采用不同厚度的炉墙、采用不同气流分布的蓄热室等。上升管直接与炭化室相连，一般是由钢板焊接或者铸造而成的，因为需要耐受高温，所以内部会衬以耐火材料。由炭化室进入上升管的荒煤气的温度可以达到700℃左右，经桥管处连续不断地喷洒75℃左右的氨水，氨水蒸发吸收大量的热，使煤气温度降低到80~100℃左右，而这些热量在焦炉输入热量中所占比例高达30%以上，该方法不仅浪费了大量地热，而且氨水和水资源地消耗量也极为庞大，增加了污水处理负担，同时由于高温应力等因素，上升管的损坏也极为严重，为减少上升管的热量损失，对上升管余热的回收方法层出不穷。上升管内荒煤气温度低于400℃时会有焦油析出，若荒煤气在上升管中停留时间久，上升管内壁温度低，则会使焦油大量析出附着于上升管内壁，造成上升管堵塞，上升管内壁沉积石墨也是一个急需解决的问题，沉积的层状石墨容易堵塞气体通道，使炭化室内压力增加导致炉门冒火冒烟。预防的措施大致有三种，加速荒煤气导出、保温和冷却。

近年来，一些焦化厂为了进一步改善炉顶的操作条件，都纷纷尝试了上述上升管加装水夹套、增设保温层、增加翅片等上升管改进方法，都取得了较好的效果，可以回收部分荒煤气的热量。

中国专利CN 211946897U公布了“一种焦炉上升管余热回收装置”王贵明在其专利《一种焦炉上升管余热回收装置》中，在上升管外加装蒸汽管、保温层、雾化器以及负压风机，在上升管中部加装废气处理装置，将上升管内热量用以对炭化室产生的煤气的初步处理，改进了上升管的结构和用处，但这种装置操作条件苛刻，对设备要求高，结构复杂，不宜维修，实施过程过于困难，很可能有部分的焦油因上升管内壁温度较低而冷凝回流到炭化室受热再次分解。

中国专利CN 102838996 A公布了“一种荒煤气余热利用方法和设备”，董久明在上升管内设置螺旋独立的双层套管，将荒煤气余热用于套管内工艺介质的加热，在对荒煤气热量进行回收的同时也可以防止荒煤气出口温度过高，但其在上升管内的螺旋双层套管部分极难更换，维修防护工作也难以进行，对荒煤气中焦油的析出情况没有改善。

中国专利CN 111964484 A公布了“一种喷涂陶瓷黑料的层流涡流式上升管荒煤气换热器”，周云辉、王政伟等人在其专利《一种喷涂陶瓷黑料的层流涡流式上升管荒煤气换热器》中，为减少上升管内焦油的析出和上升管内壁焦油附着量，在利用外设夹水层保持热量回收的同时在上升管内壁喷涂陶瓷黑料，上升管加水套是利用上升管管体作外壁，去掉衬砖，作一没有进水管和出气管的内套，使热水和汽与炉顶一侧的低压锅炉相连通，这种方式大大减少了石墨的生成，挂在内壁上的只是一层蓬松的物料，容易清除，但这种方式的弊端是耗钢较多，维护工作量大。

中国专利CN 111944543 A公布了“一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置”，刘向勇、蒋文荣在专利《一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置》中，该专利给上升管底座开设向一侧倾斜的旋转进风口，使荒煤气旋转上升增加对流换热的同时也防止了焦油凝结，但这些处理都利用水作为夹套中的传热介质，水在高温下产生蒸汽上升，易产生局部热应力使上升管局部损坏，水易泄露造成炭化室炉墙的损坏。

