本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种煤气化废水的回收利用工艺及系统。
背景技术：
随着世界石油天然气资源的日益匮乏，以煤气化为代表的煤基能源转化技术成为世界各国日益关注的重点，尤其是我国富煤贫油，因此开发高效、清洁的煤气化技术对保障国家能源安全和经济发展具有长远的重要意义。
煤气化工艺是煤化工领域的重要组成部分，具体是指煤炭在高温条件下与气化剂(如氧气、氢气、空气或水蒸气)发生热化学反应制得反应煤气的过程。煤气化工艺会产生大量的煤气化废水，这种废水中通常含有油类、酚类及一些有机乳化物或水溶性有机物等，其中，酚类物质如苯酚、甲基苯酚、多元酚等是废水的主要污染物，通常占COD的40％-80％，同时还含有单环或多环的含氮芳香烃类、含氧或含硫的杂环类、多环芳烃、脂肪酸类等污染物以及氰、氨氮等有毒抑制性物质，是一种难生化降解的高浓度有机废水，因此必须对煤气化废水进行净化处理。
目前，煤化工企业对于煤气化废水的处理工艺主要包括煤气水分离、除油、脱酸性气体、酚回收、氨回收和生化处理等环节，但采用上述工艺处理后的煤气化废水的COD值仍然很高，达不到环保排放的要求，还需进行深度处理，从而导致工序繁琐，耗费不菲，降低了整个煤气化工艺的经济性，因此提供一种能够有效除去煤气化废水中的有机物，提高煤气化处理整体效率的方法是本领域技术人员所面临的重要课题。为此，中国专利文献CN104418454A公开了一种有机废水的处理方法，该方法是将抗磨的固体颗粒物加入至第一反应器中并燃烧加热以提高固体颗粒物的温度，而后再将加热后的固体颗粒物送至第二反应器中，然后向第二反应器中喷入有机废水，使得有机废水与固体颗粒物接触后被蒸发形成含有机物的气体混合物，该气体混合物在第二反应器的顶端被加热升温至800-1350℃以使其中的有机物被氧化转化为CO2和水蒸汽，随后再经调质降温处理以回收热量，而经有机废水降温后的固体颗粒物则被送至第一反应器中继续循环。
经上述方法处理后的气体混合物中残留的有机物含量很少，可见该技术能够实现对有机废水的净化处理，但由于上述技术采用抗磨固体如煤灰、碎砂等作为有机物的吸附剂，存在着吸附活性低、吸附容量小且比热容小的缺陷，另外上述技术通过燃料燃烧的方式将固体颗粒物加热至800-1100℃，一方面燃料的消耗必将导致废水处理成本的增加，另一方面燃烧这一剧烈的化学反应还为该工艺带来较大的安全隐患。鉴于此，如何对现有的煤气化废水的处理工艺进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言依然是一个尚未解决的技术难题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的煤气化废水的处理工艺所存在的吸附剂活性低、吸附容量小、比热容小且需要消耗燃料、工艺安全性差的缺陷，进而提供一种吸附剂活性高、吸附容量大、比热容大且无需消耗燃料、工艺安全性高的煤气化废水的回收利用工艺及系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
一种煤气化废水的回收利用工艺，包括如下步骤：
(1)采用600～790℃的无氧气体将焦炭加热至300～700℃；
(2)将步骤(1)加热后的焦炭与煤气化废水接触，以使所述煤气化废水被蒸发形成水蒸气，同时所述煤气化废水中的有机物被吸附在所述焦炭上；
(3)将步骤(2)产生的水蒸气作为气化剂回用至煤气化工艺中。
所述无氧气体为煤气化工艺中所产生的煤气。
所述焦炭为挥发分≤1wt％、灰分≤0.7wt％且硫含量≤1wt％的石油焦。
所述焦炭的粒径为50～5000μm。
所述煤气化废水的原始温度为1～150℃。
将吸附了有机物的焦炭部分回用至步骤(1)和步骤(2)中。
一种煤气化废水的回收利用系统，包括：
加热装置，其包括壳体和设置于所述壳体内的上集箱、下集箱及夹设于所述上集箱与所述下集箱之间的管束，所述管束分别与所述上集箱和所述下集箱连通，在所述下集箱上设置第一进气口，在所述上集箱上设置第一排气口；在所述壳体的上部设置进料口，在所述壳体的下部设置出料口；
