一种地下气化煤气冷凝液处理装置及方法与流程

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体涉及一种地下气化煤气冷凝液处理装置及方法。

背景技术：

煤炭地下气化技术可将赋存在地下的煤炭通过热作用与化学反应直接转化为煤气或合成气，并从地下气化炉出气钻孔排出。地下气化出气钻孔排出的煤气组成复杂(也称为粗煤气或荒煤气或湿煤气)，除含有主要气体成分氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮气外，还含有大量的水蒸汽、焦油、固体颗粒物(灰渣、煤渣、岩石颗粒物等)、液滴(煤气夹带水、油滴)等，以及少量或微量的硫化氢、氯化氢、氰化氢、氨、苯酚等杂质。从出气钻孔排出的高温荒煤气，在地面进行利用之前，需要进行净化处理，净化过程中荒煤气中含有的水蒸汽、焦油、固体颗粒物、液滴等绝大部分杂质被脱除形成冷凝液或废水或污水，冷凝液主要含有水分、焦油、焦油渣及溶解在水中的氨、酚、硫化物等。

目前地下气化煤气冷凝液一般经简单的静置、沉降分层后(如焦油氨水澄清槽)，分出焦油渣、焦油、污水，然后回收焦油，并将部分污水用作煤气洗涤用水，剩余污水送污水处理站进行进一步净化处理。由于煤气中的水大部分来自地下水，地下水一般为咸卤水，含有钙、镁、钠、硫酸根、氯离子等，因而大部分的污水即使经过进一步净化处理，不能进行直接排放，一般也不能直接作为工艺回用水。针对地下气化污水含盐高的问题，以及钙、镁、钠等碱金属和碱土金属离子对煤气化反应具有催化效果的事实，有学者提出将部分地下气化污水作为气化用水，直接注入到地下气化反应区，以改善气化过程。但是煤气冷凝液如果不经处理直接进行注入的话，其中含有的焦油、灰渣容易堵塞管道和喷嘴；经过简单沉降分离的污水，只是除去了大部分浮油、分散油、悬浮固体颗粒物，大量的乳化油、溶解油含在污水中，在输送过程中易发生聚结，堵塞喷嘴；尽管经过净化处理的污水可以作为气化用水，但是净化处理的流程复杂、操作成本过高。因而，需要寻找一种相对低成本的气化用水处理方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地下气化煤气冷凝液处理装置及方法，通过重力沉降-过滤-气浮三级处理工艺，实现冷凝液中焦油水的分离，使分离后的废水中含油量不超过20mg/l，满足气化用水的要求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地下气化煤气冷凝液处理装置，其包括依次连接的重力分离装置、过滤装置、气浮装置；

所述重力分离装置包括焦油水分离器、焦油储罐，在所述焦油水分离器中设置加热装置；

所述焦油水分离器包括至少一个入口、一个气相出口、两个液相出口和一个固相出口，其中，所述焦油水分离器的一个入口用来接受煤气冷凝液；一个气相出口用来排出煤气冷凝液溶解的气体；两个液相出口分别用来排出沉降分层后的轻质焦油、废水；一个固相出口用来排出包括固体颗粒物和重质焦油的焦油渣；所述焦油水分离器的一个液相出口与过滤水泵连接；

所述焦油储罐包括至少一个入口、一个出口；该焦油储罐的一个入口与焦油水分离器的一个液相出口连接，焦油储罐用来接收焦油水分离器分离出的轻焦油；所述焦油储罐的一个出口用于定期将焦油储罐的轻焦油排出；

