一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理方法及装置

技术领域

本发明属于煤化工料液处理技术领域，特别涉及一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理方法及装置。

背景技术

煤炭地下气化(UCG)，是将地下煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程；也称为“气化采煤”是集建井、采煤、气化三大工艺为一体的煤炭清洁利用与转换新技术[1]。煤炭地下气化面积大，杂矿种类多，气化过程具有很大的不确定性。UCG污水主要来自粗煤气的冷凝水,这部分水与粗煤气直接接触，污水水量大，水质复杂，污水含酚、多环芳烃、苯环衍生物、石油类等难降解有机物以及硫、铁、钙等离子，COD、氨氮含量高，有一定的毒性且可生化性差。

直接针对UCG污水处理的研究资料和文献极为有限。Fergusson,L.对澳大利亚昆士兰州苏特拉盆地(Surat Basin)UCG污水和污泥进行了成分分析，这些污染物不仅散发出强烈的气味，而且其中含有大量的苯、甲苯，各种石油烃和酚类。但重金属含量相对较低，并且没有多环芳烃、农药或多氯联苯。通过氧化、生化方法能够去除95％以上的有机污染物，而金属螯合(metal sequestration)减少了94％以上的无机污染物。Adam Smoliński利用模拟反应器(2.6×1.0×1.1m)分别研究了轻质煤层和重质煤层UCG过程中污水水质随环境温度和操作时长的变化情况。更进一步的，该课题组还开展了模拟UCG地下压力环境下，煤层燃烧产出污水水质随压力变化的情况。研究表明，煤层类型和操作条件均对污水成分有显著影响，且UCG料液和焦化厂料液(Coke)组成呈现出许多相似之处。尽管这两类工艺中使用的原料不同，但COD和酚类浓度均相当。考虑到这些相似性，将焦化料液处理工艺用于处理UCG污水也是可行的。Humenick,M J.指出UCG冷凝水的特点与地面煤气化料液非常接近。

项目组在前期工作中，提出了如图1所示的综合技术路线，总体包括预处理-生化处理-深度处理三个阶段，该技术路线能够高效去除UCG污水中的杂质成分，处理后水质达到国家规定环保标准。但是，从图1可以看出，该技术整体工艺链较长，共包括13个处理单元，有一定的项目投资偏大、操作运维管理成本偏高等弊端，为此，项目组提出采用模块化组合方案，将各处理单元根据水质条件进行组合，在保证水质指标的前提下缩短工艺链。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理方法及装置，方法包括：

地下煤气化余热蒸汽依次进入一效蒸发器…N效蒸发器，且从任意一个非N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器和下一效所述蒸发器，从所述N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入所述蒸汽引射器和N+1效冷凝器，且所述地下煤气化余热蒸汽经过所述一效蒸发器…N效蒸发器中换热后形成的净化水分别对应流入一效冷凝器…N效冷凝器；

同时，料液由进料泵依次进入N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…N效蒸发器；

其中，通过所述蒸汽引射器的蒸汽与所述地下煤气化余热蒸汽混合重新进入所述一效蒸发器…N效蒸发器，N为≥2的自然数。

优选的是，所述蒸发器包括壳体以及设于所述壳体内部的喷淋管和板式换热器，所述喷淋管设于所述板式换热器的正上方，且经过所述一效冷凝器的所述料液连通一效蒸发器的所述喷淋管，所述地下煤气化余热蒸汽连接一效蒸发器的所述板式换热器，所述料液从所述喷淋管流出经过所述板式换热器换热后，产生的蒸汽从所述壳体的顶端送到所述蒸汽引射器，产生的浓缩液从所述壳体的底端送到下一效蒸发器的所述喷淋管；所述地下煤气化余热蒸汽经过所述板式换热器后形成的净化水分别对应流入所述冷凝器内。

优选的是，本发明还提供一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理装置，包括：

多效蒸发器，包括一效蒸发器…N效蒸发器，用于处理料液；

多效冷凝器，包括一效冷凝器器…N+1冷凝器，用于对所述料液进行换热；

多个蒸汽引射器，每个蒸发器的蒸发腔均连通一个所述蒸汽引射器；

蒸汽管道，用于将地下煤气化余热蒸汽传送到蒸发器；

液体管道，用于将所述料液依次进入所述N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…N效蒸发器；

其中，从任意一非N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入所述蒸汽引射器和下一效所述蒸发器，从所述N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入所述蒸汽引射器和N+1效冷凝器；所述地下煤气化余热蒸汽经过所述一效蒸发器…N效蒸发器中换热后形成的净化水分别对应流入一效冷凝器…N效冷凝器；所述料液由进料泵依次进入N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入所述一效蒸发器…N效蒸发器；通过所述蒸汽引射器的蒸汽与所述地下煤气化余热蒸汽混合重新进入所述一效蒸发器…N效蒸发器，N为自然数。

