兩段爐煤氣站NH₄HCO³的生成\\危害及控制

摘要:文章從源頭分析了兩段爐煤氣站NH4HCO3的生成機(jī)理及危害程度，并找出控制其產(chǎn)生的方法，指出通過合理設(shè)計(jì)發(fā)生爐結(jié)構(gòu)和蒸汽管路系統(tǒng)、優(yōu)化發(fā)生爐操作等，可從源頭杜絕NH4HCO3的產(chǎn)生，減少其危害，有利于“濃縮蒸發(fā)法”治理煤氣站含酚廢水技術(shù)的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:兩段爐煤氣站;NH4HCO3;濃縮蒸發(fā)法;含酚廢水;干餾

1引 言

我國是世界上煤炭資源較為豐富的國家之一，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位，大力開發(fā)潔凈煤應(yīng)用技術(shù)符合我國能源安全戰(zhàn)略，煤氣化是煤炭潔凈利用技術(shù)的一種，其中常壓固定床兩段爐氣化技術(shù)，就其生產(chǎn)規(guī)模、投資成本、建設(shè)周期而言，符合多數(shù)冶金、化工、建材和機(jī)械等行業(yè)的用氣要求，多年來得到了較為廣泛的應(yīng)用。

含酚廢水的污染問題一直是困擾發(fā)生爐煤氣站應(yīng)用的一大難題， “濃縮蒸發(fā)法”治理煤氣站含酚廢水是目前最有效、最徹底的工藝技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)在于利用煤氣顯熱蒸發(fā)濃縮含酚廢水，蒸發(fā)后的含低沸點(diǎn)酚的廢水蒸汽作為發(fā)生爐氣化反應(yīng)的氣化劑應(yīng)用，蒸發(fā)濃縮后的高濃度含酚殘液被收集于焦油池中與煤焦油混合，作為提煉苯、酚等的化學(xué)原料，或隨焦油燃燒，使其中的苯、酚類等有毒物質(zhì)在高溫條件下，裂解為H2O和CO2后排入大氣。

利用“濃縮蒸發(fā)法”治理煤氣站含酚廢水過程中，酚水中少量的NH4HCO3隨之蒸發(fā)后冷凝結(jié)晶，堵塞蒸汽盲端管道，從而影響蒸汽正常流通及汽包正常放散。從源頭分析NH4HCO3的生成機(jī)理、危害程度，并找出控制其產(chǎn)生的方法，有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

2兩段爐煤氣站的生產(chǎn)與NH4HCO3的生成

2.1 兩段式煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)與氨的產(chǎn)生

2.1.1 兩段式煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)

煤氣發(fā)生爐內(nèi)固態(tài)物質(zhì)的行程為:通過加煤機(jī)將儲煤倉中的煤分批次注入煤氣發(fā)生爐內(nèi)，加入煤氣發(fā)生爐中的煤首先進(jìn)入干餾段，煤在干餾段中緩慢下移，在此經(jīng)歷干燥及低溫干餾過程。首先煤炭中的水分被干燥出來，隨著煤炭的不斷下移，溫度進(jìn)一步升高，干餾出焦油和干餾煤氣。經(jīng)過干燥和干餾后呈半焦?fàn)顟B(tài)的煤繼續(xù)下移，進(jìn)入氣化段，在氣化段經(jīng)過氧化還原反應(yīng)，形成以CO和H2為主要成分的煤氣。煤炭中的灰分及極少部分未參與反應(yīng)的煤炭以灰渣形式繼續(xù)下移，由灰刀將其清出爐外。

煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣態(tài)物質(zhì)行程如圖1所示，作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內(nèi)，在1100～1200℃條件下，與進(jìn)入氣化段的呈半焦?fàn)顟B(tài)的煤發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成以CO和H2為主要成分的煤氣M。煤氣分兩部分向上運(yùn)行，其中一部分M2通過下段煤氣夾層通道上移，最后從下段煤氣出口導(dǎo)出，該部分煤氣被稱為下段煤氣;而另一部分煤氣M1則在煤氣發(fā)生爐料層內(nèi)上行進(jìn)入干餾段，通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸，將其熱量直接傳給氣化用煤，進(jìn)行上面敘述的干餾和干燥的過程，同時(shí)產(chǎn)生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的干餾煤氣M3。這部分上行煤氣及干餾過程中產(chǎn)生的干餾煤氣一起由上段煤氣出口導(dǎo)出，形成上段煤氣。