吸附蒸发装置，包括筒体和设置于所述筒体内的吸附剂床层，在所述筒体的下部设置有废水入口和吸附剂出口，在所述筒体的上部设置蒸气出口和吸附剂进口；所述吸附剂进口与所述出料口相连通，所述蒸气出口连通气化炉的气化剂进口；
所述吸附蒸发装置的操作温度为110～500℃，优选为130～200℃。
在所述壳体的上部设置第二排气口，在所述壳体的下部设置第二进气口，所述第二进气口连接所述第一排气口。
所述吸附剂出口与所述进料口相连接。
在所述筒体的下部还设置有流化蒸气入口，所述蒸气出口连通所述流化蒸气入口。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供的煤气化废水的回收利用工艺，首创性地采用焦炭作为热载体和吸附剂，通过利用高温无氧气体与焦炭之间的物理传热将焦炭加热至300～700℃，随后煤气化废水与加热后的焦炭接触时，由于焦炭大的比热容、高的吸附活性和吸附容量，使得焦炭和煤气化废水之间产生了良好的热传导和较强的吸附作用，故而煤气化废水被蒸发形成含少量有机物的水蒸气，同时煤气化废水中的无机物和剩余有机物被完全吸附在焦炭上，上述水蒸气可作为气化剂直接回用至煤气化工艺中，进而有机物在气化炉的燃烧层被分解最终形成CO2和H2O，由此本发明的工艺实现了煤气化废水的净化回收及循环利用，有效解决了缺水地区煤气化用水量大的问题。并且本发明所述的工艺无需额外消耗燃料，工艺条件可控，安全性高。
2、本发明提供的煤气化废水的回收利用工艺，进一步限定采用挥发分≤1wt％、灰分≤0.7wt％且硫含量≤1wt％的石油焦，以确保本发明的工艺基本无灰渣排放，从而实现零排放的废水处理目标。
另外，本发明所述的工艺将吸附了有机物的焦炭部分回用至加热器中进行无氧加热，使得附着于焦炭上的有机物受热分解或蒸发，从而得到净化了的焦炭，而后再循环至步骤(2)中，由此实现焦炭的循环利用。然而当焦炭表面累积的有机物越来越多时，可以适当排出一定量的吸附了有机物的焦炭，同时补加新鲜干净的焦炭，以维持工艺中的有机物处于合理水平，并且排出的焦炭还可作为煤气化的燃料，从而实现资源的循环利用。
3、本发明提供的煤气化废水的回收利用系统，通过在其加热装置的壳体内设置上集箱、下集箱及夹设于二者之间并与之连通的管束，并且在下集箱上设置第一进气口，在上集箱上设置第一排气口，在壳体的上部设置进料口、下部设置出料口，使得高温气体在管束内流动同时焦炭在管束外运动，利用管束内外的物理换热以将焦炭加热至300～700℃，从而避免采用燃料燃烧所产生的热量来加热焦炭，不仅使得工艺可控，安全性高，更重要的是还可防止焦炭自身燃烧。
4、本发明提供的煤气化废水的回收利用系统，进一步在加热装置的壳体上部设置第二排气口、下部设置第二进气口，并将第二进气口连接第一排气口，从而可利用无氧气体流化焦炭颗粒并与之直接换热，一则可快速加热焦炭，二则还可使焦炭在加热装置中形成流化床，以便于焦炭的换热和流动。
另外，本发明所述的系统还可在吸附蒸发装置的筒体下部设置与蒸气出口连通的流化蒸气入口，使得焦炭在吸附蒸发装置中形成流化床，从而有利于焦炭与煤气化废水的充分接触，提高气化和吸附效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的煤气化废水的回收利用工艺的流程图；
其中附图标记如下：
1-焦炭；2-高温煤气；3-高温焦炭；4-煤气化废水；5-水蒸气；6-流化蒸气；7-吸附了有机物的焦炭；8-含有机物的煤气。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供的煤气化废水的回收利用系统包括彼此连通设置的加热装置和吸附蒸发装置，其中：
所述加热装置包括壳体和设置于所述壳体内的上集箱、下集箱及夹设于所述上集箱与所述下集箱之间的管束，所述管束分别与所述上集箱和所述下集箱连通，在所述下集箱上设置第一进气口，在所述上集箱上设置第一排气口；在所述壳体的上部设置进料口和第二排气口，在所述壳体的下部设置出料口和第二进气口，所述第二进气口连接所述第一排气口；
所述吸附蒸发装置包括筒体和设置于所述筒体内的吸附剂床层，在所述筒体的下部分别设置有废水入口、吸附剂出口和流化蒸气入口，在所述筒体的上部设置蒸气出口和吸附剂进口；所述吸附剂进口与所述出料口相连通，所述蒸气出口连通气化炉的气化剂进口，所述吸附剂出口与所述进料口相连接，所述蒸气出口连通所述流化蒸气入口。
