申请日2016.03.10
公开(公告)日2016.05.11
IPC分类号C10B39/02; C02F1/04; B01D50/00; B01D53/78; B01D53/86; B01D53/48; B01D53/62; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种能够同时实现红焦热量利用、焦化废水处理、焦炭提质，并副产CO和H2的方法。其特征在于利用干熄焦造气炉，在干熄焦造气炉下部低温区配入适量的焦化含酚废水，经过焦化废水的蒸发和化学吸热反应的方法降低干熄焦造气炉内焦炭的温度。通过水煤气反应生成CO、H2和少量的N2、CO2、H2S混合气，混合气经预处理分成两路，一路混合气加压后利用MDEA脱硫脱碳的原理，实现CO、H2?、N2与未反应的CO2及少量H2S的分离，CO2和H2S的混合气通过直接氧化脱S后CO2再进入干熄焦造气炉继续反应，CO、H2?和少量的N2进入后续生产流程。另一路通过风机加压后再进入干熄造气炉继续循环。
权利要求书
1.一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置，其特征是：由干熄焦造气装置、废水喷洒装置、煤气过滤器、循环装置和脱硫脱碳装置组成，干熄焦造气装置由装入装置、干熄造气炉、供气装置和出料装置组成，干熄造气炉为圆形截面竖式槽体，外壳用钢板及型钢制作，内衬隔热耐磨材料，所述干熄焦造气炉上部为预存段，中间是斜道反应区，下部为冷却反应段，所述干熄焦造气炉顶设置环形水封槽，预存段的外围是汇集多个斜道气流的环形气道，所述环形气道上置有CO2导入装置、循环气体旁通装置和气流调整装置，所述预存段上置有料位计、压力测量装置、测温装置和放散装置，所述斜道反应区上置有CO2环形布风装置、测温装置和放散装置，所述冷却反应段上置有温度测量孔、干燥时的排水汽孔、人孔及烘炉孔，所述冷却反应段下部壳体上有两个进气口，供气装置置于干熄造气炉的冷却反应段底部，所述供气装置由风帽、十字风道、上锥斗和下锥斗组成，装入装置置于干熄造气炉上方，所述装入装置上带有料钟，出料装置置于干熄造气炉上，废水喷洒装置由焦化废水喷头和焦化废水缓冲罐组成，焦化废水喷头置于干熄焦造气炉的冷却反应段，且和焦化废水缓冲罐连接，在焦化废水喷头和焦化废水缓冲罐之间，加装加压泵和精过滤器，出料装置前，另外设置一组焦化废水喷头，循环装置由旋风除尘器、粉尘收集装置、金属化合物滤尘器、连通管、循环风机组成，和集尘管组成，所述干熄焦造气炉上的环形气道，沿圆周方向分两半汇合通向旋风除尘器，旋风除尘器通过集尘管和粉尘收集装置连接，旋风除尘器通过连通管和金属化合物滤尘器连通，金属化合物滤尘器通过连通管和循环风机连接，循环风机通过连通管和供气装置连接，脱硫脱碳装置由C02换热器、冷却换热器、CO2输送装置、MDEA再生塔、MDEA吸收塔、气体出口、氧化脱硫反应器和气体压缩机组成，C02换热器和冷却换热器分别置于连通管上，且位于循环风机和金属化合物滤尘器之间，气体压缩机通过连通管和循环风机连接，在气体压缩机和循环风机之间，安装有CO2换热器，气体出口置于MDEA吸收塔上。
2.根据权利要求1所述一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置，其特征在于所述供气装置上锥斗内贴耐磨铸铁衬板，下锥斗上段砌铸石板，下锥斗下段为耐磨铸铁，中央风帽为耐磨铸铁，十字风道上披挂铸铁衬板。
3.根据权利要求1和2所述一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置，其特征在于所述供气装置顶面以上的干熄炉壳体内砌耐火砖，供气装置顶面以下的干熄炉壳体内抹隔热浇注料。
4.根据权利要求1-3任一所述一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置，其特征在于所述金属化合物滤尘器由金属间化合物过滤材料组成。
5.一种基于权利要求1-4的所述的一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置的焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将装满红焦的焦罐由电机车牵引至提升井架下，通过自动对位装置对准提升位置;