2.1.2 煤氣中氨的產(chǎn)生

煤氣中的氨一般由煤炭干餾過程產(chǎn)生，煤炭干餾溫度高于600℃時(shí)，氨類物質(zhì)始于粗煤氣中出現(xiàn)，煤炭在中高溫干餾過程氨的生成較多，氨的產(chǎn)率與煤中的氮含量有關(guān)，其中氮的12%～16%生成氨[1]。兩段式煤氣發(fā)生爐，用于干餾段煤炭干餾的煤氣溫度一般為550～650℃，該干餾過程為低溫干餾范疇，正常操作時(shí)，干餾段一般不會有氨產(chǎn)生，但是一旦煤在干餾段干餾不徹底，致使未干餾徹底的煤進(jìn)入氣化段，在氣化段進(jìn)行二次中高溫干餾，便會有大量的氨生成，該部分氨混入煤氣中引出爐外，其中部分氨隨著煤氣不斷冷卻，混入冷凝含酚廢水中。

2.2 NH4HCO3的生成

兩段式煤氣發(fā)生爐的爐出煤氣溫度較高，雜質(zhì)含量較多，需要經(jīng)過一系列的凈化、冷卻后，加壓輸送至用氣點(diǎn)燃用。其中煤氣終冷設(shè)備一般采用煤氣與水間接換熱的間接冷卻器，多數(shù)煤氣站為防止煤氣中的雜質(zhì)堵塞設(shè)備，或出于提高煤氣降溫效果的考慮，在間接冷卻器中，利用含酚廢水連續(xù)沖洗煤氣，于是煤氣中的氨、CO2與含氨沖洗水反應(yīng)生成NH4HCO3，并溶于含酚廢水中，其反應(yīng)方程式為:NH3+CO2+H2O=NH4HCO3。文獻(xiàn)2～5對利用氨水洗滌脫除煙氣中的CO2做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，其機(jī)理與發(fā)生爐煤氣站NH4HCO3的生成相同。

3酚水濃縮處理工藝與NH4HCO3的危害

3.1 兩段爐煤氣站酚水濃縮處理工藝

蒸發(fā)濃縮法治理煤氣站含酚廢水工藝中，首先對含酚廢水進(jìn)行預(yù)處理，采用自然沉降分離法、多級機(jī)械過濾法和注水稀釋法相結(jié)合的方法，其工藝流程參見圖2。

將經(jīng)過預(yù)處理后的含酚廢水泵入煤氣發(fā)生爐的酚水蒸發(fā)箱中，依靠部分煤氣顯熱將廢水汽化，含酚廢水中部分低沸點(diǎn)苯、酚類物質(zhì)也隨之汽化，將汽化后含低沸點(diǎn)苯、酚類物質(zhì)蒸汽的水蒸氣通入爐底作為氣化劑應(yīng)用，發(fā)生爐內(nèi)氧化層溫度一般在1100～1200℃左右，在此溫度下苯、酚類物被裂解為水和二氧化碳。大部分沸點(diǎn)較高的苯、酚類物質(zhì)未被汽化，隨著水冷箱定期排污，排至焦油池，等待下一階段的終級處理，其工藝流程參見圖3。

3.2 NH4HCO3的危害

混于含酚廢水中的NH4HCO3在含酚廢水蒸發(fā)濃縮過程中，隨著溫度的不斷升高而分解，分解后形成的NH3、CO2和H2O，一部分隨蒸汽氣化劑進(jìn)入發(fā)生爐，另一部分進(jìn)入蒸汽管道的盲端或安全放散管道處，隨著溫度的降低，重新結(jié)合反應(yīng)生成NH4HCO3，并冷凝結(jié)晶，其冷凝結(jié)晶過程與文獻(xiàn)[6]介紹相似。結(jié)晶后的NH4HCO3白色晶體不斷積累，最后堵塞蒸汽管道，致使系統(tǒng)不暢，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致蒸汽系統(tǒng)超壓爆炸。

