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鲁奇炉煤气化废水处理


第4期 2014年7月



氮肥

No.4 Jul.2014

M—Sized Nitrogenous Fertilizer Progress

鲁奇炉煤气化废水处理
张俊霞
(晋煤金石化工投资集团有限公司,河北石家庄050041)

[摘要]概述了鲁奇炉煤气化过程中产生废水污染物的情况及国家排放标准,详细介绍了鲁奇炉煤 气化废水处理技术的应用情况,并对我公司鲁奇炉煤气化废水处理工艺进行了简要介绍,期望能为同类装 置的工艺设计、优化和改造提供参考。 [关键词]鲁奇炉;煤气化;环保标准;废水处理;工艺优化 [中图分类号]X
703.1

[文献标志码]B

[文章编号]1004—9932(2014)04—0009—04

B GL Coal Gasification

Waste Water

Treatment
05004

ZHANG Junxia (Jinmei]inshi Chemical
Investment Group

Corporation,Shijiazhuang

1,China)
course

Abstract:This paper outlines the situation of waste water and contaminant produced in the
gasification. It details the application of waste water treatment

of BGL coal

technology, brieflv introduces the waste water

treatment process and expects to provide reference for the process design,optimization and modification of the same kind plant.

Key

Words:BGL;coal

gasification;environmental protection standard;waste Water treatment;process opti—

IllizatinT]

4,3.8 Ill第三代鲁奇炉(开三备一),原料选用 晋城无烟煤(粒度5~50 illnl),单炉粗煤气气

20世纪30年代,德国鲁奇公司开发出碎煤
固定床加压气化技术,经过几十年的不断改进与 创新,已成为工业应用中较为成熟的煤气化技 术。鲁奇炉具有以下特点:原料适应范围广,除

量设计值38

400

Ill3/h。目前我公司的鲁奇炉煤

气化装置虽未投运,但在今后的运行过程中,气 化废水的稳定达标排放对企业的生产与发展至关
重要。因此,以下对国内鲁奇炉煤气化废水处理

黏结性较强的烟煤外,从褐煤到无烟煤均可气
化;可气化较小粒度的碎煤(原料粒度5~50 nlnl);可气化水分、灰分含量较高的劣质煤;单 炉生产能力大等。因此,该煤气化技术在国内外

技术及应用情况进行介绍,以期能为今后我公司
鲁奇炉煤气化废水处理装置的运行及工艺优化提 供借鉴和帮助。


得到推广和应用。在国外,使用厂家有南非萨索
尔(Sas01)工厂、美国北达科他州大平原煤制

鲁奇炉煤气化废水情况及国家污水排放标准

1.1废水情况 鲁奇炉煤气化反应生成的粗煤气在洗涤冷却

天然气工厂等。我国主要使用厂家有河南煤业化
工集团义马气化厂、黑龙江省哈尔滨气化厂、山

过程中会产生大量废水(每气化1 t煤就会产生
0.8~1.0

西天脊煤化工集团有限公司(原山西化肥厂)、
云南解化等。我公司藁城分公司一期工程也采用 了鲁奇炉碎煤加压气化技术,共安装了4台
[收稿日期]2013一01—18 [作者简介]张俊霞(1966),女,高级工程师,硕士学位。

n13的气化废水),废水中污染物组成

复杂且浓度较高。废水中各污染物浓度因鲁奇炉

气化使用的煤种、原料煤中各组分含量以及加压 气化操作条件的不同而不同。
鲁奇炉煤气化废水的主要污染物及浓度范围 见.表1。

万方数据

?10?

