煤气发生炉污水处理方法的研究

2010-09-26张福旺陈伟峰李瑞敏

河南化工 2010年14期

关键词：焦油苯酚煤气

张福旺 ,陈伟峰 ,李瑞敏

(河南省新密市环境保护局 ,河南郑州 452370)

煤气发生炉污水处理方法的研究

张福旺 ,陈伟峰 ,李瑞敏

(河南省新密市环境保护局 ,河南郑州 452370)

介绍了处理焦油废水的物理、化学方法研究,采用一种全新的物理方法处理工艺,对焦油废水中的酚类化合物去除率达 100%,没有二次污染。该处理工艺具有设计简单可行、余热利用效率高、降低污水处理成本、处理效果明显等特点,为处理焦油废水提供了一套简单而行之有效的方法。

焦油废水 ;酚类化合物 ;去除效果

随着工业企业的飞速发展,煤气发生炉作为一种清洁能源的基础设备已被广泛应用于陶瓷、玻璃、耐火等各个行业。煤气发生炉具有清洁、热效率高、大气污染物排放量小等特点,同时它所产生的煤气与同热值的天然气、石油液化气相比价格最低。所以煤气发生炉在近几年的工业企业中使用量有显著增加。但是,煤气发生炉在产生煤气的同时,也产生了焦油和焦油废水。焦油废水因含有的成分非常复杂,用常规的方法无法得到有效的处理,所以该废水成为困扰企业环保的重要问题。新密市环保局与上海恒济石油技术开发公司通过一年多时间的研究,摸索出了适合处理煤气发生炉焦油废水的特有方法,该方法经过现场使用效果非常显著,值得推广应用。

1 焦油废水的来源及成分

焦油废水中的水主要来源于两个方面,一方面是煤中的水分;另一方面是过量的汽化剂凝结而成。焦油废水中有害成分主要来源于焦油,焦油是一种成分非常复杂的化合物,含有 100多种成分。所以水和焦油接触,焦油中的部分物质就溶解到水中,成为污水的主要成分。污水中主要危害成分有焦油、酚类物质、氨氮化合物、氰化物等。其中焦油含量1%～3%左右,酚类物质含量在 10 000 mg/L左右,其它化合物质含量低一些,危害最大的是焦油和酚类化合物,酚类化合物是一种原型质毒物,主要是甲基苯酚,是造成动植物死亡的主要物质。该物质常温下易挥发,有刺激性气味,水溶液无色,氧化后呈红色,所以焦油污水处理主要是处理焦油和酚类物质。

2 常用处理方法的种类分析

含酚废水的研究已经有多年历史,形成很多种方法,但到现在也没有一种方法是通用的、成熟可行的,所以现在很多机构仍然处在研究之中。以往的方法主要分为化学方法和物理方法两种。化学方法主要有碱反应法和氧化法,物理方法主要有过滤、萃取、焚烧等。

化学方法主要存在问题是处理不彻底,工艺太复杂,投资大。以碱反应方法为例,苯酚与碱反应生产苯酚钠,主要是通过苯酚蒸气与碱液反应,利用高温蒸汽加热含酚污水,使污水中的苯酚随蒸汽蒸发;然后通入碱液生成苯酚钠,从而达到脱酚的目的。该方法优点是投资少,方法简单;缺点是需要大量的蒸汽,能耗太高,成本也高,脱酚效果不够理想。同时,工艺比较复杂,生产的苯酚钠含量低,没有回收利用价值。

物理方法投资大,能耗高,处理成本高。以萃取法为例,利用一种特种溶剂,将溶解在水中的苯酚吸附出来,该方法适合集中处理和污水量大于 30 t/d。通过吸附可以将苯酚含量降低到几百毫克每升,吸附后的水可以循环利用;但仍达不到排放要求,需要进一步经过生化处理才能排放。优点是处理量大,成本相对较小;缺点是投资大,两步处理才能排放,还需要萃取设备和专用的萃取液,相当于建立一个小型化工厂,且处理后的水质仍达不到排放标准,还需要生化处理。焚烧方法能耗太高,处理一吨水消耗半吨煤,含酚污水通入焚烧炉,使酚类有机物质在1 100℃高温下燃烧分解,此方法操作简单,但成本太高,据测算,每焚烧 1 t污水需要几百元,所以效果不十分满意。

3 本方案的原理及工艺过程

经过一年的探索与研究,我们新采用的处理工艺是一种全新的工艺。

基本原理：将废水经过油水分离,过滤机械杂质,再经过雾化,利用余热空气对污水进行加热,产生的蒸汽作为汽化剂代替部分汽包产生的水蒸气使用。废水中的各种有机物在煤气发生炉中经过2 000℃以上的高温处理,能够完全燃烧掉,因此不存在二次污染问题。

处理过程：废水从焦油池抽出进入油水分离罐,经过二次油水分离,过滤后,将污水送到酚水蒸发器;酚水蒸发器经过和余热空气热交换,污水温度可以达到 80～120℃,产生的水蒸气经过汽水分离后进入煤气炉底部,作为汽化剂使用。

3.1 该方案的理论基础

水量的控制：煤气发生炉每燃烧 1 t煤需要 300 kg左右的水产生的蒸汽。而每吨煤产生的废水只有 30～50 kg;因此理论上这些废水完全可以转化成蒸汽作为汽化剂使用。另一方面随着水蒸发的苯酚在煤气发生炉中燃烧完全分解形成水和 CO2。这里说明一下煤气发生炉的结构：在煤气发生炉内部大致分四个区域,从下到上分别是煤渣层、氧化层(燃烧层)、还原层、干馏层 (煤层)。煤从上向下移动,水蒸气和空气从底部向上部运动,在燃烧层发生化学反应：

CO2向上运动在还原层与底部上来的水蒸气发生还原反应：

同样在氧化燃烧层苯酚也发生氧化反应：

所以从理论上说苯酚经氧化层以后就被燃烧成二氧化碳和水,不存在污染问题。没有被蒸馏出来的苯酚存留在污水的底部,这一部分还送到煤焦油中。

3.2 余热蒸发的可行性

无论是耐火厂、玻璃厂、陶瓷厂都存在大量的余热,这些热量随着烟囱都排入大气。余热的温度从几十度到几百度不等,余热气体在每分钟 8 000～1 5000m3不等,总热量每天大约有2.10×107～4.19×107kJ热量相当巨大,这样就为污水加温提供了保障。1 t水从0℃完全蒸发需要的热量为2.68×106kJ,余热的能量足以能够保障污水蒸发。利用余热蒸发不仅节约了能源而且使污水处理成本极大地降低,成为整个本方案成功的关键。

4 试验效果

我们在新密某耐火厂进行了试验,具体情况为：该耐火厂有直径 3.2 m煤气发生炉,每天燃煤 18 t,产生污水夏天 1 t左右,冬天 2 t左右,余热每分钟12 000 m3左右,余热温度 280℃左右。设计方案为酚水蒸发器换热面积为 100 m2,容积为 3 m3,引风机功率为 7.5 kW,油水分离器为 8 m3,二级分离;设计每小时蒸发量为 2 t。

经过一个月的试运行完全达到了设计要求,每小时处理污水 2.3 t,平均处理成本为 25元/t。没有任何二次污染和危害气体排放,方法是合理的,方案也是可行的,具有很高的使用和推广价值。