CN117107055B - 一种焦化废水污泥的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种焦化废水污泥的处理方法，包括1)焦粉、铁矿粉、焦化废水污泥、焦油渣、溶剂混匀，挤压成团块，将团块冷固结，烘干至水份不超过2％；将烘干团块置于无氧或者惰性气体保护条件下进行500～800℃焙烧预处理0.5～5h，在烘干团块下方铺设有焦丁，焙烧后得到干馏团块；继续升温至1350～1550℃，通入H2或CO直接还原0.2～3h，进而生成直接还原铁和炉渣，直接还原铁呈液态直接滴落；之后通入N2或者Ar，炉渣冷却为非晶粉末，待完全冷却后采用旋风离心分离将渣粉与焦丁分离。本发明利用焦化废水污泥制备出直接还原铁，实现污泥中有价元素的回收再利用，减少多环芳烃、苯污染物排放，实现尾气和热量循环利用，实现了绿色化、低碳化生产。
Description
技术领域
本发明属于炼焦配煤技术领域，涉及一种焦化废水污泥的处理方法。
背景技术
在焦化生产过程中会产生大量含碳固废，在焦化废水处理单元中会产生有大约0.2％左右的生化污泥。对于焦化废水污泥，由于其成分复杂，含有无机物、有毒有害物质(如微生物、有机物)以及油泥，是一种复杂流变半干性固体废弃物，针对该焦化废水污泥一般采用物理化学方法，板框压力简单脱水后放到堆煤场地堆置作为配煤添加剂或者送至固废填埋场填埋；对于焦油渣，来源有三类，一是来源于机械化焦油氨水澄清槽，由于相对密度较大，煤焦油渣沉集在澄清槽底部，通过刮板机呈半固体状态连续排出，是焦化厂中煤焦油渣的主要来源；二是经自然沉降后的焦油，为除去其中更细微的细渣，用超级离心机进一步对其进行分离，分离出来为含渣量较高的半液体状的煤焦油渣；其余为焦油贮槽自然沉降后的清槽煤焦油渣，稠度介于机械化澄清槽焦油渣和超级离心机焦油渣之间，一般采用方式是将这三种来源的焦油渣直接和型煤混合作为配煤粘合剂或者作为燃料燃烧。
经检测焦化废水污泥平均水分为76.6％，污泥平均灰分高达34.7％，污泥灰分中的Fe2O3含量较高，平均为75.21％，主要原因是生物脱氮工艺后段混凝沉淀时，一般需加入聚合硫酸铁等絮凝剂，或是深度处理采用芬顿工艺时，加入硫酸亚铁导致。因焦化废水污泥含有大量无机成分(如硫酸盐、含铝聚合物等)，将其配入炼焦煤中掺混不匀会对焦炭质量产生明显的影响；焦油渣的黏稠性和组分的波动性，会导致油渣粘结在皮带运输机及皮带托辊上，导致煤料配煤过程中的不均匀，而焦油渣组分的波动性使得配料难以精准从而造成焦炭质量不稳定，也使焦炉的热负荷增加。因焦化废水污泥以及焦油渣中存在大量的多环芳烃(如多环芳烃、苯)，在作为燃料或者配煤添加剂在不完全燃烧中会产生大量有毒有害气体，造成焦化厂大气达标排放增加处理难度和处理成本。
为此有必要针对焦化废水污泥特性，形成一种环保型、资源高效循环利用处理技术，实现有价元素的回收利用，同时减少污染物排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦化废水污泥的处理方法，利用焦化废水污泥、焦油渣制备出直接还原铁，实现污泥、焦油渣中有价元素的回收再利用，减少多环芳烃、苯污染物排放，实现尾气和热量循环利用，实现了绿色化、低碳化生产应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种焦化废水污泥的处理方法，包括以下步骤：
