水煤浆气化渣水处理技术的相关研究

苏异峰

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

水煤浆气化技术是由美国德士古石油公司研发出来的，属于第二代煤气化技术。水煤浆一词是在1945年被提出的，并研发出了第一套中试设备，直到二十世纪八十年代才有所完善并大量应用。而我国是在1993年才引入德士古技术，并成立了中国第一套德士古水煤浆气化设备，随后便大量应用，经过应用范围的不断扩大，水煤浆气化技术的作用越来越明显，而且技术越来越完善，不过些问题也越来越突出，特别是渣水处理技术，必须马上展开改进。

1 德士古渣水处理系统

通常渣水处理技术主要包括两大环节，分别为：黑水处理与灰水循环。其中，黑水指的是从气化炉、水洗塔和渣池中排出的水；灰水指的是黑水经过闪蒸、絮凝、过滤以及澄清之后所排出的水，灰水可经过脱氧以后再循环使用。一般渣水处理技术有两大任务，分别为：①对从气化炉、洗涤塔以及渣池排出的黑水展开渣水分离处理。②充分回收此过程的热量。传统的德士古气化渣水处理系统图如图1。

图1 气化渣水处理系统图

2 水煤浆气化渣水处理技术存在的问题和原因

2.1 存在的主要问题

水煤浆气化渣水处理技术存在的问题主要有两个，第一，在渣水处理过程当中，由于黑水不断流动，因此黑水管线极易发生堵塞，同时闪蒸罐和灰水换热器也极易结垢，这就会严重阻碍处理的运行。第二，由于高压闪蒸和真空闪蒸的管道与阀门极易发生腐蚀，因此会给处理过程带来严重的阻碍效果。

2.2 造成的主要原因

针对上述的堵塞与腐蚀情况来说，造成的主要原因有两个，分别为：①黑水的固体含量较多且硬度大。如果黑水的固体含量过多时，其固体物质极易聚集在灰水当中，形成碳酸钙的结晶，进而堵塞管道。②循环灰水里的氯离子含量较大。当氯离子的含量超过500x10-6时，则会严重腐蚀管道。而且在渣水处理的过程当中会有许多个减压环节，当压力减至流体饱和汽压以下时，就会产生汽蚀效果，进而腐蚀阀门与管道。

3 改进措施

为了有效解决渣水处理过程中存在的问题，可以采用很多种方法，主要包括：降低固体含量法、减小硬度法和技术优化法等。

3.1 降低固体含量法

降低固体含量法可通过四种技术来完成，分别为：分级净化技术、固液旋流风分离技术、黑水过滤技术以及喷射去除固体物技术。①分级净化技术。因为德士古技术把粗合成气的洗涤器润湿以后直接放入洗涤塔中，所以合成气洗涤均是在水洗塔中进行的，不过大流量合成气洗涤会受影响。而且大部分的细灰都存在于洗涤水中，如果将此部分的水用来激气化炉，肯定会加大气化炉中的细灰含量，这样就会使管道发生堵塞。并且粗煤气中具有很多的飞灰，这些飞灰亲水性很差，所以根据此特点可采用分级净化技术进行改善。此技术的运行原理为先使高温煤气进到混合器与水接触，然后通过旋风分离器进行分离，最后在水洗塔中展开二次洗涤。因为分级洗涤除尘的合成气含尘很少，所以水洗塔的洗涤水中固体含量很少，能够有效避免结垢发生。②固液旋流风分离技术。此技术主要是通过固流分离器将黑水中的炭黑与水进行分离，经过分离以后的灰黑水浓度会低于30x10-6，所以此技术对水煤浆气化渣水处理具有很大的作用。③黑水过滤技术。此技术先使用胀鼓列管过滤器将黑水里的固体物质过滤掉，过滤之后的黑水浓度会降至50x10-6，这时就可直接回收利用。而且此技术不需要絮凝剂，这便很大程度地减少了费用及成本。此技术的主要特征是把激冷室的黑水从气化反应器的底部排出，然后采用过滤器去除其中的固体物质。④喷射去除固体物技术。此技术主要应用的是液面喷射泡沫法，其运行原理是在炭黑水里加入活性剂，使其持续的喷射，让固体物质得到充分的分离，分离率已超过96%，分离以后的灰水净化度可达800x10-6，效果非常好。

3.2 减小硬度法

减小硬度法最常用的一种方法就是石灰纯碱软化法，此方法的应用原理为先把灰水和石灰水相互混合，然后加入纯碱水进行沉淀。此种方法不仅成本低、投资少，而且操作简单、效果明显，能够将1 000mg/L以上硬度的灰水减少到350mg/L以下，因此得到了大量的应用，将石灰纯碱软化法应用到渣水处理技术当中能够有效降低灰水的硬度。不过此方法会增加钠离子，而且对氯离子没有效果。

3.3 技术优化法

技术优化法可从四个方面具体展开：①应用防腐材料和抗磨材料，这样非常利于防止管道和阀门发生腐蚀、磨损。同时还可以对减压阀后面的管道采用耐磨陶瓷材料，这样能够有效起到防腐作用。②采用间接换热法。德士古技术对热量回收大部分应用的是换热器，但换热器的换热面积小、阻力大，所以很容易发生结垢情况，进而堵塞管道，由此热量回收的效率会很差，清理也比较困难，一般使用60d 左右就必须对灰水加热器进行清理，所以工作量会很大，为此人们便对气化技术采用了间接换热法。其运行原理为：先分别使黑水从气化炉、旋风分离器和水洗塔减压出来，然后蒸发进蒸发室中进行闪蒸，经过闪蒸以后的水蒸气会从上升管进到热水室的填料层中，和低压灰水进行换热，这样低压灰水就会加热再返回到设备当中循环应用，运用此种热回收技术，不仅闪蒸汽及灰水的温差很小，而且热回收的效率很高，所以优化效果非常良好。而且蒸发热水塔的填料层运行周期很长，所以清理非常方便，只需要使用机械简单的清理便可。③使用高温高压黑水后设置功量交换器。因为德士古水煤浆气化技术所生成的黑水压力会很大，但是此压力却没有被有效运用，只是直接进到闪蒸设备当中，所以应用高温高压黑水后设置功量交换器，可以有效地将此压力转化成机械能，这样不仅起到了节能作用，而且还有效避免了阀门和管道的腐蚀效果。④在闪蒸罐底安装集渣罐。因为黑水的硬度很大，会随着闪蒸的过程其碳酸钙处于饱和状态，并吸附在管道的内壁上，从而形成较厚的污垢，如果此时温度较高，因为设备与污垢的膨胀程度相差较大，所以灰垢很容易发生脱落，进而堵塞管道，这时在闪蒸罐底安装集渣罐能够有效防止灰垢进入调节阀，避免管道发生堵塞。

4 总结

通过上述内容可知，水煤浆气化技术渣水处理技术仍存在很多问题，这些问题会直接影响到气化装置的运行效率，截止到现在虽然已改善了很多技术，但是还不彻底，尤其是管道、阀门的堵塞、结垢和腐蚀问题还非常严重，需要进一步地改善和调整。