利用高濃度廢水制備水煤漿聯(lián)產(chǎn)合成氨技術(shù)在公司的運(yùn)用

■ 李仁軍

利用高濃度廢水制備水煤漿聯(lián)產(chǎn)合成氨技術(shù)在公司的運(yùn)用

■ 李仁軍

1.背景簡(jiǎn)介

中鹽安徽紅四方股份有限公司合成氨生產(chǎn)氣頭采用的是水煤漿氣化技術(shù)，需要制備水煤漿，即將原料煤、水、添加劑等按照一定比例加入棒磨機(jī)，制成合適濃度的水煤漿，經(jīng)加壓送到氣化爐與純氧燃燒生產(chǎn)合成氣。公司氯堿系列產(chǎn)品之一保險(xiǎn)粉，由于工藝條件的限制，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生部分生成水及原輔材料帶來的工藝水，因此在合格的保險(xiǎn)粉產(chǎn)出之際，整個(gè)保險(xiǎn)粉生產(chǎn)裝置也產(chǎn)生出大量的廢液。這部分廢液經(jīng)過蒸發(fā)過濾處理，殘?jiān)鳛楣虖U填埋，蒸發(fā)冷凝液作為廢水排到污水站，但這部分冷凝液COD含量高，處理難度大，增加污水處理站的運(yùn)行費(fèi)用。公司在“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”的思路指導(dǎo)下，采用保險(xiǎn)粉殘液處理蒸發(fā)冷凝液送到氣化裝置作為制水煤漿用水。從而減少了污水處理量，降低了運(yùn)行成本，節(jié)約了水資源，實(shí)現(xiàn)了廢水的綜合利用。

2.可行性論證

2.1 水煤漿制氣反應(yīng)機(jī)理

水煤漿與氧氣經(jīng)過燒嘴霧化混合后噴入氣化爐內(nèi)，在壓力為6.5 MPa、溫度為1300～14000C的條件下發(fā)生反應(yīng)，生成以CO、H2為有效成分的粗煤氣，反應(yīng)溫度較高，不生成焦油、及高級(jí)烴等易凝聚的副產(chǎn)物，所以對(duì)環(huán)境的污染較小。氣化反應(yīng)速度非常迅速，水煤漿細(xì)顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間僅為4～6秒鐘，反應(yīng)生成的甲烷含量較少，一般僅為0.1%以下，碳的轉(zhuǎn)化率較高，可達(dá)95%以上。由于氣化爐內(nèi)的反應(yīng)非常復(fù)雜，一般認(rèn)為分三步進(jìn)行：

2.1.1煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒

水煤漿和純氧進(jìn)入高溫氣化爐后，水分迅速蒸發(fā)為水蒸汽。煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物及易揮發(fā)，成分在高溫、高氧濃度的條件下迅速完全燃燒，同時(shí)煤粉變成煤焦，放出大量的反應(yīng)熱。因此在合成氣中不含焦油、酚類和高分子烴類。該過程進(jìn)行得相當(dāng)短促。

2.1.2燃燒和氣化反應(yīng)

煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成CO、CO2等氣體，放出反應(yīng)熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽、CO2等發(fā)生氣化反應(yīng)，生成CO、H2。

2.1.3氣化反應(yīng)

經(jīng)過前兩步反應(yīng)后，氣化爐中的氧氣已完全消耗。這時(shí)主要進(jìn)行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽、CO2發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H2。

一般認(rèn)為，在氣化爐中主要進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：

部分氧化反應(yīng)：CmHnSr＋m/2O2→mCO+(n/2-r)H2+rH2S+Q

煤的燃燒反應(yīng)：CmHnSr＋(m+n/4-r/2)O2→(m-r)CO+n/2H2O+rCOS+Q

煤的裂解反應(yīng)：CmHnSr→(n/4-r/2)CH4+(m-n/4-r/2)C+rH2S-Q

CO2還原反應(yīng)：C+CO2→2CO-Q

碳的完全燃燒反應(yīng)：C+O2→CO2+Q

非均相水煤氣反應(yīng)：C+H2O→H2+CO-Q

甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)：CH4+H2O→3H2+CO-Q

逆變換反應(yīng)：H2+ CO2→H2O +CO-Q

同時(shí)還可能發(fā)生以下副反應(yīng)：COS+H2O→H2S+CO2

這些副反應(yīng)生成的酸性產(chǎn)物可能會(huì)使渣水的PH值降低，呈酸性，造成渣水系統(tǒng)設(shè)備和管道的腐蝕。氣化反應(yīng)中生成的硫化物主要以無機(jī)硫H2S的形式存在，有機(jī)硫COS的含量很少。