4兩段爐煤氣站NH4HCO3的控制

4.1 合理設(shè)計(jì)發(fā)生爐結(jié)構(gòu)和蒸汽管路系統(tǒng)

就兩段式煤氣發(fā)生爐而言，控制NH4HCO3的生成，首先需要保證煤炭在干餾段內(nèi)干餾徹底，避免煤炭在氣化段發(fā)生二次中高溫干餾。這就需要保證足夠的通往干餾段的上行煤氣流量調(diào)節(jié)空間，這主要體現(xiàn)在干餾段的氣體流通空間的大小，以及上段煤氣出口通徑的設(shè)計(jì)方面，如果干餾段氣體流通空間小、上段煤氣出口通徑不足，當(dāng)上行煤氣流量加大到一定程度后，上行煤氣阻力急劇增大，發(fā)生爐無法正常運(yùn)行。另外，干餾段的有效高度和干餾段內(nèi)氣流均勻分布也至關(guān)重要，干餾段的有效高度關(guān)乎到煤炭干餾時(shí)間是否足夠，干餾是否進(jìn)行徹底;干餾段內(nèi)氣流分布均勻，是保證干餾段內(nèi)的煤炭全部得到徹底干餾的另一前提條件。

在設(shè)計(jì)含酚廢水濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽管路時(shí)，應(yīng)盡量簡潔，嚴(yán)禁出現(xiàn)不必要的盲端，蒸汽安全閥前的放散管路應(yīng)設(shè)置加熱裝置和定期清理裝置，從而有效避免NH4HCO3冷凝結(jié)晶造成的系統(tǒng)堵塞。

4.2 優(yōu)化發(fā)生爐操作

上下段煤氣比例的調(diào)節(jié)，是兩段式煤氣發(fā)生爐的重要操作環(huán)節(jié)，上行煤氣的供給量必須優(yōu)先保障，應(yīng)該根據(jù)入爐煤的氣化反應(yīng)活性、煤中水分和揮發(fā)分等相關(guān)煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。上下段煤氣比例的正確調(diào)節(jié)，可以有效保證煤的充分干燥和干餾，避免由于干餾段內(nèi)煤炭干餾不徹底，而造成煤炭在氣化段發(fā)生二次中高溫干餾，從而有效控制NH4HCO3的生成。

5結(jié)語

“濃縮蒸發(fā)法”治理煤氣站含酚廢水，使余熱回收、廢水循環(huán)利用與含酚污水處理技術(shù)得以有機(jī)結(jié)合，將廢水及所含酚類資源化利用，是發(fā)生爐煤氣站解決含酚廢水污染問題最有效的技術(shù)方案，但NH4HCO3堵塞蒸汽系統(tǒng)的問題給“濃縮蒸發(fā)”系統(tǒng)帶來了一定的安全隱患，分析其生成機(jī)理，采取合理設(shè)計(jì)發(fā)生爐結(jié)構(gòu)和蒸汽管路系統(tǒng)、優(yōu)化發(fā)生爐操作等有效措施，從源頭杜絕其產(chǎn)生、減少其危害，有利于“濃縮蒸發(fā)法”治理煤氣站含酚廢水技術(shù)的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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Formation， Harm and Control of NdH4HCO3 in Double Stage Gas Station

Yuan Wei-jun， Li Jin-hai，Zhou Jin-guo

(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology Equipment Co.，Ltd ，Tangshan063020， China)

Abstract:The formation reason and harm of NH4HCO3 in double stage gas station was analysed in this paper，and the controling ways were found.The research indicated that optimization of the design of gasifier structures and steam piping system and the gasifier operation could be helpful to reduce the quantity of NH4HCO3，which was benefit for the promotion and application of condensed evaporation method technology to deal with the phenolic wastewater in gas station.

Key words:double stage gas station;NH4HCO3;condensed evaporation method;phenolic wastewater;carbonization