1)将焦粉、铁矿粉、焦化废水污泥、焦油渣、溶剂按比例混匀，利用1000～2000N压力机挤压成型块，粒径为10mm～20mm的扁平状团块，其中焦化废水污泥要晾晒至水份不超过5％；将团块室温冷固结，低温烘干至水份不超过2％。
焦粉包括干熄焦一次除尘焦粉、二次除尘焦粉、筛运焦焦粉，其中固定碳含量≥78％，焦粉粒度≤1mm，灰分≤15％，水分≤1.0％；焦化废水污泥来自焦化产品回收废水或水熄焦焦池废水，固定碳含量≥25％，灰分中Fe2O3含量不低于30％；溶剂包括CaO、CaCO3、Ca(OH)2中的一种或多种。
步骤1)中的原料配比按重量份数计为：焦粉30～60份、铁矿粉20～40份、焦化废水污泥5～35份、焦油渣3～10份、溶剂3～15份。
冷固结温度不超过30℃，烘干温度不超过60℃。
2)将步骤1)的烘干团块置于无氧或者惰性气体保护条件下进行低温500～800℃焙烧预处理0.5～5h，在烘干团块下方铺设有焦丁，烘干团块与焦丁分层铺设置于高温炉中，加热后烘干团块得到干馏团块，干馏团块的物料体积密度为1.5～3.5g/cm3，耐压强度≥40kg，铁品位达到60％以上，低温还原焙烧过程中，由于焦化废水污泥中的水份和挥发分析出，会使干馏团块分布有大量孔结构，孔隙率达到10～50％。
烘干团块下方铺设的焦丁粒度≥10mm，反应后的焦丁可重复使用，焦丁耐压强度≥25kg；焦丁可以保证反应过程中的还原气氛，过滤渣粉，防止渣粉随直接还原铁滴落。
3)继续升温至1350～1550℃，通入还原气体直接还原0.2～3h，进而生成直接还原铁和炉渣；尾气从炉顶排出，通入的还原气体会穿过干馏团块分布的大量孔结构并与之发生快速还原反应。
还原气体是H2或CO或H2、CO混合气体。
4)之后通入N2或者Ar，直接还原铁呈液态直接滴落，炉渣瞬间冷却为非晶粉末，待完全冷却后采用旋风离心分离将渣粉与焦丁分离。
直接还原铁的金属化率≥90％。
渣粉包括铁矿粉、废水污泥直接还原铁分离后的渣相矿物以及焦灰。
反应过程中产生的尾气经脱尘、活性炭吸附处理，CO2脱除后的高温还原气体能够重复用于步骤3)中，减少热量散失。活性炭将尾气中的多环芳烃、苯吸附脱除，重复利用的高温煤气温度不低于200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用焦化废水污泥和焦油渣制备出直接还原铁，实现污泥或焦油渣中有价金属元素的回收再利用，减少多环芳烃、苯污染物排放，尾气和热量循环利用，实现了绿色化、低碳化生产应用。其中，焦粉加入可提高干馏后团块中固定碳含量，有利于高温直接还原，由于焦粉和焦油渣均属于煤化产品，具有一定亲和性，但焦粉几乎不具有粘结性，焦粉在以铁矿粉、焦化废水污泥、焦油渣、溶剂为主要原料固结团块中起到骨架作用，而焦油渣具有强粘性，可充当上述原料冷固结中的粘结剂，提高挤压成团块率。冷固结团块可改善液焦油渣在多种物料间侵润性，减少因水分挥发产生的裂纹，冷固结团块焙烧过程中，由于焦油渣和污泥中的有机物挥发，使得干馏团块呈多孔状，有效提高团块在直接还原过程中的透气性，打通还原气体进入干馏团块内部通道。团块下方铺设的焦丁一方面可以保障还原气氛，另一方面，由于液相铁和高炉渣粘性不同，液相铁更容易穿过焦丁层，进而滴落，而液相高炉渣由于粘性相对较大，焦丁层成为液相高炉渣与直接还原铁分离隔层，停止加热通入冷却保护气后，高炉渣变为非晶粉末，实现固液分离。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明，以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