中氮肥
鲁奇炉煤气化废水主要污染物及浓度
浓度 ∞ ∞
引引如

第4期

表1

一系列问题,联合高校、研究院所进行研究,不 断改进并完善处理工艺,开发出很多实用性较好 的技术。目前,鲁奇炉煤气化废水处理系统一般

污染物
酚/mg?L。1

∥如
删∞


氨氮/mg?L。1


采用废水预处理一生化处理一深度处理三级处理
工艺。
表2合成氨企业水污染物排放浓度限值及 单位产品基准排水量对照

COD/mg?L

肌仍
卜枷

氰化物/mg?L。1 悬浮物/mg?L。1
焦油/%

¨:; ∞
“O n 忪 mo
加O 墙

轻油/%

项目

大型

中型

限值

从表1可以看出,鲁奇炉煤气化废水的氨
氮、挥发酚、COD等含量高,必须通过有效处 理使其达标排放。 1.2污水排放标准

一级二级一级二级直接排放间接排放

中华人民共和国环境保护部((2012年环境 统计年报》的统计结果显示:2012年全国废水 排放量684.8亿t,废水中各主要污染物年排放
量分别为化学需氧量24 石油类17 kt、挥发酚1
237

kt、氨氮2

536 kt、
t。

481.4

t、氰化物171.8

我国水资源十分紧张,为控制水体污染,国家相

继制定并实施了越来越严格的环保排放标准,对
排水量及排放废水中污染物浓度都作了严格的规 定。煤化工项目耗水量较大,将面临巨大挑战。
注:①单套装置合成氨产能≥300 ki/a;②单套装置合成 氨产能<300
ki/a。

新出台的GBl3458--2013《合成氨工业水污染物 排放标准》与原来的GBl3458--2001[2000年 12月31日之前建设(包括改、扩建)的单位,
至2014年6月30日止执行该标准]相比,以中 型企业(单套装置合成氨产能<300 kt/a)为 例,单位产品(吨氨,下同)的基准排水量由 原来的60 m3降为30 m3,从2016年1月1日

表3

新建企业水污染物排放浓度限值及 单位产品基准排水量

氨氮/mg?L。1 化学需氧量/mg?L。 氰化物/mg?L。1 悬浮物/mg?L。1 石油类/mg?L。1 挥发酚/nlg?L。1 硫化物/mg?L。1
;oH

25 8O m2 O 3 5。一m 1 5

孔,

如O
m2

起,对废水中污染物浓度排放要求更加严格,单
位产品基准排水量降为10 m3。自2014年7月1

加O
3 m1 m5

日起至2015年12月31日止,现有企业执行表2 所规定的水污染物排放限值。新建企业自2013 年7月1日起执行表3所规定的水污染物排放限 值;现有企业自2016年1月1日起也按照新建企
业的标准执行表3所规定的水污染物排放限值。 2鲁奇炉煤气化废水处理技术 鲁奇炉煤气化废水的特点是污染物浓度高、 成分复杂,废水中含有大量悬浮物、油、氨、氰 化物和酚类(苯酚、甲基苯酚、二元酚、多元

o m卜3 5
m5 10

卜E
矾,
L 5

总氮/mg?L。1 总磷/“g?L。1 单位产品基准排水量/m3

2.1废水预处理 2.1.1油回收及悬浮物去除 鲁奇炉煤气化废水中一般焦油含量为0.8%~ 1.0%(质量分数)、轻油含量为0.12%~0.5% (质量分数)、悬浮物含量为400~1
500 mg/L,

酚等)等物质,属高浓度有毒难降解的工业废
水。多年来,各生产企业针对废水处理中出现的

气化所用原料煤种不同,废水中各物质的含量也

万方数据

第4期

张俊霞:鲁奇炉煤气化废水处理

不同。一般利用废水中不同组分的密度差采用重

塔顶排出酸性气体,氨从侧线抽出。采用甲基异
丁基酮(MIBK)代替原来的二异丙基醚 (DIPE)作为酚萃取剂,大大提高了废水中多元 酚的萃取率。目前该工艺已在工业生产中得到应 用,并取得了满意效果。改进后的废水预处理工 艺与原工艺相比较,废水中污染物处理前后浓度 对比见表4_l J。
表4 2种预处理工艺出水中污染物浓度对比

力沉降法将煤气化废水中的焦油、轻油、灰分离
出来。

含尘煤气化废水经废热锅炉等换热降温后进
入膨胀器,经焦油分离器分离出轻油、焦油和

尘,再经过滤器进一步除尘后送往酚氨回收装
置。鲁奇炉煤气化废水中含油量高,焦油黏度 大,分离过程中选择40~70 oC之间的某一温度 能达到最佳的分离效果。 2.1.2酸性气体脱除 分离油、悬浮物后的废水进入汽提塔,汽提

