鲁奇炉气化污水预处理的探讨

宋军

摘 要：文章综述了鲁奇炉的气化污水预处理工艺的发展历史和特性，阐明了预处理气化污水的价值和意义。并且对气化污水的处理方法进行了综合说明。另外对气化污水的处理方法所存在的问题进行了总结，并阐述了应用热泵原理对气化污水进行改性。最后对气化污水的预处理方法进行了展望并加以具体的应用。

关键词：鲁奇炉；气化；污水；预处理

1 鲁奇炉污水处理

1.1 鲁奇炉污水处理现状

鲁奇炉是一种应用较多，运行稳定的煤气化炉型，常用的炉型具有日产城市煤气48万标准立方米的生产能力，日加工原料煤约500吨。由于粗煤气采用水洗，生产过程中产生的洗气废水量为每小时42吨。目前多采用化工处理流程与生化处理相结合的方式来治理这部分废水和焚烧的处理方法。

1.2 化工处理与生化处理结合的工艺原理及特点

煤气化废水来自于煤气洗涤时产生的高污染废水，水质成分复杂，污染物质主要有氨、二氧化碳、单元酚、多元酚、脂肪酸等，硫化氢含量较少。这些物质都是极性物质，并且氨、二氧化碳和硫化氢在水溶液中是挥发性的弱电介质。废水中的H2S、CO2等酸性气体会对处理过程造成干扰，并造成设备腐蚀、结垢，而氨对微生物亦有抑制作用，影响后续的生化处理。酸性气体及氨在高温下的溶解度较低，因此采用汽提的方式脱除和回收。溶剂萃取法是从高浓度含酚废水中回收酚类物质的主要方法。该法利用酚在萃取剂中的溶解度大于在水中溶解度的特性，使废水中酚类物质转移至萃取剂中，从而实现酚的脱除。主要工艺流程：脱酸脱氨、萃取、溶剂回收、溶剂汽提、生化系统。

1.3 焚烧法的原理与特点

污水焚烧处理技术，污水在泵的作用下，经过污水喷嘴进入污水焚烧炉，在焚烧炉内污水中的污染物经过高温焚烧，产生CO2和H2O等无害物质经余热锅炉换热后放入大气。焚烧炉以燃气为热源，能耗大，同时单台处理量小，并排放气体水蒸气量大造成设备腐蚀，适用于污水较少的条件，同时能耗相对的较高，需要的焚烧炉较特殊。

1.4 鲁奇炉污水处理的讨论

鲁奇炉处理的首要问题是能耗大，使鲁奇炉产的酚、氨产品无法与成本平衡，环保投入大，能耗高。成为鲁奇发展的瓶颈问题。因此如能找到降低能耗的方法，使酚、氨等产品价值大于污水处理的成本，将使鲁奇炉的酚氨回收成为鲁奇的优点。

2 鲁奇污水余热利用-热泵原理

2.1 目的

（1）为改善污水预处理流程的处理效果和操作性能，基本消除脱酸汽提塔的结晶、结垢现象；（2）为降低污水预处理的能耗；降低气化污水的处理成本；（3）最大限度将污水中的酚、氨回收利用；（4）将污水含氨量降到300mg/L以下满足生化的要求。

2.2 原理与特点

污水余热利用——热泵原理。

热由高温物传递到低温物体，是自然规律。为提高余热利用的需要，降低污水处理的能耗，回收污水中的低温热量，用于污水提氨。利用热泵原理，将污水中的显热通过减压转化为气化潜热，再恢复压力，放出潜热转为显热，再将热量通过换热加热低温污水送回，进行循环，使热量得到充分利用。

具体步骤：（1）在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气体的沸点下降，同时控制温度，使酚类不蒸发。由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下利用污水的热能（180℃）和酚与水的沸点不同（高70℃）将水（15-20%）、氨、硫化氢、轻油等，从酚水中分离，由低压蒸汽引射，进入酸性气体分离塔，将氨和硫化氢与水分离，此时含氨和硫化氢的酸性污水量大大减少，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚和大部分水（80-85%）、焦油、固体物沉淀分离，去油水分离罐分离焦油后，酚水去萃取提酚。（2）充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，废水中的氨、H2S、CO2等酸性气体不用另提供热量。即可满足酸性气的分离。改变对全部的污水汽提脱酸，汽提用汽量较大，用汽量只是全部汽提脱酸的约10%。（3）真空蒸发的水量占污水总量的15-20%，此部分水含酚量小，水量少，再经脱氨后去油水分离罐，分离轻油，污水可直接去生化处理；未蒸发污水酚浓度提高，总量减少，同时脱酸效果好，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。