中国专利CN 211771111 U公布了“一种去除焦炉荒煤气有机硫的上升管装置”，程俊、张新民等人在专利《一种去除焦炉荒煤气有机硫的上升管装置》中，该专利通过对上升管增设气体混合阶段和加氢脱硫段，将上升管用于有机硫的脱除，废气经上升管气体混合阶段与荒煤气混合进入上升管内，可以从源头降低有机硫含量，但荒煤气温度过高，需先降温至脱硫所需温度，需要严格把握反应温度且有机硫加氢过程中副反应多，部分缩聚反应产生的副产物极难清除，会极大地增加上升管内壁附着物，加剧焦油凝结。

也有炼焦厂在内衬粘土砖的上升管外表加一层40mm的珍珠岩保温层，这样不仅改善了炉顶的操作条件，而且消除了石墨在上升管壁的沉积。虽然这种方法简单易行，但上升管的热量浪费了，增设的保温层会影响测温操作。目前对于上升管内余热的回收利用方法还处在持续研究过程中，如何实现上升管中煤气潜热的吸收利用和上升管的改进成为了研究的重点。

发明内容

本发明提供了一种炼焦工艺中利用上升管余热进行湿式氧化处理焦化废水的上升管，荒煤气进入上升管后可以通过夹层内的导热介质，将热量传递给在夹套中分布的填充催化剂的管道，通过内设翘片，在强化传热的同时保证了上升管内壁的光滑，在温度控制及上升管内壁光滑结构的双重作用下，为最大程度减少上升管内壁石墨的生成奠定基础，在保证上升管余热资源最大回收率的同时，实现了焦化废水的资源化处理。

本发明主要针对现有上升管热量回收效率低、上升管易沉积石墨等问题，采用光滑内筒结构，以高温熔盐为传热介质，通过内设可装填催化剂的内管，在保证上升管温度的同时减少石墨等物质的沉积，提高热量回收效率，同时实现利用余热降解焦化废水的目的。

本发明提供了一种用于湿式氧化处理废水的上升管，包含煤气进口、煤气导出口、外管和内管组成的套管、套管内盐浴排放口和盐浴装入口、排列在套管夹层中的催化剂管道、催化剂管道的上部连通器、催化剂管道的下部连通器、废液进口和废液出口、膨胀节以及上、下法兰，以及连接于内管外壁的翘片；

上升管底部设有煤气进口，顶部设有煤气导出口，上升管由套管密封，套管内部中心设有催化剂管道，催化剂管道分别连接上部连通器和下部连通器，连通器为环形管道，平行于上升管上下出口，其内径与垂直排布于套管内的催化剂管道相等，用于连通垂直于夹层内部的催化剂管道，上下部连通器分别设有废液进口和废液出口。

套管内填充有盐浴（导热介质），盐浴填充在套管夹层内，催化剂管道由上、下部连通器连通，与夹层盐浴隔离，套管的左侧底部设有盐浴排放口，右侧顶部设有盐浴装入口；

上、下部连通器都设有开口，催化剂通过上部连通器开口进行填充，反应过程中，废液通过泵进行加压，下部连通器开口作为废液进口进入催化剂管道进行反应，反应后的废液从上部连通器开口排出。

上升管中部装有膨胀节，可以吸收上升管在加热过程中由于热应力产生的尺寸变化，膨胀节与上升管焊接在一起，利用膨胀节可伸缩的特性，有效消除上升管在温度变化时的应力，保障上升管稳定工作。

进一步地，内管的规格视焦炉炉型而定，材质选用可在1100℃在长期使用的钢材；套管内填充的导热介质为熔点在300-500℃、分解温度≥800℃的熔融盐；填充催化剂的管道、催化剂管道的上部连通器与催化剂管道的下部连通器三者所组成的空间的承压能力≥4MPa，使用的材料能在≥750℃下长期使用。上升管中间部位设置有膨胀节，外壁需安装检测夹套内熔盐温度的传感器。