2)焦罐提升机将装满红焦的焦罐提升并横移至干熄炉炉顶，通过带料钟的装入装置将焦炭装入干熄炉内;
3)在干熄焦造气炉下部冷却反应室中，水雾与炽热的红焦接触被汽化为蒸汽，同时，蒸汽上升和焦炭发生水煤气反应，大量含酚废水在这部分蒸发，为冷却反应段上部提供充足的蒸汽;
4)通过上述CO2和H2O的两个吸热反应和废水的雾化蒸发，炽热焦炭逐渐冷却;焦炭被冷却后经出料装置卸至冷焦输送带上，经冷焦输送带送往原筛焦工段，
5)未完全反应的CO2、水蒸气和气化反应产生的水煤气，送入旋风分离器进行初处理，
6)进一步的，将通过初步处理的煤气引入高温金属化合物过滤器;
7)进一步的，从高温过滤系统出来的混合气体进入C02换热器和冷却换热器;
8)进一步的，通过调节CO2气体预热量，保证循环风机进口温度低于160℃，最终使处于过热状态的蒸汽和其它混合气进入循环风机;
9)进一步的，循环风机增压后的循环气，一部分送往CO2换热器进一步降温脱水，然后经气体压缩机增压到2.2Mpa左右后，进入脱硫脱碳装置;
10)进一步的，分离的CO2去除H2S后与新鲜CO2混合，经过气体压缩机前的CO2换热器和循环风机前CO2换热器两次换热升温后，送往干熄焦造气炉冷却反应室和供气装置;
11)进一步的，循环风机出口送来的另一部分循环气，直接引入干熄焦造气炉供气装置,均匀给整个干熄焦造气炉横断面上供气，降低最下部焦炭温度，并回收热量，CO和H2作为下游生产原料产出。
6.根据权利要求5所述的一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，其特征在于所述焦化废水喷头将焦化废水缓冲罐中的废水喷出，将焦化废水雾化颗粒直径为10～50um的水雾。
7.根据权利要求5或6所述的一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，其特征在于所述含酚废水经过加压、精过滤后，颗粒物≤5mg/m3，杂质拦截最小粒径达到0.1μm，之后经过精细雾化嘴喷入干熄焦造气炉冷却反应室下部300℃区域。
8.根据权利要求5或6或7所述的一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，其特征在于所述循环风机为气体循环提供动力，并根据气体成分、干熄焦造气炉温度等工况调整转速调节循环风量。
9.根据权利要求5-8所述的一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，其特征在于所述脱硫脱碳装置选用MDEA化学吸收法进行循环气脱硫脱碳，将有效气CO和H2与CO2、H2S分离。
说明书
一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法
技术领域
本发明是一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法，涉及一种可利用红焦显热进行含酚废水处理，并进行红焦干熄造气的方法，属于煤焦化工技术领域，特别涉及一种同时实现红焦热量利用、焦化废水处理、焦炭提质，并副产CO和H2的方法。
背景技术
熄焦是指将炼制好的赤热焦炭冷却到便于运输和贮存的温度，传统的湿法熄焦过程，是熄焦车将高温焦碳运至熄焦塔，直接利用将水浇洒在高温焦碳上进行降温的一种方法，一般情况下，熄焦塔上方装有几组喷淋水头，直接喷淋降温，这样会产生大量蒸气和污染物，由熄焦塔顶部冒出。
从上述工艺流程可以看出，现有湿法熄焦技术有以下不足：
1.红焦有大量显热。出炉红焦的显热约占焦炉能耗的35%-40%,这部分能量相当于炼焦煤能量的5%。采用湿法熄焦这部分热量就被白白浪费了;
2.当采用湿法熄焦时，每熄1吨红焦炭就要将0.5吨含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空，这部分污染占炼焦对环境污染的三分之一;
3.湿法熄焦因为焦炭迅速冷却，内部热应力大，造成焦炭质量下降，碎焦多，机械强度下降;
4.因为熄焦的原因，炼焦必须采用强黏结性的焦煤、肥煤。湿法熄焦所需焦煤、肥煤配比干熄焦高10%-20%，造成生产成本高，资源浪费;
红焦有大量显热。出炉红焦的显热约占焦炉能耗的35%-40%,这部分能量相当于炼焦煤能量的5%。采用湿法熄焦这部分热量就白白浪费。