污水的主要污染物于水的饱和蒸汽压曲线图

3 试验结果与讨论

3.1 试验

3.1.1 试验目的

真空下氨的分离效果及数据、确定最佳的控制负压、温度及分离时间。

3.1.2 试验器材

恒温电热套1个（220vac），干馏器1000ml（1个），水银电温度计一支（0-250℃），直型水冷凝器一个，抽滤瓶（1000ml）一个，抽滤瓶（500ml）一个，胶塞若干，各连接胶管若干，真空压力表一块（-0.1～0 MPa），真空泵1台（2XZ-1型），调压玻璃三通一个，电子称一台（0-10KG），样品瓶（500ml）10个。

3.1.3 小试方法

将污水1000g加入真空抽滤瓶，加热污水温度100℃，当温度达到要求值，停止加热，开真空泵，真空调到60℃、70℃、80℃、90℃.水温度对应饱和压力值，直到污水停止沸腾，保持压力抽提3分、5分、10分，并分析剩余污水的氨含量。通过试验数据，确定真空条件下氨的蒸发效果。

3.1.4 试验数据

3.2 讨论

小试试验，采集数据分析，说明在负压下氨有较大的分离效果，但还没达到污水排放的要求，主要的原因是实验的条件不够充分，如果生产中使用分离塔，分离的效果将更好，可达到排放标准（氨指标满足300ml/L），是有前途的工艺路线。

4 展望

鲁奇工艺的污水在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气，由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚中大部分水（80-85%）、污水总量的15-20%，使提酚的能耗减低10-15%，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。该工艺的节能效果明显，预计最大可达到目前常用工艺的50%左右，因此经济效益十分显著，有较强的推广意义。endprint

摘 要：文章综述了鲁奇炉的气化污水预处理工艺的发展历史和特性，阐明了预处理气化污水的价值和意义。并且对气化污水的处理方法进行了综合说明。另外对气化污水的处理方法所存在的问题进行了总结，并阐述了应用热泵原理对气化污水进行改性。最后对气化污水的预处理方法进行了展望并加以具体的应用。

关键词：鲁奇炉；气化；污水；预处理

1 鲁奇炉污水处理

1.1 鲁奇炉污水处理现状

鲁奇炉是一种应用较多，运行稳定的煤气化炉型，常用的炉型具有日产城市煤气48万标准立方米的生产能力，日加工原料煤约500吨。由于粗煤气采用水洗，生产过程中产生的洗气废水量为每小时42吨。目前多采用化工处理流程与生化处理相结合的方式来治理这部分废水和焚烧的处理方法。

1.2 化工处理与生化处理结合的工艺原理及特点

煤气化废水来自于煤气洗涤时产生的高污染废水，水质成分复杂，污染物质主要有氨、二氧化碳、单元酚、多元酚、脂肪酸等，硫化氢含量较少。这些物质都是极性物质，并且氨、二氧化碳和硫化氢在水溶液中是挥发性的弱电介质。废水中的H2S、CO2等酸性气体会对处理过程造成干扰，并造成设备腐蚀、结垢，而氨对微生物亦有抑制作用，影响后续的生化处理。酸性气体及氨在高温下的溶解度较低，因此采用汽提的方式脱除和回收。溶剂萃取法是从高浓度含酚废水中回收酚类物质的主要方法。该法利用酚在萃取剂中的溶解度大于在水中溶解度的特性，使废水中酚类物质转移至萃取剂中，从而实现酚的脱除。主要工艺流程：脱酸脱氨、萃取、溶剂回收、溶剂汽提、生化系统。

1.3 焚烧法的原理与特点

污水焚烧处理技术，污水在泵的作用下，经过污水喷嘴进入污水焚烧炉，在焚烧炉内污水中的污染物经过高温焚烧，产生CO2和H2O等无害物质经余热锅炉换热后放入大气。焚烧炉以燃气为热源，能耗大，同时单台处理量小，并排放气体水蒸气量大造成设备腐蚀，适用于污水较少的条件，同时能耗相对的较高，需要的焚烧炉较特殊。

1.4 鲁奇炉污水处理的讨论

鲁奇炉处理的首要问题是能耗大，使鲁奇炉产的酚、氨产品无法与成本平衡，环保投入大，能耗高。成为鲁奇发展的瓶颈问题。因此如能找到降低能耗的方法，使酚、氨等产品价值大于污水处理的成本，将使鲁奇炉的酚氨回收成为鲁奇的优点。

2 鲁奇污水余热利用-热泵原理

2.1 目的

（1）为改善污水预处理流程的处理效果和操作性能，基本消除脱酸汽提塔的结晶、结垢现象；（2）为降低污水预处理的能耗；降低气化污水的处理成本；（3）最大限度将污水中的酚、氨回收利用；（4）将污水含氨量降到300mg/L以下满足生化的要求。

