壳牌煤气化装置用水平衡及废水处理

李斌，朱亮

（天津渤化永利化工股份有限公司煤化工事业部，天津300452）

天津渤化永利化工股份有限公司（原天津碱厂）煤气化装置采用壳牌煤粉气化工艺，该工艺为干粉进料，气流床加压气化，单套装置日处理煤能力为2000t，气化炉采用水冷壁废锅结构，碳转化率高达99%，产品气体洁净，煤气中有效气在85%以上，节能环保，是当今世界上较为先进的煤粉加压气化技术之一[1]。在实际生产运行中，煤气化装置净化单元运行较稳定，但是仍然存在除盐水用量大，外排污水多等问题。本文就装置运行中遇到的问题进行分析，并提出具体的处理改造措施。

1 工艺描述

1.1 初级水处理系统

1.1.1 工艺特点

初级水处理系统的目的是处理煤气化装置的污水，包括来自湿洗工序的酸性排放水、来自除渣工序的激冷排放水、来自密闭收集系统的排放液等，将污水中的H2S、NH3、卤化物、氰化物以及灰浆进行初步处理。

此系统的技术特点如下：①基于设备设计煤种及高细渣量工况设计。②灰水经过减压闪蒸、汽提分离出灰水中的H2S、NH3、HCN等有害溶解气体。③污水经汽提澄清后，大量清水回用于气化渣系统，为控制系统含盐量，排出少量澄清水，澄清水中含有害物质少，便于处理。④为防止在SSS床层中CaO与CO2形成CaCO3沉淀，将C-1701气提塔设置为两个填料床层，从S-1403来的循环水进入下部填料层，P-1601来的循环水进入上部填料层，避免了沉淀物的形成。为避免CaCO3出现沉淀物的进一步措施是在酸性灰浆气提塔C1701中加入适量的酸液。⑤利用重力自然沉降，并通过向系统中添加絮凝剂来提高酸性灰浆处理效果，达到处理污水中固液分离。⑥分离出的灰浆经过浓缩后，通过真空带式过滤机进行真空过滤。

1.1.2 工艺流程简述

来自U1400单元（排渣单元）排放的渣水送至C-1701（酸性灰浆汽提塔）中部；来自U1600单元（湿洗单元）的废水送至C-1701（酸性灰浆汽提塔）上部。进入塔内的两股污水与从塔底部加入的低压蒸汽逆流接触，分离出CO2、H2S、NH3、HCN、HCl等气体排放至酸洗气体火炬；汽提后的酸性灰浆经空冷器降温冷却后同另外来自U-1400单元经P-1403A/B（细渣浆排出泵）加压的灰水、地下管网来的冷凝水、真空过滤液一起送至S-1701（澄清槽）澄清分离。同时加入絮凝剂，使其固体悬浮物浓缩、长大、自然沉淀，沉降至澄清槽底部，形成液固分离，干净的水从澄清槽外侧溢出，流入溢流槽，再经泵打到分配系统。底部出来的灰浆继续浓缩，最后通过真空吸附形成灰浆饼，含固量达到50%。多余的澄清水通过澄清槽溢流泵送往水处理系统进行进一步处理。

1.2 公用水系统

来自热电的除盐水一部分直接为初级水处理系统做密封冲洗水等，另一部分进入T3301（高压工艺水缓冲罐）经高压工艺水泵（P-3302A/B）送至各机泵做为高压密封水、仪表高压冲洗水和U1600单元（湿洗单元）补充水，当高压工艺水泵P-3302A/B出现故障后，P-3303A/B连锁启动，提供高压密封水和仪表的高压冲洗水。

来自P-1705A/B（澄清槽溢流泵）的澄清水进入T-3302（循环水缓冲槽），当澄清水量不足时，由从界区外送来的新鲜水进行补充。贮存在T-3302（循环水缓冲槽）的循环水由P-3306 A/B（低压循环水泵）送出低压循环水，用作V-1403/T-1401的冲冼填充水。

2 各类用水说明

2.1 除盐水使用

受制于气化炉用煤等因素，目前因合成气冷却器出口温度13TI0018偏高，洗涤塔C1601补水量较大。同时16FV0016A/B也存在内漏现象，排水量16FIC0016流量在10~15m3/h。为了维持洗涤塔液位的稳定，以1#炉为例C1601补水量维持在40m3/h，为了保证高压除盐水压力的稳定，P3302C多级泵运行。此外高压除盐水还用于P1401/P1402/P1601的机封水，破渣机的填料密封水以及相关仪表点的冲洗水，总流量在15t/h。

2.2 蒸汽冷凝液使用

在1#炉冷凝液系统改造后，净化单元低压密封水及S1702滤布冲洗水已全部改为蒸汽冷凝液，目前蒸汽冷凝液用量在10t/h，其中污染物分别为：pH7.5~8，SS＜100 mg/L，电导率100 us/cm，CODcr＜15 mg/L，总硬度＜50 mg/L，总碱度＜30mg/L，氯离子50mg/L，氨氮＜5mg/L，总铁＜1 mg/L。

2.3 外排污水情况

二套装置污水均通过P1705泵经17FV0010送往威立雅进行污水再处理，污水总流量为C1601外排水、V1401外排水、低压密封水以及使用的蒸汽冷凝液，单套装置总排水量在35 T/h左右。装置内外排污水中含污染物pH6.5，SS120 mg/L，电导率3000~4000 us/cm，CODcr150~200 mg/L，总硬度200~300 mg/L，总碱度150 mg/L，氯离子700~900mg/L，氨氮10~20mg/L,总铁15~25mg/L。

3 下一步改造说明

3.1 蒸汽冷凝液

因蒸汽冷凝液水质较好，可直接通过技术改造新增冷凝液罐对蒸汽冷凝液进行收集，安装冷凝液泵将收集的冷凝液用于低压密封水系统及真空带式过滤机的冲洗水。

3.2 外排废水

通过2~3数据可知废水中氯含量较高，而反渗透是用途最多的脱盐过程，能适用于很广的进水脱盐范围，而其它技术则或多或少的在盐浓度上受到限制。目前，该技术己经相当成熟，采用反渗透的方法进行高浓度含氯废水的脱盐处理，反渗透技术由于具有能耗低、系统设计先进以及长期的实际操作经验，己经成为富有活力的、相对经济的技术[2]。故可首先对废水进行过滤，之后采用反渗透技术对煤气化装置废水进行处理，经过处理后的废水可用于湿洗塔C1601的补水。

4 经济效益分析

4.1 以单套装置为例，通过蒸汽冷凝液回收可节约除盐水10t/h，除盐水按12元/t计，1a装置运行时长按8000h计算，可节约成本为12×10×8000=960000元/a。

4.2 通过蒸汽冷凝液回收后的污水产量为35t/h，通过反渗透处理后装置无污水外排。污水处理费用按25元/t计，则1a装置运行时长按8000h计算，可节约污水处理成本为7000000元/a。同时处理后的污水代替除盐水对C1601补水，可节约除盐水费用为3360000元/a。

综上所述，经过改造后可节约的总成本为1132万元/a。

总之，我国的资源分布决定了在能源消费结构中，煤炭将长期作为主要的一次能源[3]。通过对系统蒸汽冷凝液的回收以及对装置废水进行反渗透处理后再回收利用，可减少大量废水的外排，为企业节约大量废水处理费用降低了生产成本，同时真正做到装置废水的零排放。这样既达到了减排的目的，又能减少对自然水源的需求量，实现了开源节流的目标。