天然气制乙炔炭黑废水处理工艺.pdf

天然气化工 C， 化学与化工 2 0 1 3年第 3 8卷 天然气制乙炔炭黑废水处理工艺 赵生斌 ， 于琳 1 ． 青海盐湖工业股份有限公司天然气 乙炔厂 ， 青海 格尔木 8 1 6 0 0 0 ； 2 ． 青海盐湖工业股份有限公司热电厂， 青海 格尔木 8 1 6 0 0 0 摘要 天然气部分氧化制乙炔时 ， 乙炔在 1 5 0 0 R 2 ， l m s ～ 3 m s 内分解 ， 产生 的副产品炭黑拥有极细的粒度和不易沉 降的特点 ， 如果随废水排出 ， 不加以处理对环境污染极大。 介绍了青海盐湖工业公司天然气 制乙炔炭黑废水处理工艺 ， 经过分离 出的炭黑 有着广泛的用途 ， 处理后 的废水可 以达标排放 ， 不仅解决了炭黑废水污染 问题 ， 而且可 以产生可观的经济价值 。 关键词 天然气 ； 乙炔 ； 炭黑废水 ； 炭黑分离 ； 絮凝剂 中图分类号 T Q 2 0 9 ； T Q 2 2 1 ．2 4 2 文献标识码 B 目前 国内天然气乙炔厂有 3家处于运行中， 即 四川维尼龙厂、 新疆美克公 司 、 青海盐湖工业股份 有限公司， 目前一些厂家仍有新建或扩建计划。该 生产过程会产生炭黑废水 ， 解决炭黑废水的处理和 综合利用有重要意义。 中国石化 四川维尼纶厂在天然气部分氧化制 乙炔生产过程中对产生的炭黑 ， 采用天然气助燃的 方式进行焚烧处理 ，以防止炭黑给水体造成污染。 但该法不仅要花费投资建造焚烧装置 ， 还消耗了大 量的天然气维持其运转 ，长期的实际运行表明 ， 没 有达到有效的防止污染 ， 反而使水 中的炭黑在焚烧 过程中飘散到大气中， 成为该地区的一处主要的炭 黑粉尘污染源。后从炭黑焚烧工况 、 焚烧过程热力 计算及资源综合利用等方面 ， 分析炭黑在炉内不能 文章编号 1 0 0 1 9 2 1 9 2 0 1 3 0 2 6 6 0 4 燃烬的原因、 理论计算出能源利用率 的状况 、 提出 了综合利用的工艺技术方 案， 实现了裂解反应过程 中的副产物炭黑的利用 。 盐湖天然气 乙炔厂在对天然气炭黑废水的处 理上经过长期摸索 ，很好 的解决了炭黑水污染问 题 ， 且能为企业带来一定 的经济收入。本文对此工 艺进行介绍。 1 炭黑废水 的处理工艺流程 盐湖天然气乙炔厂炭黑废水处理工艺如 图 l 所示。主要由以下几个部分组成 ①炭黑废水储存 ； ②絮凝剂浓度的配制与加入； ③炭黑分离 ； ④炭黑 泥储存与输送 ； ⑤炭黑泥脱水。 图 1 炭黑废水处理工艺流程筒图 2 炭黑废水储存 3 9 9 。 0 7 9 。 3 7 2 7 3 6 ； 0 作 6 1； 凳 男3 ’ 助 理 工 来 自 乙 炔 裂 解 工 段 的 炭 黑 废 水 直 接 进 分 离0 111 ／ 程 师 ， 电 话 1 ，电 邮3 9 9 7 3 7 3 6 O 6 1 6 3 ． 。 不 目 _J 腻 放 肼 上 及 口 ．J 伏 J及 小 且 放 愿 同 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵生斌等 天然气制 乙炔炭黑废水处理工艺 6 7 单元时打开去高效沉降器进水阀 ， 关闭炭黑废水储 槽进水 阀， 将炭黑废水直接送入高效沉降器进行分 离操作 ， 当高效沉降器正反洗期 间 ， 需要将 乙炔裂 解工段送来 的炭黑废水暂时储存在炭黑水储槽内， 打开炭黑废水储槽进水阀 ，关 闭高效沉降器进水 阀， 将炭黑废水暂时储存于炭黑废水储槽内。 当高效沉降器反洗 、 正洗操作完成后 ， 将裂解 工段的炭黑废水切换至高效沉降器内进行处理 ， 同 时启动炭黑废水输送泵 ， 将炭黑废水储槽 内的炭黑 废水送至高效沉降器内进行处理 ， 炭黑废水贮存槽 液位到低液位后 ， 停贮存槽废水泵 。