进一步地，套管的管体管体夹层剖面为环形结构，上升管内壁装有短翘片，可以增加传热面并对上升管整体起到加固稳定的作用，套管内均匀排布有催化剂管道，所述催化剂管道的直径为套管宽度（即套管外管与内管半径差）的40%-50%，催化剂管道内部填充催化剂，以保证夹层获得的热量可以维持湿式氧化法处理废水的反应持续进行。

本发明中可以回收利用上升管内余热进行湿式氧化处理废水的上升管，其内壁和外壁之间形成夹层，夹层中排布上下连通的管道，管道内填充用于湿式氧化反应的催化剂，夹层中内壁上排布着短翘片，可以增加换热面并使整个上升管结构更加稳固，内壁尽可能光滑，夹层空隙中填充导热介质。所述导热介质为熔点于300-500℃，分解温度大于800℃的熔融盐，例如:配比为21% NaCl+31% BaCl₂+48% CaCl₂的熔融盐。这样可最大程度保证上升管内壁的温度，减少石墨等物质的沉积。

本发明提供了上述用于湿式氧化处理废水的上升管的使用方法，包括以下步骤：在焦化生产过程中，产生的荒煤气进入上升管中，将热量由内壁传导至夹层中的导热介质，催化剂填充在催化剂管道中，废水从催化剂连通器入口进入内部管道，在温度和催化剂的双重作用下，实现废水中有机物的高效降解，实现废水的资源化处理。

具体地，炭化室产生的荒煤气从煤气进口进入上升管，所产生的热量通过内壁和翘片等传热面传导至夹层，降温后从煤气导出口进入后续工艺，余热通过夹层中填充的导热介质使夹层内温度达到湿式氧化法处理废水的条件，导热介质可选用熔点在300-500℃，分解温度低于800℃的熔盐（如21wt% NaCl+31wt% BaCl₂+48wt% CaCl₂），此时废水通过水泵进行加压从催化剂下部连通器的废液进口进入填充了催化剂的管道，在催化剂及高温高压的条件下进行氧化，降解后从催化剂上部连通器的废液出口排出，然后进入下一道工序，过程中由热应力等因素产生的压力由膨胀节进行缓冲，保证本发明涉及的上升管可以持续高效地进行荒煤气地导入、导出和废水的湿式氧化处理。

本发明的有益效果：

本发明的积极效果在于在保证上升管温度的同时减少石墨等物质的沉积，提高热量回收效率，同时实现焦化废水的降解；达到利用上升管余热处理焦化废水的目的。

附图说明

图1为用于湿式氧化处理废水的上升管结构图。

图2为图1中沿A-A线的剖视图。

图3为连通器与催化剂管道连接关系示意图。

图4为图1中沿B-B线的剖视图。

图中：1为煤气进口，2为煤气导出口，3为外管，4为内管，5为套管，6为盐浴排放口，7为盐浴装入口，8为催化剂管道，9为催化剂，10为上部连通器，11为下部连通器，12为废液进口，13为废液出口，14为膨胀节，15为法兰，16为翘片。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本发明提供了一种用于湿式氧化处理废水的上升管，如图1~3所示，包含煤气进口1、煤气导出口2、外管3和内管4组成的套管5、套管5内盐浴排放口6和盐浴装入口7、排列在套管5夹层中的催化剂管道8、催化剂管的上部连通器10、催化剂管的下部连通器11、废液进口12和废液出口13、膨胀节14以及上、下法兰15，以及连接于内管4外壁的翘片16；

上升管底部设有煤气进口1，顶部设有煤气导出口2，上升管由套管5密封，套管内部中心沿环形套管均匀设有若干个催化剂管道8（如图3所示），催化剂管道8分别连接上部连通器10和下部连通器11，用以连通催化剂管道并将催化剂与盐浴隔离。上部连通器10和下部连通器11分别为环形管道，水平设置于上升管进口和出口位置，平行于上升管上下出口，其内径与垂直排布于套管内的催化剂管道8等同，用于连通垂直于夹层内部的催化剂管道8，上下部连通器分别设有废液进口12和废液出口13。