公告号CN102786962B公开了一种化学熄焦、熄焦及其工艺，在熄焦的同时可制备原料气，一氧化碳和氢气以及副产水蒸汽。依然没有脱离传统的干法熄焦工艺，整个化学熄焦流程，换热的蒸汽大部分能量被汽化热吸收，无论发电还是换热，这部分能量很难被利用。总能源转化效率大大较低。且无法支持工业废水，依然需要耗费大量的水资源。
随着对环保的要求越来越严，对酚水的治理逐步加大。酚类物质已被美国国家环保局列为129种优先控制污染物黑名单当中的一种。苯酚和其衍生物属于芳香族(Aromatic)化合物，是一种原生质毒物，对生物体具有毒害作用，而且很难被降解。酚类物质排放，会对水体可造成严重污染，严重威胁水生生物生长与繁殖，也会污染饮用之水源，因此，酚水在我国的水污染控制中已被列为需重点解决有害废水之一，目前酚水处理主要靠蒸发处理，将酚水加热蒸发进行酚水蒸汽的利用，将酚水作为煤气发生炉催化剂。酚水的蒸发主要靠煤气发生炉自身热量和窑炉余热，但是，现在的酚水处理设备虽然也是利用热能蒸发，但存在热能利用不合理，造成煤气发生炉或者炉窑耗能增加等现象，并且将酚水直接蒸发到大气中，实际是污染形势的转换并未根本治理污染。
发明内容
为了解决上述问题，本发明一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法提供了一种利用焦炭出炉红焦的热量，汽化分解焦化产生的含酚废水，通过水煤气反应，可以产生大量的化工有效气CO和H2的方法。能够同时实现红焦热量利用、焦化废水处理、焦炭提质，并副产CO和H2。
本发明一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法的技术方案如下：
本发明一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理装置由干熄焦造气装置、废水喷洒装置、煤气过滤器、循环装置和脱硫脱碳装置组成，干熄焦造气装置由装入装置、干熄造气炉、供气装置和出料装置组成，干熄造气炉为圆形截面竖式槽体，外壳用钢板及型钢制作，内衬隔热耐磨材料，所述干熄造气炉上部为预存段，中间是斜道反应区，下部为冷却反应段。所述干熄焦造气炉顶设置环形水封槽。预存段的外围是汇集多个斜道气流的环形气道，所述环形气道上置有CO2导入装置、循环气体旁通装置和气流调整装置。所述预存段上置有料位计、压力测量装置、测温装置和放散装置。所述斜道反应区上置有CO2环形布风装置、测温装置和放散装置。所述冷却反应段上置有温度测量孔、干燥时的排水汽孔、人孔及烘炉孔。所述冷却反应段下部壳体上有两个进气口，供气装置置于干熄造气炉的冷却反应段底部。所述供气装置由风帽、十字风道、上锥斗和下锥斗组成，所述供气装置顶面以上的干熄炉壳体内砌耐火砖，供气装置顶面以下的干熄炉壳体内抹隔热浇注料，所述供气装置上锥斗内贴耐磨铸铁衬板，下锥斗上段砌铸石板，下锥斗下段为耐磨铸铁，中央风帽为耐磨铸铁，十字风道上披挂铸铁衬板。装入装置置于干熄造气炉上方，所述装入装置上带有料钟，出料装置置于干熄造气炉上。废水喷洒装置由焦化废水喷头和焦化废水缓冲罐组成，焦化废水喷头置于干熄焦造气炉的冷却反应段，且和焦化废水缓冲罐连接，在焦化废水喷头和焦化废水缓冲罐之间，加装加压泵和精过滤器。出料装置前，另外设置一组焦化废水喷头。循环装置由旋风除尘器、粉尘收集装置、金属化合物滤尘器、连通管、循环风机组成，和集尘管组成，所述干熄焦造气炉上的环形气道，沿圆周方向分两半汇合通向旋风除尘器。旋风除尘器通过集尘管和粉尘收集装置连接，旋风除尘器通过连通管和金属化合物滤尘器连通，所述金属化合物滤尘器由金属间化合物过滤材料组成，金属化合物滤尘器通过连通管和循环风机连接，循环风机通过连通管和供气装置连接。脱硫脱碳装置由C02换热器、冷却换热器、CO2输送装置、MDEA再生塔、MDEA吸收塔、气体出口、氧化脱硫反应器和气体压缩机组成，C02换热器和冷却换热器分别置于连通管上，且位于循环风机和金属化合物滤尘器之间，气体压缩机通过连通管和循环风机连接，在气体压缩机和循环风机之间，安装有C02换热器，气体出口置于MDEA吸收塔上。
所述气体压缩机可将部分循环气冷却、脱水，所述MDEA吸收塔可以吸收CO2、H2S，通过可从气体储出口排出CO、H2和少量的N2进入后续生产流程，所述MDEA再生塔，可以将吸收后的MDEA溶液在常压再生后，析出CO2、H2S;所述氧化脱硫反应器，可以将析出的CO2、H2S直接氧化脱硫去除H2S。