在任何时候都 要保证炭黑废水储槽内处于较低液位 ， 当炭黑废水 处理工段出现 问题时可以暂时将炭黑废水储存在 炭黑废水储槽内。 3 絮凝剂的配制浓度与加入 3 ． 1 絮凝剂的配制 配药 加药单元为手动配药 ， 絮凝剂的配制通 过搅拌 溶液箱溶剂 1 m 。 来配制 ， 正 常配药 每 1 2 h 配药 1次。搅拌溶液箱 1 开 l 备。配制絮凝剂时人 工 向搅拌溶液箱投入絮凝剂并加入生产上水 ， 当液 位到达高液位后停止进水并 手动启动搅拌溶液箱 搅拌电机， 3 0 m i n后 自动停止。 成品药品可以使用质 量分数为 1 ． 6 ％的液体絮凝剂 ， 也可 以采用 固体絮凝 剂 ， 根据现场实验效果 ， 可以根据实际情况选择配 药浓度 ， 经验配药质量分数为 0 ． 1 ％。 当使用 中的搅拌溶液箱达到低液位时 ， 立 即人 工切换至备用溶液箱 ， 并再次配药 ， 根据混合器进 口炭黑废水 流量 的变化和高效沉淀器出水水质的 变化来调整絮凝剂计量泵的加药量 ， 适当提高絮凝 剂加入量可以明显地增加炭黑分离效果。 3 ． 2絮凝剂的加入 在往高效沉降器内送炭黑废水时 ， 需要将絮凝 剂加入炭黑废水中并进行充分的混合 ， 才能起到较 好的炭黑分离效果。在絮凝剂加入时系统设置了混 合三通及混合器 ， 炭黑废水先进入混合三通与絮凝 剂在混合三通处进行初步混合 ，混合器为圆柱形 ， 内装有鹅卵石 ， 废水与絮凝剂在混合器内折流充分 混合。 3 ． 3 加药量与加药浓度对处理效果的影响 3 ． 3 ． 1 炭黑废水加药量 来 自乙炔裂解工段的炭黑废水量～ 3 5 m 3 ／ h ， 当高 效沉淀器及脱水机单元运行 时 ，加入合适 的絮凝 剂 ， 以达到炭黑的最佳分离效果。絮凝剂加入量对 炭黑分离效果的影响如表 1 所示。 表 1 絮凝剂加入量 、 浓度对炭黑分离效果的影响 ． 絮凝剂质絮凝u ,l 结块大 J - ⋯量分数／ ％ 问／ S 小。 沉降日 J 泥效 澄清絮凝刺／ 废 [ R l ／ s 果。 度0水体积比 4 0 ． 1 f 由 1 ．6 ％成 晶液体 药剂配 注 ① 由 A到 D变小 ； ② 由 A到 D变差 ； 由 A到 D变差 由表 1实验结果可 以看出在 絮凝剂质量分数 为 0 ． 1 ％，加药量与炭黑废水体积 比为 l 1 0 0 0时可 以得到最佳沉降效果 ，经现场实验 与以上数据吻 合。同时实验及现场使用情况发现 ， 使用 固体絮凝 剂配制 出质量分数为 0 ． 1 ％的絮凝剂对炭黑分离效 果明显优于由质量分数为 1 ． 6 ％的成 品液体药剂配 制出的质量分数为 0 ． 1 ％的絮凝剂， 但是使用 固体絮 凝剂配制时存在不易溶解、 易结块 、 结 团， 结团后很 难再溶解 ， 容易使设备、 管线堵塞等缺点。所 以在使 用固体絮凝剂配制絮凝剂时必须充分搅拌 ， 防止絮 凝剂结块 、 结团堵塞设备 、 管线。 3 ． 3 ． 2 炭黑泥加药量 经过高效沉降器分离后的炭黑泥送往炭黑泥离 心脱水机进行脱水 ， 炭黑泥处理量为 5 m3 ／ h ， 加人质 量分数为 0 ． 1 ％的絮凝剂进行脱泥操作 ， 经验加药量 为 2 5 0 I J h 。 4 炭黑分离 4 ． 1 高效沉降器炭黑沉降 高效 沉淀器主要 由混合 、 絮凝 、 沉淀 、 污 泥浓 缩 、 过滤等部分组成。高效沉淀器前设置了混合器， 由计量泵向混合器内加入絮凝剂 。