2.2 原理与特点

污水余热利用——热泵原理。

热由高温物传递到低温物体，是自然规律。为提高余热利用的需要，降低污水处理的能耗，回收污水中的低温热量，用于污水提氨。利用热泵原理，将污水中的显热通过减压转化为气化潜热，再恢复压力，放出潜热转为显热，再将热量通过换热加热低温污水送回，进行循环，使热量得到充分利用。

具体步骤：（1）在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气体的沸点下降，同时控制温度，使酚类不蒸发。由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下利用污水的热能（180℃）和酚与水的沸点不同（高70℃）将水（15-20%）、氨、硫化氢、轻油等，从酚水中分离，由低压蒸汽引射，进入酸性气体分离塔，将氨和硫化氢与水分离，此时含氨和硫化氢的酸性污水量大大减少，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚和大部分水（80-85%）、焦油、固体物沉淀分离，去油水分离罐分离焦油后，酚水去萃取提酚。（2）充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，废水中的氨、H2S、CO2等酸性气体不用另提供热量。即可满足酸性气的分离。改变对全部的污水汽提脱酸，汽提用汽量较大，用汽量只是全部汽提脱酸的约10%。（3）真空蒸发的水量占污水总量的15-20%，此部分水含酚量小，水量少，再经脱氨后去油水分离罐，分离轻油，污水可直接去生化处理；未蒸发污水酚浓度提高，总量减少，同时脱酸效果好，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。

污水的主要污染物于水的饱和蒸汽压曲线图

3 试验结果与讨论

3.1 试验

3.1.1 试验目的

真空下氨的分离效果及数据、确定最佳的控制负压、温度及分离时间。

3.1.2 试验器材

恒温电热套1个（220vac），干馏器1000ml（1个），水银电温度计一支（0-250℃），直型水冷凝器一个，抽滤瓶（1000ml）一个，抽滤瓶（500ml）一个，胶塞若干，各连接胶管若干，真空压力表一块（-0.1～0 MPa），真空泵1台（2XZ-1型），调压玻璃三通一个，电子称一台（0-10KG），样品瓶（500ml）10个。

3.1.3 小试方法

将污水1000g加入真空抽滤瓶，加热污水温度100℃，当温度达到要求值，停止加热，开真空泵，真空调到60℃、70℃、80℃、90℃.水温度对应饱和压力值，直到污水停止沸腾，保持压力抽提3分、5分、10分，并分析剩余污水的氨含量。通过试验数据，确定真空条件下氨的蒸发效果。

3.1.4 试验数据

3.2 讨论

小试试验，采集数据分析，说明在负压下氨有较大的分离效果，但还没达到污水排放的要求，主要的原因是实验的条件不够充分，如果生产中使用分离塔，分离的效果将更好，可达到排放标准（氨指标满足300ml/L），是有前途的工艺路线。

4 展望

鲁奇工艺的污水在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气，由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚中大部分水（80-85%）、污水总量的15-20%，使提酚的能耗减低10-15%，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。该工艺的节能效果明显，预计最大可达到目前常用工艺的50%左右，因此经济效益十分显著，有较强的推广意义。endprint

摘 要：文章综述了鲁奇炉的气化污水预处理工艺的发展历史和特性，阐明了预处理气化污水的价值和意义。并且对气化污水的处理方法进行了综合说明。另外对气化污水的处理方法所存在的问题进行了总结，并阐述了应用热泵原理对气化污水进行改性。最后对气化污水的预处理方法进行了展望并加以具体的应用。

关键词：鲁奇炉；气化；污水；预处理

1 鲁奇炉污水处理

1.1 鲁奇炉污水处理现状

鲁奇炉是一种应用较多，运行稳定的煤气化炉型，常用的炉型具有日产城市煤气48万标准立方米的生产能力，日加工原料煤约500吨。由于粗煤气采用水洗，生产过程中产生的洗气废水量为每小时42吨。目前多采用化工处理流程与生化处理相结合的方式来治理这部分废水和焚烧的处理方法。

1.2 化工处理与生化处理结合的工艺原理及特点

煤气化废水来自于煤气洗涤时产生的高污染废水，水质成分复杂，污染物质主要有氨、二氧化碳、单元酚、多元酚、脂肪酸等，硫化氢含量较少。这些物质都是极性物质，并且氨、二氧化碳和硫化氢在水溶液中是挥发性的弱电介质。废水中的H2S、CO2等酸性气体会对处理过程造成干扰，并造成设备腐蚀、结垢，而氨对微生物亦有抑制作用，影响后续的生化处理。酸性气体及氨在高温下的溶解度较低，因此采用汽提的方式脱除和回收。溶剂萃取法是从高浓度含酚废水中回收酚类物质的主要方法。该法利用酚在萃取剂中的溶解度大于在水中溶解度的特性，使废水中酚类物质转移至萃取剂中，从而实现酚的脱除。主要工艺流程：脱酸脱氨、萃取、溶剂回收、溶剂汽提、生化系统。