所述过滤装置包括滤罐、滤料，所述滤料充填在滤罐内；

所述滤罐包括至少一个入口和一个出口，其中，入口与所述焦油水分离器的另一个液相出口连接；

所述气浮装置包括依次连接的溶气罐、气浮罐；

所述溶气罐与所述滤罐的出口连接，该溶气罐还与空气压缩机或射流器连接。

作为优选，所述焦油储罐的出口与焦油泵连接。

作为优选，所述滤料在滤罐内设置成一个或多个床层。

作为优选，所述滤罐的入口与所述焦油水分离器的液相出口之间通过过滤水泵连接。

作为优选，所述过滤装置还包括：

反洗水罐，其包括至少一个入口、两个出口，其中，一个入口与所述滤罐的出口连接，一个出口则与所述溶气罐连接，另一个出口与反冲洗泵连接；反冲洗水泵的出口与滤罐的出口连接。

作为优选，所述反洗水罐的出口与所述溶气罐之间通过气浮水泵连接。

作为优选，所述过滤装置还包括：

回收水罐，其包括至少一个入口和两个出口，其中，入口与所述滤罐的入口连接，一个出口用来排出污水，另一个出口与回收水泵连接；所述回收水泵与所述焦油水分离器的入口连接。

作为优选，所述气浮装置还包括依次连接的气浮油储罐、缓冲水罐，所述气浮油储罐与所述气浮罐连接。

作为优选，注水泵与所述缓冲水罐连接，浮油泵与所述气浮油储罐连接。

一种地下气化煤气冷凝液处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

a)焦油水初步分离：煤气冷凝液送入焦油水分离装置，在焦油水分离器内加热装置对冷凝液进行预热，煤气冷凝液经重力沉降后，轻焦油通过焦油水分离器的第一液相出口溢流至焦油储罐，废水通过焦油水分离的第二液相出口送至过滤装置进行处理；焦油渣沉降在焦油水分离器底部，并定期通过固相出口进行排放与收集；

b)过滤处理：经初步分离后的废水送至过滤装置，从滤罐入口进入，经滤料床层过滤后废水中残余的固体颗粒物、重质焦油粘附、截留在滤料床层，之后水从滤罐出口排出至气浮装置进一步处理；

当床层阻力增大时，则需要对床层进行反冲洗；

c)气浮处理：来自过滤装置的废水被送至气浮装置，进入到溶气罐，空气以压缩机或射流器方式注入溶气罐内在溶气罐中气体被充分溶于水中，然后经释放器进入气浮罐。

本发明所提供的地下气化煤气冷凝液处理装置及方法，处理后的清液可以作为地下气化用水。由于气化用水关键在于除去易于堵塞喷嘴的焦油(主要是浮油、分散油、乳化油)、固体颗粒物，但地下气化煤气冷凝液中焦油主要为轻质焦油，重质焦油含量很少，焦油的密度一般为0.95～0.99g/m³之间，与水的密度相当接近，使得焦油与水的分离变得困难。此外，由于焦油在废水中以浮油、分散油、乳化油、溶解油的状态存在，浮油可通过常规方法有效去除而对于分散油和乳化油则无能为力，溶解油的含量极低不影响气化用水的输送，一般可通过生化法去除。本发明利用焦油密度存在转变温度的特点，当高于转变温度时，随着温度升高，焦油密度降低，焦油水的密度差增大，易于实现焦油水的分离，通过预热使煤气冷凝液的温度控制在较佳的分离温度区间，经重力沉降分离后，除去大部分的固体颗粒物、重质焦油、轻质焦油(浮油)，实现焦油水的初步分离；然后对废水进行过滤处理，滤除废水中残余的固体颗粒物、重质焦油；之后对废水进行絮凝气浮处理，进一步去除废水中的轻质焦油(乳化油、分散油)。本发明通过重力沉降-过滤-气浮三级处理工艺，实现冷凝液中焦油水的分离，使分离后的废水中含油量不超过20mg/l，满足气化用水的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的地下气化煤气冷凝液处理装置的结构示意图。

附图标记说明：

ⅰ、焦油水分离装置；ⅱ、过滤装置；ⅲ、气浮装置；

1、焦油氨水分离器；2、过滤罐；3、气浮罐；4、溶气罐；5、焦油罐；6、回收水罐；7、反洗水罐；8、浮油罐；9、缓冲水罐；

p1、过滤水泵；p2、气浮水泵；p3、注水泵；p4、焦油泵；p5、回收水泵；p6、反洗水泵；p7、浮油泵；c1、空气压缩机或射流器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

