王 敏

(同煤集團廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037003)

引 言

當今社會對環(huán)保的標準越來越高，而且企業(yè)自身也應該有對環(huán)境負責的自覺。殼牌氣化爐設備原本的設計就符合綠色、低能耗的標準。

1 殼牌氣化爐工作基本原理

殼牌氣化爐是煤氣化反應設備，是荷蘭殼牌集團生產的，主要構成包括：11磨煤干燥部分、12煤粉加壓輸送部分、13煤氣化部分、14除渣部分、15飛灰氣提部分、16清洗部分、17水處理部分和30公共部分，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 煤氣化工藝流程圖

由圖1可見，11、12部分用來實現原煤的磨粉、干燥、加壓與傳送，在13部分發(fā)生煤氣化反應，將煤粉轉化成合成氣，14、15部分將合成后剩余的廢渣、飛灰去除；16部分采取水洗除掉反映混合氣中的余灰、酸性氣；30公共部分，可以向上述所有部分供給需要的CO2和N2；14、16部分的廢液流到17部分，進行初步的水處理操作。

初級水處理主要分為三大步驟：1) 將廢液中的H2S和微量的SO2、HCN去除；2) 將廢液中的固體泥灰去除；3) 經上述兩步驟所得澄清水的重復使用。

經上述三步驟后的澄清水導入供水系統(tǒng)，進行更精細的凈化，重復使用或往外排放。上述步驟提取出的酸性氣有的導入硫回收系統(tǒng)，有的則直接導入火炬系統(tǒng)，完全燃燒后直接排出。提取濾除的煤泥能夠摻入原煤再次利用[1-2]。

2 酸性氣的分離

圖2 基本流程圖

從圖2基本流程圖可知，該流程可以通過氣提實現廢液中酸性氣的分離。

殼牌氣化爐14部分和13部分直接相連，所以14部分的壓力和13部分是相同的，現實生產中，氣化爐壓力保持在3.87 MPa～3.89 MPa之間，日常運行時工況能夠視做穩(wěn)態(tài)。14部分(即V-1702渣儲存罐)的，同樣溫度條件下，渣水密度稍高于純水。在生產操作中，渣水溫度通常是38 ℃左右，其密度大約保持在997 kg/m3。依照靜壓公式P=ρgh，如果取h=20 m，則P=0.19 MPa，也就是部分(V-1702)壓力處于4.05 MPa～4.08 MPa(表壓)，渣水由V-1702單元通過S-1403水力分離器，流到V-1701，S-1403進口端，渣水溫度大約34 ℃，壓力大約4.04 MPa(表壓)，渣水通過S-1403后，壓力減小，再進行分流，通過限流孔板，流入V-1701，壓力再次降低。

當壓力降低后，酸性氣在渣水中的溶解度減小，無法溶解的酸性氣由渣水中逸出，通過V-1701頂端流出。

C-1601是16部分的水洗塔，主要用來濾除合成氣中的酸性氣 (可參考NH3、H2S、CO2、CO、H2在水中的kB)及少量浮塵。從C-1601流出的洗滌水大概由169 ℃溫度，壓力是4.1 MPa(表壓)，通過X-1701降壓管流到V-1704，再次降壓，將會出現以下2個改變。

1) 同V-1701類似，酸性氣在渣水中逸出。

2) 洗滌水水溫較高，170 ℃時飽和蒸汽壓為0.793 MPa，而17部分的壓力通常大約是0.2 MPa(表壓)，所以一些洗滌水也將出現相變，以氣態(tài)逸出到V-1704中，其它的洗滌水依舊以液體狀態(tài)存在，依照0.2 MPa表壓，現實絕對壓力大概0.3 MPa，液態(tài)溫度維持69.3 ℃，相應的飽和蒸汽溫度是66.6 ℃[2]。

通過泵的作用，V-1701和V-1704中的液相流入C-1701再次進行氣提，由于壓力差的存在，兩罐中的氣體流入C-1701上端。

氣提罐C-1701是17部分的關鍵裝置。殼牌配備的氣提罐屬于3級3段氣提，V-1701和V-1704的廢液進料端一個位于C-1701的上端，一個位于C-1701的下端，這2個進料端將C-1701氣提罐分成了3段。

氣提載體是低壓蒸氣，低壓蒸氣壓力是0.65 MPa(表壓)，溫度是175 ℃(不計入傳輸熱量損耗)。V-1701同V-1704的進料端中間有一節(jié)填料，回流罐V-1703流入C-1701的入口和V-1704的入料口中間有一節(jié)填料，這就稱作“3級”氣提。填料選用的是鮑爾環(huán)，亂堆方式。