炭黑废水经混合 器进入高效沉淀器 ， 在絮凝反应 区内 ， 炭黑废 水中 加 O O O O O O O O O O O 舢 舢 舢 姗 撇 ●● ● ● ●● ●● ●● ●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● l 2 I l 2 l l 2 2 1 2 D B C D B C D B C C C C C A A C A A C A A C C A O O 0 0 5 5 O 0 O O 5 O 5 3 6 5 3 4 6 3 5 5 5 9 B A A B A A B B A C B A O O O O O O O O O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 8 天然气化工 C 化学与化工 2 0 1 3年第 3 8卷 的小颗粒炭黑在絮凝剂的作用下 ， 絮凝形成粒度大 且尺寸均一的矾花后沉淀过滤 ，从而实现 固液分 离。沉淀分离后的澄清水进入上部滤层区过滤后得 到合格水送出装置 ， 炭黑泥在沉淀器下室经浓缩后 定时排入至污泥池。 高效沉降器内的炭黑泥每隔 4 h 排 1 次。经处理后的炭黑废水出水， 浊度3 0 mg ／ L； 底部排出炭黑泥 ， 炭黑含 固率 ≥2 0 ％。 4 ． 2 高效沉降器的正反洗操作 高效沉淀器运行一定时间后需进行滤料反洗 ， 反洗周期约 1 2 h ， 反洗时间约 l O m i n 。高效沉淀器反 冲洗工作压力 0 ． 2 0 MP a 0 ． 2 5 M P a ，反冲洗强度 4 I J ／ I n s 。反洗启动前 ， 需确定集水坑液位处于低液位 废水泵停运 ， 加药单元絮凝剂计量泵停运。高效 沉淀器停运和处于反洗状态时 ， 来 自系统的炭黑废 水经调节阀切换进入炭黑废水贮存槽暂时贮存 ， 待 系统经反洗 、 正洗完成并投运后 ， 再将炭黑储槽 中 临时贮存 的炭黑废水输入高效沉降器中处理 ， 输送 时间 3 h 。 要达到更好的反洗效果可以在反洗进水管 线上增加一个氮气接 口， 当反洗时同时通人生产上 水和氮气可以起到事半功倍的效果。高效沉淀器废 水 出水管上设有浊度计 ，当出水浊度大于 3 0 mg ／ L 时 ， 也可启动高效沉淀器反洗程序 。高效沉淀器经 反洗后即进入正洗 ， 开启进水阀门 、 正洗排水 阀门 对高效沉降器进行正洗 ， 正洗时间～ l O mi n ， 高效沉 淀器经正洗合格后即进入运行状态。 4 ． 4 高 效沉 降器排 泥 排泥周期一般视进入系统的炭黑废水浊度情 况现场整定 ， 表 2为排 泥周期参考表 ， 正常排泥时 间为 4 h一次 ， 每次排泥时间 5 m i n 。排泥时间也可 以使用现场沉降 比法 ， 可以直接判断活性泥渣悬浮 层是否形成 ， 打开高效沉降器中部的取样 阀门放水 3 0 s ，然 后将 l O O m L量筒 内壁靠 近水嘴 ，接水 到 l O O m L 。即尽量不要打碎“ 矾花” ， 用手心紧压量筒 口， 将量筒口轻轻翻转 3 - 4次。平放在平台上计时， 到五分钟时，观察筒内清水与浑浊水界面的刻度 ， 表 2 排泥周期 参考表 炭黑废水浊度 ／ m g L 排泥周期 ／ h 3 0 O 0 ～ 5 0 0 0 2 o 0 0 ～ 3 O 0 0 2 0 0 0 ～ 2 0 0 0 5 O 0 ～ 1 0 0 0 不 出现清浊液面时， 说 明没有活性悬 浮层 ， 为时尚 早 ；当清浊液面位于 1 3 m L 1 5 m L处说 明活性悬浮 层 已经形成 ， 正常运行 ； 当清浊面位于 2 0 mL 2 3 m L 处 ， 说明应该排泥。 5 炭黑泥储存与输送 加入絮凝剂后 ， 炭黑废水在高效沉淀器内经混 凝 、 沉淀、 过滤等实现固液分离 ， 炭黑泥在沉淀器下 室经浓缩后定时排入污泥池 。炭黑泥从污泥池上部 送入 ， 炭黑泥沉入污泥池底部 ， 炭黑泥中的澄清液 从污泥池上部的溢流管排入污水坑。污泥池 l 开 1 备用于储存来 自高效沉降器排出的炭黑泥 ， 炭黑泥 在污泥贮存 6 h以上可以使炭黑泥进一步浓缩。 