如图1所示，一种地下气化煤气冷凝液处理装置，其特征在于，包括依次连接的重力分离装置ⅰ、过滤装置ⅱ、气浮装置ⅲ；

所述重力分离装置包ⅰ括焦油水分离器1、焦油储罐5，在所述焦油水分离器1中设置加热装置；

所述焦油水分离器1包括至少一个入口、一个气相出口、两个液相出口和一个固相出口，其中，所述焦油水分离器1的一个入口用来接受煤气冷凝液；一个气相出口用来排出煤气冷凝液溶解的气体；两个液相出口分别用来排出沉降分层后的轻质焦油、废水；一个固相出口用来排出包括固体颗粒物和重质焦油的焦油渣；所述焦油水分离器1的一个液相出口与过滤水泵p1连接；

所述焦油储罐5包括至少一个入口、一个出口；该焦油储罐5的一个入口与焦油水分离器1的一个液相出口连接，焦油储罐5用来接收焦油水分离器分离出的轻焦油；所述焦油储罐5的一个出口用于定期将焦油储罐5的轻焦油排出；

所述过滤装置ⅱ包括滤罐2、滤料，所述滤料充填在滤罐2内；

所述滤罐2包括至少一个入口和一个出口，其中，入口与所述焦油水分离器1的另一个液相出口连接；

所述气浮装置ⅲ包括依次连接的溶气罐4、气浮罐3；

所述溶气罐4与所述滤罐2的出口连接，该溶气罐4还与空气压缩机或射流器c1连接。

具体的，重力分离装置ⅰ、过滤装置ⅱ、气浮装置ⅲ依次连接。

所述重力分离装置ⅰ利用焦油与水的密度差对焦油水进行初步分离，经重力沉降分离后，除去大部分的固体颗粒物、重质焦油、轻质焦油(浮油)。所述重力分离装置至少包括焦油水分离器(或分离池/分离槽/分离罐)1、焦油储罐5，其中

所述焦油水分离器1可以采用公知的任意类型的重力式焦油氨水分离器(或分离池/分离槽)，如平板(或斜板)隔油池、板式聚结器、聚结板分离器、机械化焦油氨水澄清槽、圆锥形焦油氨水分离器、立式除油罐等。较优的，优先采用封闭式立式圆锥形焦油水分离器。所述焦油水分离器1至少包括一个入口、一个气相出口、两个液相出口和一个固相出口，其中所述焦油水分离器1的一个入口用来接受煤气冷凝液；一个气相出口用来排出煤气冷凝液溶解的气体；两个液相出口分别用来排出沉降分层后的轻质焦油、废水；一个固相出口用来排出包括固体颗粒物和重质焦油的焦油渣。较优的，在所述焦油水分离器中设置加热装置，如蒸汽盘管、电热加热管等，所述加热装置的作用是用来对冷凝液进行预热，使煤气冷凝液的温度控制在较佳的分离温度区间，以增大焦油水的密度差，易于实现焦油水的分离。所述焦油储罐5至少包括一个入口、一个出口。所述焦油储罐5的一个入口与焦油水分离器1的一个液相出口连接，焦油储罐5用来接收焦油水分离器分离出的轻焦油；所述焦油储罐5的一个出口用于定期将焦油储罐5的轻焦油排出，如送往焦油脱水处理装置。较优的，焦油储罐5的出口与焦油泵p4连接，以方便焦油的输送。所述焦油水分离器1的另一个液相出口与过滤装置ⅱ的入口连接，较优的，焦油水分离器1的液相出口与过滤水泵p1连接，过滤水泵p1的出口与过滤装置ⅱ的入口连接，以将初步进行焦油水分离的废水送往过滤装置ⅱ进行处理。