套管内填充盐浴（导热介质），催化剂管道8由上部连通器10和下部连通器11连通，与套管夹层中的盐浴隔离，套管的左侧底部设有盐浴排放口6，右侧顶部设有盐浴装入口7；

废水参与反应的过程为：上部连通器10和下部连通器11设有开口，催化剂通过上部连通器开口进行填充，反应过程中，下部连通器开口作为废液进口，废液通过泵进行加压，从废液进口12进入催化剂管道进行反应，反应后的废液将上部连通器开口作为废液出口，从废液出口13排出，进入下一道工序。

上升管中部装有膨胀节14，可以吸收上升管在加热过程中由于热应力产生的尺寸变化，膨胀节与上升上升管焊接在一起，利用膨胀节可伸缩的特性，有效消除上升管在温度变化时的应力，保障上升管稳定工作。

进一步地，内管4的规格视焦炉炉型而定，材质选用可在1100℃在长期使用的钢材。套管5内填充的导热介质为熔点在300-500℃、分解温度≥800℃的熔融盐。填充催化剂的管道8、催化剂管的上部连通器10与催化剂管的下部连通器11三者所组成的空间的承压能力≥4MPa，使用的材料能在≥750℃下长期使用。上升管中间部位设置有膨胀节，外壁需安装检测夹套内熔盐温度的传感器。

进一步地，套管的管体夹层剖面为环形结构，上升管内壁装有短翘片16（见图2中所示），可以增加传热面并对上升管整体起到加固稳定的作用，套管内均匀排布有催化剂管道，所述催化剂管道的直径为套管宽度（即套管外管与内管半径差）的40%-50%（见图2中所示），催化剂管道内部填充催化剂9，以保证夹层获得的热量可以维持湿式氧化法处理废水的反应持续进行。

本发明中可以回收利用上升管内余热进行湿式氧化处理废水的上升管，其内壁和外壁之间形成夹层，夹层中排布上下连通的管道，管道内填充用于湿式氧化反应的催化剂，夹层中内壁上排布着短翘片，可以增加换热面并使整个上升管结构更加稳固，内壁尽可能光滑，夹层空隙中填充导热介质。所述导热介质为熔点于300-500℃，分解温度大于800℃的熔融盐，例如:配比为21% NaCl+31% BaCl₂+48% CaCl₂的熔盐。这样可最大程度保证上升管内壁的温度，减少石墨等物质的沉积。

本实施例提供了上述上升管的使用方法：在焦化生产过程中，产生的荒煤气进入上升管中，将热量由内壁传导至夹层中的导热介质，催化剂填充在催化剂管道8中，废水从下部连通器入口依次进入下部连通器、催化剂管道，在温度和催化剂的双重作用下，在催化剂管道中实现废水中有机物的高效降解，实现废水的资源化处理；套管夹层中设置的盐浴为废水降解过程提供热量。

具体地，炭化室产生的荒煤气从煤气进口1进入上升管，所产生的热量通过内壁和翘片等传热面传导至夹层，降温后从煤气导出口2进入后续工艺，余热通过夹层中填充的导热介质使夹层内温度达到湿式氧化法处理废水的条件，导热介质可选用熔点在300-500℃，分解温度低于800℃的熔融盐（如21wt% NaCl+31wt% BaCl₂+48wt% CaCl₂）；此时废水通过水泵进行加压，然后从催化剂下部连通器的废液进口12进入填充了催化剂的管道，在催化剂及高温高压的条件下进行氧化，降解后从催化剂上部连通器的废液出口13排出，进入下一道工序；上述过程中由热应力等因素产生的压力由膨胀节14进行缓冲，保证本发明涉及的上升管可以持续高效地进行荒煤气地导入、导出和废水的湿式氧化处理。

Claims (7)