出废水中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体,使废
水中c02含量由4
000~11 000



5 140

1 100~1 300 350 1 500~2 000 5 500~6 500

76 96 60 76

350 300

93 96 >99 92

mg/L降至1

500

氨8 500
C02 COD 4 500 25 000

mg/L以下,H2s含量由50~200 mg/L降至50
mg/L。

微量
2 000

2.1.3脱酚 鲁奇炉煤气化废水中总酚含量因气化原料煤 种不同而差异较大,气化煤种越年轻,废水中总 酚含量越高。 脱除酸性气体后的含酚废水冷却后进人萃取 塔,采用二异丙基醚(DIPE)溶剂逆流萃取, 萃取后的含酚萃取剂送人酚塔进行精馏,精馏后

2.2废水生化处理 自然界中存在着大量依靠有机物生活的微生 物,它们不仅能将一般的有机物分解氧化为稳定 的化合物,而且还能转化有机毒物(如酚等) 以及由微生物营养元素构成的无机毒物(如氰

化物、硫化物等)。生物脱氮是微生物在好氧条 件下使氨氮氧化成硝酸盐,然后在缺氧条件下将
硝酸盐还原成N:。废水生化处理就是利用微生 物分解氧化有机物、无机毒物等的功能,采取一 定的措施创造更有利于微生物生长、繁殖的环

的萃取剂循环使用,精馏出的粗酚作为产品送
出。脱酚后废水中的挥发酚由2
900~3 900 mg/L 600~3 600

降至600 mg/L以下,不挥发酚由1 mg/L降至600 mg/L以下。 2.1.4氨回收

境,使微生物大量繁殖,提高其氧化分解有害物
质效率的一种废水处理方法。鲁奇炉煤气化废水 的生化处理方法有生物膜法、活性污泥法、Bio— Dopp工艺等。 2.2.1生物膜法 废水预处理后经泵送至塔式生物滤池,生物 滤池内装有作为生物膜载体的填料,废水自上而 下通过填料,通过与氧和生物膜的接触将废水中 的有机物、氰化物等污染物去除。 2.2.2序批式活性污泥法(SBR) 废水经预处理后进人SBR反应池进行处理。 反应池是序批式活性污泥法的核一t2,,该池将传统 活性污泥法的调节池、初次沉淀池、曝气池及二

废水中氨回收一般以蒸汽汽提精馏为主,包

括汽提、提纯和精馏3个步骤。经过萃取的废水
加碱后进入脱氨塔,侧线采出氨气,精制成液

氨。回收氨后废水中游离氨含量由3 000~9 000 mg/L降至50~100 mg/L,非游离氨含量由1 500~
4 000

mg/L降至200~300 mg/L,脱氨后的废水

进入生化处理。 2.1.5废水预处理新工艺 在煤化工企业废水预处理工序实际生产运行

过程中,常出现设备结垢、堵塞问题,并且酚回 收后废水中总酚、CO:、C01)含量仍较高,影响
后续生化处理。对此,华南理工大学进行了深入

次沉淀池集于一体,工艺简单,投资较省;反应
池的池型有圆形和矩形2种,由于圆形占地面积 大,工程实际中常采用矩形,一般池深4~6
nl,

理论研究和科学试验,提出了将脱氨单元前移, 采用单塔加压汽提侧线抽提装置同时脱酸脱氨的 新工艺流程。该装置分为3段,从上到下依次为
酸性气体精馏段、酸性气体汽提段和氨汽提段。

池宽:池长=(1:1)~(1:2),一般情况下池数≥

2座¨。。SBR工艺一个完整的运行周期由进水

万方数据

?12?