当污泥池中炭黑泥液位到达高液位后 ， 开启污 泥池底部排泥阀将炭黑泥引入污泥提升螺杆泵 ， 启 动污泥提升螺杆泵将炭黑泥送人离心脱水机进行 脱水操作 ， 污泥池 中液位达到低液位后 ， 停止污泥 提升螺杆泵并开启冲洗管路阀门进行冲洗 ， 冲洗时 间～ 2 rai n 。 6 炭黑泥脱水 浓缩后的污泥经污泥提升螺杆泵送至离心脱 水机进行脱水 ， 在离心脱水机 内部高速旋转产生的 离心力作用下将炭黑泥中的水分离 。炭黑泥加入脱 水机前 由计量泵加入絮凝剂 以达到更好 的脱水效 果 ， 脱水后废液排入集水坑 ， 脱水后的炭黑泥 由螺 旋 输送泵送至炭黑小车外运 。当污泥螺杆泵停运 后 ， 停运离心脱水机及螺旋输送机 、 停运加药单元 脱水机计量泵 ， 并打生产上水冲洗脱水机。 以下几个因素会影响离心机脱水 1 主转子频率 卧式螺旋 离心脱水机是通过 内部转鼓的高速 旋转 ， 使炭黑泥在高速离心力的作用下 ， 将所含的 水分不断分离出来。控制脱水机转速的主变频器输 出频率越高 ， 主电机 的转速就越高 ， 得到 的炭黑滤 饼含水量就越少 。但当转速过快时 ， 从进料到出炭 黑滤饼的时间就越久 ， 消耗的功率和机组震动等危 险就大大增加。 正常情况下 ， 在 2 5 0 o r ／ m i n时 ， 从进 料到出泥需 2 0 mi n ， 脱水效果较好 ， 可满 足炭黑泥 含水质量分数≤8 0 ％的要求 表 3 。具体操作可以 根据炭黑滤饼含水量的分析值进行调整 ， 需要含炭 黑更高的滤饼时 ， 可根据要求增加主转子频率。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵 生斌等 天 然气制 乙炔炭 黑废 水 处理 工 艺 6 9 表 3 脱水机各转速对应的炭黑滤饼炭黑 固体质量 2 副转子频率 副转子频率决定 副电机转速 ，然后通过差 速 器 ， 使转鼓和螺旋产生一定 的差速 ， 使用螺旋使分 离出的炭黑泥输送到转鼓 的排出端 ， 从离心机内部 排出。产生的差速 ， 决定 出料在离心脱水机 内部 的 停留时间。差速小 ， 炭黑泥在离心机 内部停 留时间 就长， 排 出的炭黑滤饼含水少 ； 差速大 ， 物料在离心 机内部停 留时间短 ， 含水量就大。 3 脱水剂加入量 加入絮凝剂是为了在离心脱水过程 中， 使炭黑 泥得到更好的分离。当炭黑泥中含炭黑量一定 ， 只 要絮凝剂配 比达到合适 的量 ， 就可以得到较好的分 离效果 ； 絮凝剂加入量过少 ， 分离效果 降低 ； 絮凝剂 加入量过多 ， 会造成絮凝剂 的浪费 ， 炭黑泥处理量 5 m 加入絮凝剂 2 5 0 L ／ h 。 4 炭黑泥在污泥池内的沉降 沉淀时间长 的炭黑泥 ， 含泥量就高 ， 分离时 出 泥 的速度就越快 ， 分离效率 也就越高 ， 根据系统 的 运行情况来调整炭黑及沉降时间。炭黑排出量见表 4。 表 4炭黑排出量 6 结语 对天然气 裂解制乙炔过程 中形成 的炭黑副 产 物进行分离、 沉降、 脱水 ， 可得到用途很广的天然气 炭黑产品。利用本炭黑废水处理工艺既有效地处理 了炭黑废水污染问题又增加了经济效益。 参 考文 献 【 1 】 杨 朝 富， 卢 玉 中． 天 然气制 乙炔工 艺【 J ] ． 聚 氯乙 烯， 2 0 0 5 ， 1 2 7 - 1 1 ， 1 4 ． [ 2 ] 夏顶， 杨朝 富， 秦圣样， 薛定， 张德胜． 天然气制 乙炔工艺 简 介[ J ] ． 中国氯碱， 2 0 0 5 4 1 8 - 2 2 ． Tr e a t me n t p r o c e s s o f s o o t wa s t e wa t e r o f a c e t y l e n e p r o d u c t i o n f r o m n a t u r a l g a s Z HA0 S h e n g - b i n ,YUL i n 1 ． C o g e n e r a t i o n P o w e r F a c t o r y o f Q i n g h a i S a l t L a k e I n d u s t r y C o ． ， L i d 。 ， G o l u m d 8 1 6 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． N a t u r a l G a s A c e t y l e n e F a c t o r y o f Q i n g h a i S a l t L a k e I n d u s t C o ． ， L t d ． ， G o l u m d 8 1 6 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Wh e n u s i n g n a t u r al g a s p a a i al o x i d a t i o n w a y t o g e n e r a t e a c e t y l e n e ，u n d e r 1 5 0 0 C，a c e t y l e n e wi l l b e d i s c o mp o s e d wi thi n l ms - 3 ms ， a n d t h e c h a r a c t e ri s t i c o f b y p r o d u c t s o o t i s v e r y fi n e g r a n u l a ri t y a n d n o t e a s y t o s e t tl e ． I f the s o o t w i th w a s t e w a t e r i s t o b e d i s c h a r g e d w i tho u t t r e a t me n t ．i t l 】b ri n g g r e a t p o ll u t i o n to t h e e n v i r o n me n t ．T i l e s o o t w ast e w a t e r t r e a t me n t p r o c e s s o f t h e Na t u r al Ga s Ac e t y l e n e F a c t o r y wa s i n t r o d u c e d ． T h e s e p a r a t e d s o o t h a d a w i d e r a n g e o f a p p l i c a t i o n ， a n d t h e t r e a t e d wa s t e wa t e r c o u l d b e d i s c h a r g e d “ p to t h e s t a n d a r d ．No t o n l y t h e po l l u t i o n p r o b l e m o f t h e s o o t w a s t e wa t e r wa s r e s o l v e d ，b u t als o a c o n s i d e r a b l e e c o n o mi c ben e fit w a s o b t a i n e d ． Ke y wo r d s n a t u r a l g a s ； a c e t y l e n e ； s o o t w a s t e wa t e r ； s o o t s e p a r a t i o n ； fl o c c u l a n t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m