1.一种用于湿式氧化处理废水的上升管，其特征在于：包含煤气进口、煤气导出口、外管和内管组成的套管、套管内盐浴排放口和盐浴装入口、排列在套管夹层中的催化剂管道、催化剂管道的上部连通器、催化剂管道的下部连通器、废液进口和废液出口、膨胀节以及上、下法兰，以及连接于内管外壁的翘片；

上升管底部设有煤气进口，顶部设有煤气导出口，上升管由套管密封，套管内部中心沿环形套管均匀设有若干个催化剂管道，催化剂管道分别连接上部连通器和下部连通器，上、下部连通器为环形管道，分别平行于上升管的上下出口，其内径与垂直排布于套管中的催化剂管道等同，上、下部连通器分别设有废液进口和废液出口；

套管内填充有盐浴，盐浴填充在套管夹层中，催化剂管道由上、下部连通器连通，与套管夹层中的盐浴隔离，套管的左侧底部设有盐浴排放口，右侧顶部设有盐浴装入口；

在上升管中部装有膨胀节，膨胀节与上升管焊接在一起；上升管的外壁安装检测夹套内熔融盐温度的传感器；

套管管体夹层的剖面为环形结构，上升管内壁装有短翘片，能增加传热面并对上升管整体起到加固稳定的作用；套管内均匀排布有催化剂管道，所述催化剂管道的直径为套管宽度的40%-50%，催化剂管道内部填充催化剂，以保证夹层获得的热量能维持湿式氧化法处理废水的反应持续进行；

所述上升管的使用方法为：在焦化生产过程中，产生的荒煤气进入上升管中，将热量由内壁传导至夹层中的导热介质，催化剂填充在催化剂管道中，废水从下部连通器入口依次进入下部连通器、催化剂管道，在温度和催化剂的双重作用下，在催化剂管道中实现废水中有机物的高效降解，实现废水的资源化处理；套管夹层中设置的盐浴为废水降解过程提供热量。

2.根据权利要求1所述的用于湿式氧化处理废水的上升管，其特征在于：内管的规格视焦炉炉型而定，材质选用在1100℃能长期使用的钢材。

3.根据权利要求1所述的用于湿式氧化处理废水的上升管，其特征在于：套管内填充的导热介质为熔点在300-500℃、分解温度≥800℃的熔融盐。

4.根据权利要求1所述的用于湿式氧化处理废水的上升管，其特征在于：填充催化剂的管道、催化剂管道的上部连通器与催化剂管道的下部连通器三者所组成的空间的承压能力≥4MPa，使用的材料能在≥750℃下长期使用。

5.一种权利要求1~4任一项所述的上升管的使用方法，其特征在于包括以下步骤：在焦化生产过程中，产生的荒煤气进入上升管中，将热量由内壁传导至夹层中的导热介质，催化剂填充在催化剂管道中，废水从下部连通器入口依次进入下部连通器、催化剂管道，在温度和催化剂的双重作用下，在催化剂管道中实现废水中有机物的高效降解，实现废水的资源化处理；套管夹层中设置的盐浴为废水降解过程提供热量。

6.根据权利要求5所述的上升管的使用方法，其特征在于：炭化室产生的荒煤气从煤气进口进入上升管，所产生的热量通过内壁和翘片传热面传导至夹层，降温后从煤气导出口进入后续工艺，余热通过夹层中填充的导热介质使夹层内温度达到湿式氧化法处理废水的条件，此时废水通过水泵进行加压从催化剂下部连通器的废液进口进入填充了催化剂的管道，在催化剂及高温高压的条件下进行氧化，降解后的废液从上部连通器出口排出进入下一道工序，过程中由热应力等因素产生的压力由膨胀节进行缓冲。

7.根据权利要求6所述的上升管的使用方法，其特征在于：导热介质选用熔点在300-500℃、分解温度高于800℃的熔盐；所述熔盐的组成为：21wt% NaCl+31wt% BaCl₂+48wt%CaCl₂。

Images