所述废水过滤装置ⅱ用来滤除废水中残余的固体颗粒物、重质焦油，重质焦油不容易被气浮装置ⅲ去除，而且容易会堵塞气浮装置，如溶气释放器等。所述过滤装置ⅱ可以为滤池(如v型滤池)、加压过滤器(如活性炭过滤器、石英砂过滤器)、旋转过滤机、重力式单阀滤罐等，较优的，采用压力过滤器。所述过滤装置至少包括滤罐2、滤料，所述滤罐2至少包括一个入口和一个出口，较优的，所述入口位于滤罐2上部，出口位于滤罐2下部。所述滤料可以为石英砂、活性炭、磁铁矿、无烟煤、玻璃纤维、高分子聚合物、陶粒等。所述滤料充填在滤罐2内，可以设置成一个或多个床层。焦油水分离器1来的废水从滤罐2上部入口进入，经滤料床层过滤后废水中残余的固体颗粒物、重质焦油粘附、截留在滤料床层，之后水从下部出口排出。当床层阻力增大时，需要对床层进行反冲洗，洗去床层上粘附、截留的焦油渣，恢复床层的过滤能力。进一步改进的，为了对滤罐2进行反冲洗，设置储水罐，至少设置一个回收水罐6，较优的，进一步设置一个反洗水罐7。所述反洗水罐7至少设置一个入口、两个出口，所述反洗水罐7的入口与滤罐2的出口连接。反洗水罐7用来接收滤罐2出水，可以同时作为缓冲水罐，防止气浮装置水量过大波动。所述反洗水罐7的一个出口与反冲洗泵p6连接，反冲洗水泵p6的出口与滤罐2的出口连接用来注水冲洗，冲洗后的污水进入回收水罐6；另一个出口则将过滤后的废水送入气浮装置ⅲ。所述回收水罐6至少包括一个入口和两个出口，所述回收水罐6的入口与滤罐2的入口连接，回收水罐6用来接收反冲洗后的污水，经回收水罐6内静置沉降后，污水从回收水罐6的一个出口排出，较优的，回收水罐6的一个出口与回收水泵p5连接，将污水进一步送至焦油水分离器1入口进行处理。焦油渣则定期从回收水罐6另一出口排出。进一步，为了保证冷凝液处理过程的连续性，所述过滤装置ⅱ可设置两套以上，当一套装置进行过滤操作时，另一套装置进行反冲洗操作。

所述废水气浮装置ⅲ对废水进行絮凝气浮处理，进一步去除废水中的轻质焦油(分散油、乳化油)。所述气浮装置ⅲ可以采用溶气气浮、鼓气气浮、电解气浮、叶轮气浮、涡凹气浮、吸附气浮等，较优的，所述气浮装置采用溶气气浮装置。所述气浮装置至少包括溶气罐4、气浮罐(或气浮池/气浮机)3。所述溶气罐4可以为隔板式、花板式、填充式、涡轮式，较优的，所述溶气罐采用填充式溶气罐，泵后溶气方式。来自过滤装置ⅱ的废水经气浮水泵p2增压后，送入溶气罐4，空气以压缩机或射流器c1方式注入溶气罐4内，在溶气罐4中气体被充分溶于水中，然后经释放器进入气浮罐3。进一步，为了提高分散油、乳化油的除去效率，还可以在溶气罐之前加入化学药剂，如絮凝剂、发泡剂等。所述气浮罐(或气浮池/气浮机)3可以采用平流式、竖流式、综合式。较优的，采用竖流式气浮罐。进一步，所述气浮装置ⅲ还包括储罐，包括气浮油储罐8、缓冲水罐9。所述气浮罐3内设有溶气释放器、刮油器等，之前溶于水中的过饱和气体经溶气释放器，以微小气泡形式释放，与污水中的细小油粒相结合而上浮到水面；油上浮至水面后，经刮油器送入气浮油储罐8，经除油的废水送入缓冲水罐9，并经注水泵p3送至气化用水钻孔。

