德士古水煤浆气化4种灰水（黑水）系统对比
王建军，张国连，丛玉梅（兖矿贵州能化有限公司开阳合成氨项目筹备处，贵阳 550300） 2007-04-16
自从德士古第1套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来，国内最近10多年又陆续新建了10多套装置，并且都已取得成功。德士古水煤浆气化装置的灰水（黑水）系统主要有4种工艺流程，各有优、缺点，现对比如下。
1 流程（一）（图1）
1.1 流程简介
（1）黑水系统
气化炉激冷室排出的黑水和洗涤塔锥体底部排出的黑水分别由各自的管道通过1开1备的节流减压阀进入高压闪蒸罐，高温液体降压膨胀后，水蒸气和溶解的酸性气（如CO2，H2S等）被迅速闪蒸出来。高压闪蒸罐操作压力0.71 MPa，由靠近换热器出口管道上的压力控制阀进行调节控制。
高压闪蒸后的黑水经高压闪蒸罐液位调节阀送入中压闪蒸罐，进行第2级降压膨胀闪蒸；罐内操作压力为0.13 MPa，罐底部含固黑水由液位控制阀控制进入真空闪蒸罐。
入真空闪蒸罐的黑水在负压下操作（绝对压力0.05MPa），酸性气体和水汽迅速膨胀逸出水面，真空闪蒸罐锥底排出的黑水经液位调节后自流进入重力沉降槽。
（2）闪蒸系统
高压闪蒸罐顶排出的闪蒸气分两路分别进入高压罐顶换热器（Ⅰ）和高压罐顶换热器（Ⅱ）的管间。在高压罐顶换热器（Ⅰ）内加热来自中压罐顶换热器换热后的灰水，加热后的灰水去文丘里洗涤器。在高压罐顶换热器（Ⅱ）内加热冷凝液，然后作为洗涤塔塔板洗涤水。进入2台高压罐顶换热器的闪蒸气流量由出高压罐顶换热器（Ⅰ）的灰水温度给定温度调节器控制调节三通阀进行分配。
1.2 特点
灰水（黑水）系统采用了三级闪蒸，经过相关企业10多年的运行，暴露了不少问题：管道容易磨损泄漏；换热器容易结垢堵塞且不易清理；灰水系统备车增加；闪蒸气直接送火炬放空，对大气有污染。但该系统是国内较早投运的装置，有多年的生产运行经验，比较成熟。
1.3 缺点
（1）因闪蒸罐气相（废气）均由火炬放空，开、停车过程中压力、液位（闪蒸罐）较难控制。
（2）系统结垢严重，尤其是该系统使用的大部分是U形管换热器，运行周期短，一般检修后运行3个月便严重堵塞，换热器列管堵塞比例高达三分之二；闪蒸罐清理难度大，罐内汽液分离器短时间内无法彻底清理，有时被迫拆下清理，检修周期过长。
（3）管道和阀门更换频繁，检修费用较高。
2 流程（二）（图2）
2.1 流程（二）简述
从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水减压后进高压闪蒸器，闪蒸出大部分溶解的合成气；含尘液体再经低压闪蒸、真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，并加入絮凝剂使其加速沉淀；澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼外送。
高压闪蒸器闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器除去冷凝液，然后进入变换工段气提塔。
低压闪蒸器闪蒸出的低压气体（约120℃）直接送至洗涤塔给料槽作脱氧器热源；真空闪蒸器闪蒸出的气体经真空闪蒸冷凝器冷凝后由蒸汽喷射泵及真空泵抽出进分离器，气体放空，冷凝液回用。
澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵送至洗涤塔给料槽，少量灰水作为废水送废水处理。
洗涤塔给料槽的水补入变换来的冷凝液，加入原水后在0.2 MPa下进行脱氧，脱氧后经给料泵加压与高压闪蒸器顶排出的热气体换热后送碳洗塔循环使用。
2.2 特点
灰水（黑水）系统采用四级闪蒸，能更有效地闪蒸出黑水中的酸性气体，加入絮凝剂更有利于黑水沉降，但工艺流程较复杂，增加了不少设备投资。闪蒸气入变换工段气提塔，不通过火炬排放，有利于环境保护。