优选的是，所述蒸发器包括壳体以及设于所述壳体内部的喷淋管和板式换热器，所述喷淋管设于所述板式换热器的正上方，且经过所述一效冷凝器的所述料液连通一效蒸发器的所述喷淋管，所述地下煤气化余热蒸汽连接一效蒸发器的所述板式换热器，所述料液从所述喷淋管流出经过所述板式换热器换热后，产生的蒸汽从所述壳体的顶端送到所述蒸汽引射器，产生的浓缩液从所述壳体的底端送到下一效蒸发器的所述喷淋管；所述地下煤气化余热蒸汽经过所述板式换热器后形成的净化水分别对应流入所述冷凝器内。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明将多效蒸发技术与热力引射器和地下煤气化余热耦合，进一步增加造水比，降低能耗和操作成本，提高浓缩比，将外排废液量降至最低。

附图说明

图1是现有技术水处理方法流程示意图；

图2是本发明的水处理方法流程示意图。

附图标记：

1、地下煤气化余热蒸汽；2、料液；3、蒸汽管道；4、蒸汽引射器；5、液体管道；E、蒸发器；H、冷凝器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。

一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理方法，包括：

地下煤气化余热蒸汽1依次进入一效蒸发器…N效蒸发器，且从任意一个非N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和下一效蒸发器，从N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和N+1效冷凝器，且地下煤气化余热蒸汽1经过一效蒸发器…N效蒸发器中换热后形成的净化水分别对应流入一效冷凝器…N效冷凝器；

同时，料液2由进料泵依次进入N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…N效蒸发器；

其中，通过蒸汽引射器4的蒸汽与地下煤气化余热蒸汽1混合重新进入一效蒸发器…N效蒸发器，N为≥2的自然数。

进一步地，蒸发器包括壳体以及设于壳体内部的喷淋管和板式换热器，喷淋管设于板式换热器的正上方，且经过一效冷凝器的料液2连通喷淋管，地下煤气化余热蒸汽1连接板式换热器，料液2从喷淋管流出经过板式换热器换热后，产生的蒸汽从壳体的顶端送到蒸汽引射器4，产生的浓缩液从壳体的底端送到下一效蒸发器的喷淋管；地下煤气化余热蒸汽1经过板式换热器后形成的净化水分别对应流入冷凝器内。

本发明中料液2采取淡水逐级预热方式，避免蒸汽的浪费，能够使更多的二次蒸汽用于加热下一效的料液2，从而充分利用二次蒸汽的热值，提高造水比。蒸汽引射器4置于蒸发器的蒸汽出口，在动力蒸汽引射作用下，低压蒸汽增压后重新进入第一效蒸发器。另外，根据UCG井口到水处理现场的蒸汽条件调整各蒸发器真空操作条件，从而使料液2饱和蒸发温度与真空度相匹配，利用井口蒸汽余热，中低温蒸发也有利于降低结垢或腐蚀。

针对UCG污水的复杂水质，含有少量悬浮固体、油分或COD、BOD、盐度、硬度较高的料液2，都可以直接进入进行处理，对低温蒸发过程没有影响，降低了预处理指标要求，有利于水质多变、流量多变的实际可能情况。蒸汽引射器4利用UCG工程的高压高温蒸汽作为动力蒸汽，耗用量小，来源便利，且与图1相比，该工艺流程更短，耗用量更小。

本发明还提供一种用地下煤气化余热以高效蒸发方式进行水处理装置，包括：

多效蒸发器，包括一效蒸发器…N效蒸发器，用于处理料液2；

多效冷凝器，包括一效冷凝器器…N+1冷凝器，用于对料液2进行换热；

多个蒸汽引射器4，每个蒸发器的蒸发腔均连通一个蒸汽引射器4；

蒸汽管道3，用于将地下煤气化余热蒸汽1传送到蒸发器；

液体管道5，用于将料液2依次进入N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…N效蒸发器；

其中，从任意一个非N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和下一效蒸发器，从N效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和N+1效冷凝器；地下煤气化余热蒸汽1经过一效蒸发器…N效蒸发器中换热后形成的净化水分别对应流入一效冷凝器…N效冷凝器；料液2由进料泵依次进入N+1效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…N效蒸发器；通过蒸汽引射器4的蒸汽与地下煤气化余热蒸汽1混合重新进入一效蒸发器…N效蒸发器，N为自然数。

进一步地，蒸发器包括壳体以及设于壳体内部的喷淋管和板式换热器，喷淋管设于板式换热器的正上方，且经过一效冷凝器的料液2连通喷淋管，地下煤气化余热蒸汽1连接板式换热器，料液2从喷淋管流出经过板式换热器换热后，产生的蒸汽从壳体的顶端送到蒸汽引射器4，产生的浓缩液从壳体的底端送到下一效蒸发器的喷淋管；地下煤气化余热蒸汽1经过板式换热器后形成的净化水分别对应流入冷凝器内。

参照图2，本实施例中，地下煤气化余热蒸汽1依次进入一效蒸发器…四效蒸发器，且从任意一个非末效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和下一效蒸发器，从末效蒸发器即四效蒸发器出来的二次蒸汽分成两路，并列进入蒸汽引射器4和五效冷凝器，且地下煤气化余热蒸汽1经过一效蒸发器…四效蒸发器中换热后形成的净化水分别对应流入一效冷凝器…四效冷凝器；

同时，料液2由进料泵依次进入五效冷凝器…一效冷凝器，换热后，依次进入一效蒸发器…四效蒸发器；

其中，通过蒸汽引射器4的蒸汽与地下煤气化余热蒸汽1混合重新进入一效蒸发器…四效蒸发器。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。