技术丨废水气化制合成气技术有新意

　　长期以来，含碳氢有机废液的处理一直是国内环境治理的难题。目前，常规的有机废液处理办法有物理法、化学法、物化法或生化法等。这些方法普遍存在处理速度慢、周期长、能耗高、成本高、容易产生二次污染等缺点，成为制约企业发展的瓶颈问题。

　　其实，有机废液中含有大量污染环境的有机类物质，因其含有丰富的碳、氢等元素，可作为原料进行化工产品或中间体的生产，既可实现有机污染物的资源化利用，又能有效消减污染物，还能形成新的盈利模式。如西北化工研究院研发的废水焦末湿法气化制合成气技术，是将有机废液首先进行预处理后，按其物化性质分为低浓度、低挥发、低黏度废液和高浓度、易挥发、高黏度废液两种。根据上述两种有机废液的特点，采取不同的转化利用方式制成合成气，再继续加工。

　　对低浓度、低挥发、低黏度废液采取制浆气化工艺。有机废液因本身黏度低，流动性好，容易实现加压输送。但其热值低、水含量高，不能直接作为气化原料使用。针对该类废液，将其部分或全部代替新鲜水，直接与高热值原料如煤、含碳氢废固与添加剂混合，磨制成高浓度料浆，加压后送至气化炉，与氧气混合雾化，在高温（1300～1400摄氏度）条件下，迅速进行一系列复杂的化学反应，最终生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气，作为下游产品的原料。

　　由于常规的料浆制备系统为非密闭设置，采用常规制浆的方式，极易造成工作环境二次污染，也危害健康。还有一些有机废液中的有机物水溶性较差，不易制备出性能良好的气化料浆。因此设置一个单独的密闭辅助系统，将高浓度、易挥发废液经由专用输送系统，直接加压输送至气化炉。经西北化工研究院开发的多通道烧嘴（高浓度废液、料浆、气化剂分别进入一个烧嘴的不同通道）混合雾化后，在气化炉内发生气化反应，在高温条件下，转变成为以一氧化碳和氢气为主的粗合成气。

　　一是预处理技术。通过对有机废液的特性进行分析，采用预处理技术，将其分离成两种物料形态。一种是低浓度、不易挥发、低黏度，可以满足一次湿法共磨制浆要求的物料；另一种是高浓度、易挥发、高黏度，需要单独密闭储存及输送的物料。

　　二是废液制浆技术。有机废液成分复杂，直接与原料煤制浆会影响成浆性能及料浆稳定性。而在湿法气流床加压气化过程中，高浓度稳定料浆可获得更好的气化指标。通过在添加剂技术、固体的粒度级配、制浆工艺等方面进行配套开发，形成了有机废液制备高浓度料浆技术。

　　三是添加剂技术。针对有机废液制浆难的问题，从提高颗粒表面亲水性能、增加颗粒表面电性、改善空间位阻效应及增加自由基水分等方面入手，开发出适应范围广的合成型高性能添加剂，大幅提高了有机废液制浆浓度（平均提高2%），制备出性能良好的料浆，浆体外观黏度适中，满足气化要求。

　　四是高浓度有机废液的储存、密封输送技术。高浓度有机废液具有挥发性强、易燃易爆的特点。这些废液暴露在空气中，会产生环境污染并存在安全隐患，而储存后又易于分层，常规搅拌会产生挥发性污染气体。针对这些特点，西北化工研究院开发出了密闭储存、废液自循环系统，解决了废液的分层问题，保证入气化炉有机废液性质稳定。同时采用气密装置，保证了输送泵进口压力稳定，从而达到了入炉流量稳定的效果。

　　五是多通道工艺烧嘴技术。为了解决高浓度有机废液、料浆、气化剂的入炉及有机废液、料浆炉内气化问题，针对料浆和废液两种液体介质和气化剂，西北化工研究院设计开发了一种多通道工艺烧嘴。该烧嘴可使料浆、高浓度有机废液和气化剂（氧气）分别进入不同通道，达到了不同原料同室气化的目的。在此基础上，通过对废液流速、气化剂流速、料浆流速和烧嘴头部喷射角度的研究与改进，进一步强化了料浆雾化，提高了原料的转化效率，延缓了料浆对喷嘴头部的冲刷磨损。为了提高喷嘴的冷却效果，降低喷嘴冷却水通道的阻力，该喷嘴采用水冷套冷却结构，相比传统盘管结构的工艺喷嘴，具有更大的传热面积和更高的传热效率。

　　六是气化过程控制系统技术。由于入烧嘴物料种类多样，为了装置运行的安全、可靠，西北化工研究院对装置投料及停车过程控制系统进行了技术开发。在开车过程中实现了料浆、废液与气化剂的入炉次序及时间控制。在停车过程中对不同物料的切断时序及介质通道的安全吹扫程序控制进行精巧设计，确保气化炉的开、停车安全和气化装置的安全、稳定运行。针对两种液态物料性质、流量差异，采用稳定比值系统，调节两股液体流量，进而实现气液比的可靠控制。

　　制浆浓度提高。相对于传统的新鲜水制浆，采用有机废液、原料煤制浆，料浆质量分数提高约2%，且充分利用有机质耦合特点，提高了分散及稳定性能，减少了制浆添加剂的使用量，降低了制浆成本。

　　原料消耗降低。在有机废液存在条件下，实现了废液中碳、氢、氧资源化利用，有效降低了原料煤及氧气消耗。工业装置运行实测数据表明，整体物料消耗相对于同规模纯水煤浆气化装置有所降低，其中原煤消耗降低约5%，氧气消耗降低约3%。

　　设备性能优异。通过模拟喷嘴水力学流场分布，证明多通道专用喷嘴具有良好的料浆和有机废液雾化效果。夹套冷却结构的设计克服了传统盘管式烧嘴弯管处容易龟裂、变形等缺陷，能够保证较长的喷嘴使用周期。装置运行实测数据表明，在高浓有机废液-料浆同时入炉气化情况下，料浆中固体原料碳转化率相对于传统纯料浆气化装置碳转化率提高约1%。

　　环境友好。与常规处理有机废液技术相比，该技术将低浓度有机废液制浆或高浓度有机废液多通道烧嘴入炉。在纯氧、高温、高压条件下气化，有机废物完全裂解和转化，快速激冷后，不产生二噁英，不产生二次污染，真正实现了污染物的消减和有机废液的资源最大化利用。（作者单位为西安元创化工科技股份有限公司）

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