3 流程（三）（图3）
3.1流程（三）简述
来自气化炉、旋风分离器、水洗塔的洗涤黑水经液位、流量串级调节控制并减压后送入蒸发热水塔蒸发室，水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气（CO2及H2S等）被迅速闪蒸出来；然后通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，低压灰水被加热；经换热后未冷凝的闪蒸气体经酸性气冷凝器冷凝、分离器进行气液分离后，未冷凝的酸性气体排放至火炬燃烧，酸性冷凝液送入灰水槽。初步浓缩后的黑水通过蒸发热水塔下部蒸发室液位调节阀控制后送入真空闪蒸器闪蒸，闪蒸后的气体经真空闪蒸换热器换热降温，分离后气体排入大气，液体自流入灰水槽。再次浓缩的黑水通过静态混合器与絮凝剂混合后进入澄清槽，加入的絮凝剂在澄清槽中用以强化浓缩黑水中固体颗粒的沉降。进一步浓缩沉降后的黑水质量浓度达30％以上，经澄清槽底流泵送入压滤机系统压滤处理，滤饼运出界外，滤液自流入滤液受槽。澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽，灰水经低压灰水泵分3路，第1路输送至蒸发热水塔热水室，加热后经高温热水泵提压至5.2MPa返回水洗塔作为洗涤水；第2路作为锁斗的排渣冲洗水；第3路少量灰水送废水处理装置处理后外排。
3.2 特点
合成气经旋风分离器、水洗塔二级除尘、降温，有利于气体的净化；灰水系统采用二级闪蒸，结构更加紧凑，流程简便，操作方便；经过二级闪蒸，也能有效地分离出黑水中的酸性气体，节省了设备投资；但闪蒸分离的酸性气体排放至火炬燃烧，不利于环保。
4 流程（四）（图4）
4.1 流程简述
出气化炉激冷室的黑水和出第1旋风分离器底部的黑水经减压后分别进入高压闪蒸罐，闪蒸出水中溶解的气体。闪蒸后的黑水与来自渣池泵的黑水一起进入真空闪蒸罐进一步闪蒸。二级闪蒸后的黑水经沉降槽给料泵送至沉降槽沉降分离细渣。沉降槽底部的沉降物含固量约20％（质量分数），由沉降槽底流泵送至真空过滤机，经脱水后的滤饼装车外运，滤液自流回沉降槽。沉降槽上部溢流清液自流至灰水槽，灰水槽中的一部分灰水经低压灰水泵、锁斗冲洗水冷却器冷却后，送至锁斗冲洗水罐作为锁斗排渣的冲洗水；一部分灰水经废水冷却器冷却后排至污水处理系统进行处理，达标后排放；另一部分灰水经高压灰水泵在灰水加热器中与高压闪蒸气换热后送至高压冷凝液罐，作为系统洗涤补充水、循环水使用。
高压闪蒸罐顶的闪蒸气经灰水加热器、脱盐水加热器与灰水和脱盐水分别换热，再经高压闪蒸冷凝器冷却后进入高压闪蒸分离罐，分离后的气体去变换工段冷凝液气提塔，分离后的冷凝液供除氧器使用。真空闪蒸罐顶的闪蒸气经真空闪蒸罐顶冷凝器冷却后进入真空闪蒸分离罐，分离后的气体经真空泵和真空泵分离罐分离后放空。真空闪蒸分离罐分离后的冷凝液自流至灰水罐，真空泵分离罐分离的水返回至滤液地下槽。
4.2 特点
合成气经过二级除尘效果更佳，水系统许多设备可以共用，减少了部分设备投资，提高了设备的使用率，设备运行更科学、合理。二级闪蒸系统工艺流程更加简便，闪蒸气去变换冷凝液气提塔，有利于环保。
不足之处：真空闪蒸罐的黑水经沉降槽给料泵送至沉降槽，增加了设备投资，运行成本增加，而且给料泵管道易堵塞，难以处理，且泵的机封易泄漏，增加了维修量；闪蒸系统的换热器过多。建议真空闪蒸罐移位至高处，靠自流进入沉降槽。
5 4种灰水（黑水）系统的对比
（1）流程（一）与流程（二）的区别不大，但流程（二）优于流程（一），主要在于低压闪蒸气液相无换热器，高压闪蒸气送入变换冷凝液气提塔。
（2）与前3种流程相比，流程（四）的缺点在于装置中的换热器偏多，会造成灰水、冷凝液的运行压降大，增大了设备检修费用及周期；真空闪蒸罐内黑水不自流入沉降槽，沉降槽给料泵运行的好坏将直接影响整个系统的正常运行。