C-1701的入料口，溫度是由下至上越來越高的，V-1701到C-1701的入料口溫度大約在30 ℃，V-1704到C-1701的入料口溫度大約在70 ℃，V-1703的回流溫度大約為100 ℃，175 ℃的低壓蒸汽由最底部逐級向上，先通過分布器將蒸汽流打散，形成小的蒸汽泡。廢液由上往下在填料表面出現一層液膜，逐層同小蒸汽泡相互貼近，發(fā)生傳質傳熱，廢液中濃度更高的酸性氣，逐漸往純凈的蒸汽泡里傳遞，與此同時，由于蒸汽泡的溫度比廢液高，熱量由蒸汽泡往廢液里傳遞。廢液在被加熱之后，對于酸性氣的溶解度會大幅減小，從而會逸出大量的酸性氣，在上述多重影響下，酸性氣從廢液中可以最大程度地分離出來。

三級氣提的優(yōu)勢有。1) 入料端的溫度從下到上越來越高，且其入料中酸性氣的占比越來越少，最底部的入料中酸性氣占比最大，而且同溫度最高的蒸汽進行接觸，以此能夠實現最佳的氣提作用；越朝上，廢液中酸性氣比例越小，與它作用的蒸汽溫度在換熱之后也有所減小，但依然可以實現氣提目標；回流水酸性氣占比最小，與它作用的蒸汽溫度也最小。2) 填料通過亂堆的方法，能夠促進蒸汽在其中的前進距離，確保同水汽的作用程度，實現最佳的介質傳熱作用。3) 選用分級填料辦法，每層的填料量適中即不少也不多，可以保證預期氣提目標的完成，也能顯著防止“壁流”現象的出現。

氣提是一種較常用的分離手段，與該部分的閃蒸合用，將廢液同酸性氣分離之后進行固體渣灰的濾除和澄清水回用。

酸性氣以及少量水蒸氣通過E-1702熱交換器后，溫度變低，水蒸氣在V-1703回流罐變成液態(tài)水，回流到C-1701進行再次氣提，達到精氣提的作用，大部分的酸性氣有的流入硫回收系統(tǒng)，有的流入火炬處理系統(tǒng)?；鹁嫦到y(tǒng)中氣液分離后液相流回V-1702，同廢液一起重新經過氣提步驟，酸性氣的分離步驟完成。

3 固體渣灰的濾除

廢液中渣灰濾除和清水回用流程圖，如圖3所示。

圖3 廢液中渣灰濾除和清水回用流程圖

A-1701裝置用來添加絮凝劑，廢液在經過氣提后其渣灰含量仍舊偏高，添加絮凝劑后，處于懸浮微粒及膠體狀態(tài)的渣灰在吸附架橋及電中和作用下，凝結為尺寸更大，更易沉淀的絮凝體(d>20 m)。本文選擇的絮凝劑為PAM(聚丙烯酰胺)，共同起作用的包括重力沉降，在有振蕩器的作用下被導入T-1702。在振蕩器的振蕩下又會發(fā)生自然沉降，然后導入S-1702抽濾機進行真空抽濾，廢液中的水經過濾布上的孔眼被過濾出來，廢液中體積較大的灰渣絮凝體則被濾布擋住，變成固體的濾餅，以此固液相互分離。經檢驗，濾餅中C含量高達60%，收集后可運回煤庫和原煤一起循環(huán)使用。此操作過程中，添加了15%的HCl，來最大程度的減少CaCO3沉淀，CaCO3是主要的灰分來源。渣和灰的不同關鍵在于渣的含量更高[4]。

實驗室測出的渣灰含量占比，如表1所示。

表1 實驗室測出的渣灰含量占比

該渣灰樣本的渣樣是從14部分采取，灰樣從15部分采取。

4 澄清水的回用

在進行氣提、澄清處理之后，廢液pH值是6.8至7.1，濁度低于200 mg/L，在流經T-1701后，可以導回至V-1701、V-1704再次使用，或由T-1703返回S-1701、取代原水，充當液位補水，洗滌水，剩余的運到供水，再深度處理使其滿足排放標準，或再次回用，重新用于生產流程中。

部分氣體在水中的亨利系數kB，如表2所示。

5 結語

殼牌多級水處理裝置的設計實現了“廢液”中有用成分的分離，及廢液處理后澄清水的回用，極大擴展了資源的利用率，實現了綠色低能耗的標準。

表2 實驗室測部分氣體在水中的kB kPa·L/mol