本实施例中利用上述煤气冷凝液处理装置进行地下气化煤气冷凝液处理的方法，包括如下步骤：

a)焦油水初步分离：煤气冷凝液送入焦油水分离装置ⅰ，在焦油水分离器1内加热装置对冷凝液进行预热，使煤气冷凝液的温度控制在较佳的分离温度区间，以增大焦油水的密度差，易于实现焦油水的分离。煤气冷凝液经重力沉降后，由上到下初步分离为轻质焦油(浮油)层、废水层、焦油渣层，其中：轻焦油通过焦油水分离器1的第一液相出口溢流至焦油储罐5；废水通过焦油水分离的第二液相出口由过滤水泵p1送至过滤装置ⅱ进行处理；焦油渣沉降在焦油水分离器底部，并定期通过固相出口进行排放与收集。

b)过滤处理：经初步分离后的废水经过滤水泵p1增压后送至过滤装置ⅱ，从滤罐2上部入口进入，经滤料床层过滤后废水中残余的固体颗粒物、重质焦油粘附、截留在滤料床层，之后水从下部出口排出至反洗水罐7，由气浮水泵p2送至气浮装置进一步处理。

当床层阻力增大时，需要对床层进行反冲洗，将反洗水罐内7的水经反洗水泵p6增压后送入滤罐2的出口，洗去床层上粘附、截留的焦油渣，冲洗后的污水从滤罐2的入口排出进入回收水罐6，经回收水罐6内静置沉降后，污水从回收水罐6的一个出口排出，经回收水泵p5增压后将污水进一步送至焦油水分离器1入口进行处理；焦油渣则定期从回收水罐6另一出口排出与收集。

c)气浮处理：来自过滤装置的废水经气浮水泵p2增压后气浮装置ⅲ，从溶气罐4上部入口进入，空气以压缩机或射流器c1方式注入溶气罐4内，进一步，为了提高分散油、乳化油的除去效率，还可以在溶气罐4之前加入化学药剂，如絮凝剂、发泡剂等。在溶气罐中气体被充分溶于水中，然后经释放器进入气浮罐3。之前溶于水中的过饱和气体经溶气释放器后，以微小气泡形式释放，与污水中的细小油粒相结合而上浮到水面；油上浮至水面后，经刮油器送入气浮油储罐8，经进一步除油后的废水送入缓冲水罐9，并经注水泵p3送至气化用水钻孔。

上述地下气化煤气冷凝液处理装置及方法，处理后的清液可以作为地下气化用水。由于气化用水关键在于除去易于堵塞喷嘴的焦油(主要是浮油、分散油、乳化油)、固体颗粒物，但地下气化煤气冷凝液中焦油主要为轻质焦油，重质焦油含量很少，焦油的密度一般为0.95～0.99g/m³之间，与水的密度相当接近，使得焦油与水的分离变得困难。此外，由于焦油在废水中以浮油、分散油、乳化油、溶解油的状态存在，浮油可通过常规方法有效去除而对于分散油和乳化油则无能为力，溶解油的含量极低不影响气化用水的输送，一般可通过生化法去除。本发明利用焦油密度存在转变温度的特点，当高于转变温度时，随着温度升高，焦油密度降低，焦油水的密度差增大，易于实现焦油水的分离，通过预热使煤气冷凝液的温度控制在较佳的分离温度区间，经重力沉降分离后，除去大部分的固体颗粒物、重质焦油、轻质焦油(浮油)，实现焦油水的初步分离；然后对废水进行过滤处理，滤除废水中残余的固体颗粒物、重质焦油；之后对废水进行絮凝气浮处理，进一步去除废水中的轻质焦油(乳化油、分散油)。本发明通过重力沉降-过滤-气浮三级处理工艺，实现冷凝液中焦油水的分离，使分离后的废水中含油量不超过20mg/l，满足气化用水的要求。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。