水煤漿氣化渣水處理技術的相關研究

蘇異峰

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

水煤漿氣化技術是由美國德士古石油公司研發出來的，屬于第二代煤氣化技術。水煤漿一詞是在1945年被提出的，并研發出了第一套中試設備，直到二十世紀八十年代才有所完善并大量應用。而我國是在1993年才引入德士古技術，并成立了中國第一套德士古水煤漿氣化設備，隨后便大量應用，經過應用范圍的不斷擴大，水煤漿氣化技術的作用越來越明顯，而且技術越來越完善，不過些問題也越來越突出，特別是渣水處理技術，必須馬上展開改進。

1 德士古渣水處理系統

通常渣水處理技術主要包括兩大環節，分別為：黑水處理與灰水循環。其中，黑水指的是從氣化爐、水洗塔和渣池中排出的水；灰水指的是黑水經過閃蒸、絮凝、過濾以及澄清之后所排出的水，灰水可經過脫氧以后再循環使用。一般渣水處理技術有兩大任務，分別為：①對從氣化爐、洗滌塔以及渣池排出的黑水展開渣水分離處理。②充分回收此過程的熱量。傳統的德士古氣化渣水處理系統圖如圖1。

圖1 氣化渣水處理系統圖

2 水煤漿氣化渣水處理技術存在的問題和原因

2.1 存在的主要問題

水煤漿氣化渣水處理技術存在的問題主要有兩個，第一，在渣水處理過程當中，由于黑水不斷流動，因此黑水管線極易發生堵塞，同時閃蒸罐和灰水換熱器也極易結垢，這就會嚴重阻礙處理的運行。第二，由于高壓閃蒸和真空閃蒸的管道與閥門極易發生腐蝕，因此會給處理過程帶來嚴重的阻礙效果。

2.2 造成的主要原因

針對上述的堵塞與腐蝕情況來說，造成的主要原因有兩個，分別為：①黑水的固體含量較多且硬度大。如果黑水的固體含量過多時，其固體物質極易聚集在灰水當中，形成碳酸鈣的結晶，進而堵塞管道。②循環灰水里的氯離子含量較大。當氯離子的含量超過500x10-6時，則會嚴重腐蝕管道。而且在渣水處理的過程當中會有許多個減壓環節，當壓力減至流體飽和汽壓以下時，就會產生汽蝕效果，進而腐蝕閥門與管道。

3 改進措施

為了有效解決渣水處理過程中存在的問題，可以采用很多種方法，主要包括：降低固體含量法、減小硬度法和技術優化法等。

3.1 降低固體含量法

降低固體含量法可通過四種技術來完成，分別為：分級凈化技術、固液旋流風分離技術、黑水過濾技術以及噴射去除固體物技術。①分級凈化技術。因為德士古技術把粗合成氣的洗滌器潤濕以后直接放入洗滌塔中，所以合成氣洗滌均是在水洗塔中進行的，不過大流量合成氣洗滌會受影響。而且大部分的細灰都存在于洗滌水中，如果將此部分的水用來激氣化爐，肯定會加大氣化爐中的細灰含量，這樣就會使管道發生堵塞。并且粗煤氣中具有很多的飛灰，這些飛灰親水性很差，所以根據此特點可采用分級凈化技術進行改善。此技術的運行原理為先使高溫煤氣進到混合器與水接觸，然后通過旋風分離器進行分離，最后在水洗塔中展開二次洗滌。因為分級洗滌除塵的合成氣含塵很少，所以水洗塔的洗滌水中固體含量很少，能夠有效避免結垢發生。②固液旋流風分離技術。此技術主要是通過固流分離器將黑水中的炭黑與水進行分離，經過分離以后的灰黑水濃度會低于30x10-6，所以此技術對水煤漿氣化渣水處理具有很大的作用。③黑水過濾技術。此技術先使用脹鼓列管過濾器將黑水里的固體物質過濾掉，過濾之后的黑水濃度會降至50x10-6，這時就可直接回收利用。而且此技術不需要絮凝劑，這便很大程度地減少了費用及成本。此技術的主要特征是把激冷室的黑水從氣化反應器的底部排出，然后采用過濾器去除其中的固體物質。④噴射去除固體物技術。此技術主要應用的是液面噴射泡沫法，其運行原理是在炭黑水里加入活性劑，使其持續的噴射，讓固體物質得到充分的分離，分離率已超過96%，分離以后的灰水凈化度可達800x10-6，效果非常好。

3.2 減小硬度法

減小硬度法最常用的一種方法就是石灰純堿軟化法，此方法的應用原理為先把灰水和石灰水相互混合，然后加入純堿水進行沉淀。此種方法不僅成本低、投資少，而且操作簡單、效果明顯，能夠將1 000mg/L以上硬度的灰水減少到350mg/L以下，因此得到了大量的應用，將石灰純堿軟化法應用到渣水處理技術當中能夠有效降低灰水的硬度。不過此方法會增加鈉離子，而且對氯離子沒有效果。

3.3 技術優化法

技術優化法可從四個方面具體展開：①應用防腐材料和抗磨材料，這樣非常利于防止管道和閥門發生腐蝕、磨損。同時還可以對減壓閥后面的管道采用耐磨陶瓷材料，這樣能夠有效起到防腐作用。②采用間接換熱法。德士古技術對熱量回收大部分應用的是換熱器，但換熱器的換熱面積小、阻力大，所以很容易發生結垢情況，進而堵塞管道，由此熱量回收的效率會很差，清理也比較困難，一般使用60d 左右就必須對灰水加熱器進行清理，所以工作量會很大，為此人們便對氣化技術采用了間接換熱法。其運行原理為：先分別使黑水從氣化爐、旋風分離器和水洗塔減壓出來，然后蒸發進蒸發室中進行閃蒸，經過閃蒸以后的水蒸氣會從上升管進到熱水室的填料層中，和低壓灰水進行換熱，這樣低壓灰水就會加熱再返回到設備當中循環應用，運用此種熱回收技術，不僅閃蒸汽及灰水的溫差很小，而且熱回收的效率很高，所以優化效果非常良好。而且蒸發熱水塔的填料層運行周期很長，所以清理非常方便，只需要使用機械簡單的清理便可。③使用高溫高壓黑水后設置功量交換器。因為德士古水煤漿氣化技術所生成的黑水壓力會很大，但是此壓力卻沒有被有效運用，只是直接進到閃蒸設備當中，所以應用高溫高壓黑水后設置功量交換器，可以有效地將此壓力轉化成機械能，這樣不僅起到了節能作用，而且還有效避免了閥門和管道的腐蝕效果。④在閃蒸罐底安裝集渣罐。因為黑水的硬度很大，會隨著閃蒸的過程其碳酸鈣處于飽和狀態，并吸附在管道的內壁上，從而形成較厚的污垢，如果此時溫度較高，因為設備與污垢的膨脹程度相差較大，所以灰垢很容易發生脫落，進而堵塞管道，這時在閃蒸罐底安裝集渣罐能夠有效防止灰垢進入調節閥，避免管道發生堵塞。

4 總結

通過上述內容可知，水煤漿氣化技術渣水處理技術仍存在很多問題，這些問題會直接影響到氣化裝置的運行效率，截止到現在雖然已改善了很多技術，但是還不徹底，尤其是管道、閥門的堵塞、結垢和腐蝕問題還非常嚴重，需要進一步地改善和調整。