2.2 保險(xiǎn)粉殘液蒸發(fā)冷凝液

保險(xiǎn)粉殘液是保險(xiǎn)粉合成母液加堿生產(chǎn)亞硫酸鈉副產(chǎn)品并提取出來，再經(jīng)精餾提取其中的甲醇后所剩下的重組分液體，這部分重組分液體再經(jīng)過蒸發(fā)，蒸發(fā)殘?jiān)?jīng)過調(diào)值、萃取、過濾有用物質(zhì)后的濾液送殘液焚燒；蒸發(fā)冷凝液COD值高，約在4萬左右，主要是含碳低鏈有機(jī)化合物?？梢匝趸蒀O、CO2等物質(zhì)。

如果這部分蒸發(fā)冷凝液作為氣化車間制水煤漿用水，一是節(jié)約水煤漿工藝水消耗，二是減少污水排放量，無論從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境角度上來看，都是可行的。

3.采取的方案

由于合肥化工企業(yè)整體整合搬遷至肥東經(jīng)濟(jì)循環(huán)示范園，氣化車間與保險(xiǎn)粉車間相隔距離只有2公里多，為保險(xiǎn)粉蒸發(fā)冷凝液輸送至氣化車間生產(chǎn)裝置創(chuàng)造有利條件。公司采用管道輸送方式輸送保險(xiǎn)粉蒸發(fā)冷凝液，并在肥東經(jīng)濟(jì)循環(huán)示范園內(nèi)新區(qū)建設(shè)初期就做了整體規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工。

煤貯運(yùn)系統(tǒng)送來的粒度約小于＜10mm碎煤進(jìn)入煤貯倉后， 經(jīng)煤稱量給料機(jī)稱量后送入磨機(jī)中。

PH值調(diào)節(jié)劑和以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的添加劑由人工加入到添加劑溶解槽中，加入一定量的新鮮水并通入0.5MPa的低壓蒸汽溶解成濃度約為4～6 %的溶液， 由添加劑槽給料泵送至添加劑槽中貯存， 并由添加劑計(jì)量給料泵送至磨機(jī)中。

脫硫脫碳廢水、精餾廢水、渣水處理崗位來的低壓灰水、保險(xiǎn)粉蒸發(fā)冷凝液和新鮮水送入到磨機(jī)給水槽中，用液位調(diào)節(jié)閥控制磨機(jī)給水槽液位，再由制漿水泵將制漿水（32m3/h）送往磨機(jī)中。

煤、添加劑和制漿水一同送入磨機(jī)中研磨成一定粒度分布、濃度約為59～62%、粘度為600～1500CP的合格水煤漿，再經(jīng)磨機(jī)出口滾筒篩濾去大顆粒后溢流至磨機(jī)出口槽中，通過低壓煤漿泵送到氣化崗位。

制漿崗位送來的煤漿進(jìn)入煤漿槽中，再通過高壓煤漿泵將水煤漿（8.5MPa、42m3/h）送入到工藝燒嘴中。

在該方案實(shí)施落實(shí)過程中，經(jīng)過多次外出考察與反復(fù)論證的準(zhǔn)備工作，編寫了相關(guān)的操作規(guī)程，培訓(xùn)操作人員，在2014年保險(xiǎn)粉開車后，蒸發(fā)冷凝液送至氣化車間用于制水煤漿。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，對(duì)氣化裝置本身及氣化能力，質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，沒有發(fā)現(xiàn)影響，而且污水處理站進(jìn)站污水COD值均在可控范圍內(nèi)，可以說明此次技改達(dá)到了預(yù)期目的。

4. 方案效果

4.1 減少水煤漿用水量，降低生產(chǎn)成本

保險(xiǎn)粉滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，蒸發(fā)冷凝液一天約有108噸，這部分送至氣化車間水煤漿崗位用作制漿水，可以減少新鮮水的補(bǔ)充量，這樣可以減少氣化車間工藝水單耗，降低氣化車間生產(chǎn)成本。

4.2 節(jié)能減排，符合清潔節(jié)能生產(chǎn)要求

保險(xiǎn)粉這部分高COD值的蒸發(fā)冷凝液如果不作為氣化車間制水煤漿用，還有兩個(gè)去處：一是送到殘液焚燒崗位焚燒，增加焚燒爐負(fù)荷，能耗相應(yīng)也增加許多；二是送至污水處理站處理，同樣增加污水處理費(fèi)用，能耗也相應(yīng)增加。

經(jīng)過此次技改，不但降低了污水處理費(fèi)用，也減少了出站水量，符合國家對(duì)企業(yè)清潔節(jié)水生產(chǎn)的要求。

5.結(jié)論

從幾年的生產(chǎn)運(yùn)行來看，保險(xiǎn)粉蒸發(fā)冷凝液用作氣化制水煤漿，無論是在工藝技術(shù)上、還是經(jīng)濟(jì)上都是可行的，節(jié)約了用水量，降低了生產(chǎn)成本；減少了污水排放量，改善了周圍環(huán)境，減輕了環(huán)保壓力，符合國家節(jié)水環(huán)保生產(chǎn)要求，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（作者單位：中鹽安徽紅四方股份有限公司）