中氮肥

第4期

期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期5个阶段 组成,系统通过好氧/厌氧交替运行,能够在有
效去除有机物的同时达到较好的脱氮效果,COD 去除率达94.3%,氨氮去除率达85.7%。
2.2.3



我公司鲁奇炉煤气化废水处理工艺方案 分


3.1

分离分为3步进行:第一步是闪蒸,含油煤 气化废水与含尘、焦油煤气化废水分2股分别进

BioDopp工艺

BioDopp工艺是一种新型、高效的生化污水

入2个结构不同的膨胀器,通过扩容降压,将溶 解在水中的气体闪蒸出来,废水降至常压;第二
步是分离,废水膨胀减压后进入油分离器和初焦 油分离器,利用不同组分的密度差分离出油、焦 油和尘;第三步是过滤,设置了双介质过滤器, 过滤除去废水中夹带的油、尘和杂质。

处理技术。该工艺的关键是微生物的驯化,溶解
氧浓度控制在0.15~0.35 mg/L(传统活性污泥 工艺一般控制在2 mg/L左右),接近自然的生

长条件,有利于微生物的培养驯化,也有利于包 括反硝化细菌在内的兼性微生物生长;反应池中
的污泥浓度控制在8~10∥L(普通活性污泥法 一般控制在2~3 g/L)。河南省煤气集团义马气 化厂鲁奇炉煤气化废水BioDopp工艺的应用研究 表明:废水COD、氨氮、总酚和总油去除率分 别为98.45%、99.3%、99.9%、99.32%,出 水COD、总氮含量明显优于原有工艺,且节省 运行费用p o。 2.3深度处理 鲁奇炉煤气化废水经生化处理后,废水中残

3.2汽提
过滤后的煤气化废水经加压、预热后进人汽

提塔上部,蒸汽从塔的下部加入,浓度为20%
的碱液也加入汽提塔中;处理后的废水经换热冷

却降温至40 oC,经减压阀减压至0.5 MPa后去
污水生化处理。
3.3

生化处理

生化处理采用A2/O法,即厌氧一缺氧一好 氧法。整个污水处理系统分为2组,并联独立运 行。采取的工艺流程为:废水_细格珊_调节池j A2/O池j沉淀絮凝反应一体池j达标出水。


余的悬浮物、细菌、氮及少量微生物难降解的有 机物使废水的COD、色度等指标不能达到排放
要求,需进一步对其进行深度处理。应用较多的 深度处理工艺有混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧 化法等。 2.3.1混凝沉淀 混凝沉淀是通过向废水中投加药剂(常称

结语 我国是煤炭生产大国,近年来国内新型煤化

工发展迅猛,鲁奇炉煤气化是煤化工较为典型的 气化技术之一,气化过程中废水的稳定达标排放

为混凝剂)使废水中难以沉淀的胶体颗粒相互
聚合并长大至能自然沉淀的程度。对于鲁奇炉煤 气化废水,工业生产实际中。深度处理常用的混 凝剂为聚合氯化铝,其适宜pH范围较宽(5~ 9),矾花形成块,颗粒大而重,沉淀性能好,

对企业生产与发展至关重要。希望以上国内鲁奇
炉煤气化废水预处理、生化处理及深度处理工艺 的介绍能为我公司将要投运的鲁奇炉煤气化废水

处理设施的运行及工艺优化提供一些借鉴,同时
也为同类装置的工艺设计、优化和改造提供一些

水温低时仍能保持稳定的混凝效果,对污染严重
以及低浊度、高浊度、高色度的废水都可达到好 的混凝效果。 2.3.2活性炭吸附 吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的 过程,多孔性固体物质可以用来作为吸附剂,如

参考。
[参考文献]
[1]钱宇,周志远,陈赞,等.煤气化废水酚氨分离回收 系统的流程改造和工业实施[J].化工学报,2010,61
(7):1 821—1 828

活性炭、煤渣等,其中以活性炭使用最为普遍。
活性炭对于酚类、色素、难于生物降解的少量有

[2]潘涛,李安峰.废水污染控制技术手册[M].北京:化 学工业出版社,2013 [3]李雪萍,蔡少华,苗建林.BioDopp工艺在鲁奇气化炉废水 处理上的应用研究[J].河南化工,2012,29(11):46—
49

害物质有很好的吸附性能,使用后可进一步降低
废水中各污染物的含量。

万方数据

鲁奇炉煤气化废水处理
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 张俊霞, ZHANG Junxia 晋煤金石化工投资集团有限公司,河北石家庄,050041 中氮肥 Nitrogenous Fertilizer Progress 2014(4)

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