如图1所示，利用本实施例提供的系统对煤气化废水进行回收利用的工艺包括如下步骤：
焦炭1自进料口进入加热装置中，与此同时或者随后向第一进气口通入高温煤气2，使得高温煤气2依次流经下集箱、管束和上集箱并由第一排气口排出，而后高温煤气2再经由第二进气口进入加热装置中从而直接与焦炭发生接触以流化焦炭并与之充分换热；经加热后的高温焦炭3由出料口排出并进入吸附蒸发装置中，与此同时或者随后，煤气化废水4从废水入口经喷嘴雾化后进入吸附蒸发装置并与高温焦炭3接触，使得煤气化废水4在高温焦炭3的表面受热蒸发形成含少量有机物的水蒸气5，这些水蒸气5经蒸气压缩机升压后一部分作为气化剂送入气化炉中，另一部分则作为流化蒸气6由流化蒸气入口再次进入吸附蒸发装置中以流化高温焦炭3，而煤气化废水4中的无机物和绝大部分有机物则吸附在焦炭表面，定期排出一些吸附了有机物的焦炭7，其中大部分循环进入加热装置中使得附着于焦炭上的有机物受热分解或蒸发而混杂于煤气中形成含有机物的煤气8，这些煤气8经净化和加热后循环至加热装置中，同时还得到净化了的焦炭，而后这些净化了的焦炭再次进入吸附蒸发装置，如此循环往复，焦炭按一定速率损耗并及时补充新鲜焦炭，而少部分送往燃烧炉或气化炉用作燃料，上述工艺的具体废水处理能力由废水流量和吸附蒸发装置的操作温度决定。
本实施例所采用的焦炭为挥发分≤1wt％、灰分≤0.7wt％、硫含量≤1wt％且粒径介于50～5000μm之间的石油焦，流化循环系统的操作压力在0.05～0.5MPa的范围内。
实施例2
选取中低温煤气化工艺所产生的废水，经过氨回收和部分酚回收后水质指标为：COD 3900mg/L、总酚和氨氮浓度分别为610mg/L和270mg/L。
采用本发明实施例1提供的煤气化废水的回收利用工艺处理上述废水，具体工艺参数为：焦炭的循环量20kg/h，平均粒径150μm，吸附蒸发装置的操作温度150℃，加热装置的操作温度500℃，系统压力0.15MPa，废水的原始温度40℃，废水流量1.68kg/h。
本实施例最终获得的水蒸气流量为2.05Nm3/h，不凝气体1.04L/h，也即是水蒸气中约含0.05wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为1.5wt％。
实施例3
将加热装置的操作温度提升至700℃，废水流量增加到2.62kg/h，其它条件与实施例2相同。
本实施例最终获得的水蒸气流量为3.2Nm3/h，不凝气体1.92L/h，也即是水蒸气中约含0.06wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为1.1wt％。
实施例4
将吸附蒸发装置的操作温度提高到180℃，废水流量调整为2.47kg/h，其它条件与实施例3相同。
本实施例最终获得的水蒸气流量为3.02Nm3/h，不凝气体2.11L/h，也即是水蒸气中约含0.07wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为0.7wt％。
实施例5
将废水的原始温度提高到120℃、压力提升至0.6MPa，废水流量增加至1.72kg/h，其它条件与实施例2相同。
本实施例最终获得的水蒸气流量为2.1Nm3/h，不凝气体1.05L/h，也即是水蒸气中约含0.05wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为1.6wt％。
对比例1
采用煤灰代替焦炭作为热载体和吸附剂，其它条件与实施例2相同。
本对比例最终获得的水蒸气流量为1.8Nm3/h，不凝气体3.78L/h，也即是水蒸气中约含0.21wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为3.3wt％。
对比例2
采用碎砂代替焦炭作为热载体和吸附剂，其它条件与实施例2相同。
本对比例最终获得的水蒸气流量为1.86Nm3/h，不凝气体5.58L/h，也即是水蒸气中约含0.3wt％的有机物。经过40小时连续操作后焦炭上的杂质含量为2.5wt％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。