天然气制乙炔炭黑废水处理工艺

Posted 2023-01-12 天然气

篇首语：读书贵神解，无事守章句。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了天然气制乙炔炭黑废水处理工艺相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

天然气部分氧化制乙炔时，乙炔在1500℃，1ms～3ms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。
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[1，2]。
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1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。

2.炭黑废水储存
来自乙炔裂解工段的炭黑废水直接进入分离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(1m3)来配制，正常配药每12h配药1次。搅拌溶液箱1开1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，30min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～35m3/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。

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1∶1000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5m3/h，加入质量分数为0.1%的絮凝剂进行脱泥操作，经验加药量为250L/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4h排1次。经处理后的炭黑废水出水，浊度≤30mg/L；底部排出炭黑泥，炭黑含固率≥20%。
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12h，反洗时间约10min。高效沉淀器反冲洗工作压力0.20MPa～0.25MPa，反冲洗强度4L/(m2.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3h。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，当反洗时同时通入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30mg/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～10min，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4h一次，每次排泥时间～5min。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30s，然后将100mL量筒内壁靠近水嘴，接水到100mL。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，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13mL～15mL处说明活性悬浮层已经形成，正常运行；当清浊面位于20mL～23mL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1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6h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入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～2min。
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2500r/min时，从进料到出泥需20min，脱水效果较好，可满足炭黑泥含水质量分数≤80%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。

(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5m3/h加入絮凝剂250L/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。

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。