本发明一种焦化红焦干熄造气及焦化废水处理方法：
1)将装满红焦的焦罐由电机车牵引至提升井架下，通过自动对位装置对准提升位置;
2)焦罐提升机将装满红焦的焦罐提升并横移至干熄炉炉顶，通过带料钟的装入装置将焦炭装入干熄炉内;
3)在干熄焦造气炉下部冷却反应室中，水雾与炽热的红焦接触被汽化为蒸汽。同时，蒸汽上升和焦炭发生水煤气反应。大量含酚废水在这部分蒸发，为冷却反应段上部提供充足的蒸汽;
所述焦化废水喷头将焦化废水缓冲罐中的废水喷出，将焦化废水雾化颗粒直径为10～50um的水雾;
所述含酚废水经过加压、精过滤后，颗粒物≤5mg/m3，杂质拦截最小粒径达到0.1μm。之后经过精细雾化嘴喷入干熄焦造气炉冷却反应室下部300℃区域;
4)通过上述CO2和H2O的两个吸热反应和废水的雾化蒸发，炽热焦炭逐渐冷却;焦炭被冷却后经出料装置卸至冷焦输送带上，经冷焦输送带送往原筛焦工段;
蒸汽上升和焦炭发生水煤气反应,
C+H2O=CO+H2△H=+131.390kJ/mo
CO+H2O=CO2+H2△H=-41.194kJ/mol
C+2H2=CH4△H=-74.898kJ/mol
虽然以上反应是可逆反应，但是由于水被焦炭汽化，随着风机的带动往上部运行，上部焦炭温度会逐步升高，水煤气反应速度逐渐朝着正反应进行，表现为强吸热反应;
在上部750℃区域，通入一部分CO2和下部产生的CO2混合，与炽热的焦炭接触,会产生如下反应;
C+CO2=2CO△H=+172.51kJ/mol
所述出料装置前的一组焦化废水喷头，可根据排出焦炭的水分调整废水喷洒装置流量，保证排焦温度低于180℃，排出后焦炭不复燃;
5)未完全反应的CO2、水蒸气和气化反应产生的水煤气，送入旋风分离器进行初处理;
所述旋风分离器可去除约96%的50μm级别粉尘、73%的5μm级别粉尘和27%的1μm级别粉尘;
6)进一步的，将通过初步处理的煤气引入高温金属化合物过滤器;
所述金属间化合物过滤材料组成的高温过滤系统，能经受800℃以上的高温，且能在较低的运行压力下正常运行抗腐蚀性、耐震性和过滤压差能满足过滤的需要，最终对粉尘的过滤精度能达到≤5mg/m3，粉尘拦截最小粒径达到0.1μm;
7)进一步的，从高温过滤系统出来的混合气体进入C02换热器和冷却换热器;
所述C02换热器是回收部分热量用于预热CO2;
所述冷却换热器是回收部分热量用于预热MDEA溶液再生;
8)进一步的，通过调节CO2气体预热量，保证循环风机进口温度低于160℃。最终使处于过热状态的蒸汽和其它混合气进入循环风机;
所述循环风机为气体循环提供动力，并根据气体成分、干熄焦造气炉温度等工况调整转速调节循环风量;
9)进一步的，循环风机增压后的循环气，一部分送往CO2换热器进一步降温脱水，然后经气体压缩机增压到2.2Mpa左右后，进入脱硫脱碳装置;
所述脱硫脱碳装置选用MDEA化学吸收法进行循环气脱硫脱碳。将有效气CO和H2与CO2、H2S分离;
10)进一步的，分离的CO2去除H2S后与新鲜CO2混合，经过气体压缩机前的CO2换热器和循环风机前CO2换热器两次换热升温后，送往干熄焦造气炉冷却反应室和供气装置;
11)进一步的，循环风机出口送来的另一部分循环气，直接引入干熄焦造气炉供气装置,均匀给整个干熄焦造气炉横断面上供气，降低最下部焦炭温度，并回收热量。CO和H2作为下游生产原料产出。
本发明所用焦化企业剩余较多的含酚类物质的工业废水作为喷洒原料。在干熄焦造气炉下部雾化后酚类物质同水一起蒸发，通过冷却反应室上部约600℃的氛围时大部分迅速分解，小部分被含有丰富空隙的焦炭吸收，干熄炉出口气体酚类物质被完全处理。
采用上述工艺，能够同时实现红焦热量利用、焦化废水处理、焦炭提质，并副产CO和H2的目的。
有益效果。
一、采用干熄焦造气炉，大部分能量作为反应热被吸收，少部分低品位热量被用于废水蒸发和MDEA溶液再生，总能源转化效率大大提升。
二、干熄焦造气炉用水，是焦化企业含酚类物质工业废水作为喷洒原料。本工艺所用焦化含酚废水，在干熄焦造气炉下部雾化后酚类物质同水一起蒸发，通过冷却反应室上部约600℃的氛围时大部分迅速分解，小部分被含有丰富空隙的焦炭吸收，干熄炉出口气体酚类物质被完全处理。通过这一方法可以解决部分焦化废水的出路问题。
三、本发明取消了余热锅炉和发电设备，整体投资较传统干熄炉降低35%以上。
四、能够同时实现红焦热量利用、焦化废水处理、焦炭提质，并副产CO和H2。