1.3 焚烧法的原理与特点

污水焚烧处理技术，污水在泵的作用下，经过污水喷嘴进入污水焚烧炉，在焚烧炉内污水中的污染物经过高温焚烧，产生CO2和H2O等无害物质经余热锅炉换热后放入大气。焚烧炉以燃气为热源，能耗大，同时单台处理量小，并排放气体水蒸气量大造成设备腐蚀，适用于污水较少的条件，同时能耗相对的较高，需要的焚烧炉较特殊。

1.4 鲁奇炉污水处理的讨论

鲁奇炉处理的首要问题是能耗大，使鲁奇炉产的酚、氨产品无法与成本平衡，环保投入大，能耗高。成为鲁奇发展的瓶颈问题。因此如能找到降低能耗的方法，使酚、氨等产品价值大于污水处理的成本，将使鲁奇炉的酚氨回收成为鲁奇的优点。

2 鲁奇污水余热利用-热泵原理

2.1 目的

（1）为改善污水预处理流程的处理效果和操作性能，基本消除脱酸汽提塔的结晶、结垢现象；（2）为降低污水预处理的能耗；降低气化污水的处理成本；（3）最大限度将污水中的酚、氨回收利用；（4）将污水含氨量降到300mg/L以下满足生化的要求。

2.2 原理与特点

污水余热利用——热泵原理。

热由高温物传递到低温物体，是自然规律。为提高余热利用的需要，降低污水处理的能耗，回收污水中的低温热量，用于污水提氨。利用热泵原理，将污水中的显热通过减压转化为气化潜热，再恢复压力，放出潜热转为显热，再将热量通过换热加热低温污水送回，进行循环，使热量得到充分利用。

具体步骤：（1）在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气体的沸点下降，同时控制温度，使酚类不蒸发。由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下利用污水的热能（180℃）和酚与水的沸点不同（高70℃）将水（15-20%）、氨、硫化氢、轻油等，从酚水中分离，由低压蒸汽引射，进入酸性气体分离塔，将氨和硫化氢与水分离，此时含氨和硫化氢的酸性污水量大大减少，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚和大部分水（80-85%）、焦油、固体物沉淀分离，去油水分离罐分离焦油后，酚水去萃取提酚。（2）充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，废水中的氨、H2S、CO2等酸性气体不用另提供热量。即可满足酸性气的分离。改变对全部的污水汽提脱酸，汽提用汽量较大，用汽量只是全部汽提脱酸的约10%。（3）真空蒸发的水量占污水总量的15-20%，此部分水含酚量小，水量少，再经脱氨后去油水分离罐，分离轻油，污水可直接去生化处理；未蒸发污水酚浓度提高，总量减少，同时脱酸效果好，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。

污水的主要污染物于水的饱和蒸汽压曲线图

3 试验结果与讨论

3.1 试验

3.1.1 试验目的

真空下氨的分离效果及数据、确定最佳的控制负压、温度及分离时间。

3.1.2 试验器材

恒温电热套1个（220vac），干馏器1000ml（1个），水银电温度计一支（0-250℃），直型水冷凝器一个，抽滤瓶（1000ml）一个，抽滤瓶（500ml）一个，胶塞若干，各连接胶管若干，真空压力表一块（-0.1～0 MPa），真空泵1台（2XZ-1型），调压玻璃三通一个，电子称一台（0-10KG），样品瓶（500ml）10个。

3.1.3 小试方法

将污水1000g加入真空抽滤瓶，加热污水温度100℃，当温度达到要求值，停止加热，开真空泵，真空调到60℃、70℃、80℃、90℃.水温度对应饱和压力值，直到污水停止沸腾，保持压力抽提3分、5分、10分，并分析剩余污水的氨含量。通过试验数据，确定真空条件下氨的蒸发效果。

3.1.4 试验数据

3.2 讨论

小试试验，采集数据分析，说明在负压下氨有较大的分离效果，但还没达到污水排放的要求，主要的原因是实验的条件不够充分，如果生产中使用分离塔，分离的效果将更好，可达到排放标准（氨指标满足300ml/L），是有前途的工艺路线。

4 展望

鲁奇工艺的污水在负压分离塔中，利用真空条件下氨、H2S、CO2等酸性气，由水蒸发将污水降温至控制温度60-80℃，在负压下充分的利用污水蒸发部分的潜热与蒸汽引射汽热量，汽提脱酸蒸汽耗量减低80%；提浓后酚水中酚的浓度增大，提浓的酚中大部分水（80-85%）、污水总量的15-20%，使提酚的能耗减低10-15%，后续脱酚处理过程干扰小，减小设备腐蚀、结垢，及氨对微生物亦有抑制作用。该工艺的节能效果明显，预计最大可达到目前常用工艺的50%左右，因此经济效益十分显著，有较强的推广意义。endprint