实施例1：
一种焦化废水污泥的处理方法，将焦粉30份、铁矿粉40份、焦化废水污泥20份、焦油渣5份、溶剂5份混合。其中，焦粉主要为干熄焦一次除尘焦粉，固定碳含量为78％，灰分为15％，水分为1.0％，焦粉全部预研磨至1mm以下，含碳污泥主要来自焦化产品回收废水污泥，固定碳含量为25％，灰分中Fe2O3含量为10％，焦化废水污泥要晾晒至水份不超过5％，溶剂为CaO。
将上述物料混匀后，利用1000N压力机挤压成粒径为15mm扁平状团块；将成型扁平状团块冷固结呈团块，固结团块耐压强度为500N，低温烘干，冷固结团块水份为2％，冷固结温度为25℃，防止因温度过高出现裂纹；
在冷固结后的团块下方铺设有粒度为10mm焦丁，焦丁耐压强度为25kg烘干团块与焦丁分层铺于高温炉中，Ar惰性气体下800℃焙烧2h，加热后烘干团块得到干馏团块，干馏团块的物料体积密度为3.5g/cm3，耐压强度为40kg，铁品位达到62％，低温还原焙烧过程中，由于焦化废水污泥中的水份和挥发分析出，会使干馏团块分布有大量孔结构，孔隙率达到35％。焦丁可以保证反应过程中的还原气氛，过滤渣粉，防止渣粉随直接还原铁一同滴落。
继续升温至1400℃，溶剂CaO促进干馏团块中液相的生成，通入CO气氛条件下直接还原0.2h，金属化率达到95％的直接还原铁从焦炭层穿过滴落，然后停止加热，通入Ar惰性气体，高炉渣在Ar通入后因急冷，转变为微晶粉末，然后将焦丁和粉末炉渣排出，利用旋风离心机将焦丁和粉状炉渣、焦灰分离，焦丁耐压强度大于25kg可重复用于下一次直接还原铁的制备。尾气从炉顶排出，通入的还原气体会穿过干馏团块分布的大量孔结构并与团块中的有价Fe发生快速还原反应。反应过程中产生的尾气经脱尘、活性炭吸附处理，CO2脱除后的高温煤气重复用于高温直接还原铁，减少热量散失。活性炭将尾气中的多环芳烃、苯吸附脱除，重复利用的高温煤气温度达到200℃。
实施例2：
一种焦化废水污泥的处理方法，将焦粉40份、铁矿粉30份、焦化废水污泥30份、焦油渣10份、溶剂10份。其中，焦粉主要为筛运焦除尘焦粉，固定碳含量为78％，灰分为13.5％，水分为0.5％，焦粉全部预研磨至0.5mm以下，含碳污泥主要来自水熄焦焦池废水污泥，固定碳含量为35％，灰分中Fe2O3含量为5％，焦化废水污泥要晾晒至水份不超过3％，溶剂为CaCO3。
将上述物料混匀后，利用2000N压力机挤压成粒径为20mm扁平状团块；
将成型扁平状团块冷固结呈团块，固结团块耐压强度为800N，低温烘干，冷固结团块水份为1％，冷固结温度为50℃，防止因温度过高出现裂纹；
在冷固结后的团块下方铺设有粒度为15mm焦丁，焦丁耐压强度为30kg烘干团块与焦丁分层铺于高温炉中，Ar惰性气体下500℃焙烧5h，加热后烘干团块得到干馏团块，干馏团块的物料体积密度为1.5g/cm3，耐压强度为50kg，铁品位达到61％，低温还原焙烧过程中，由于焦化废水污泥中的水份和挥发分析出，会使干馏团块分布有大量孔结构，孔隙率达到50％。焦丁可以保证反应过程中的还原气氛，过滤渣粉，防止渣粉随直接还原铁一同滴落。
继续升温至1350℃，溶剂CaCO3促进干馏团块中液相的生成，通入CO气氛条件下直接还原3h，金属化率达到90％的直接还原铁从焦炭层穿过滴落，然后停止加热，通入N2惰性气体，高炉渣在N2通入后因急冷，转变为微晶粉末，然后将焦丁和粉末炉渣排出，利用旋风离心机将焦丁和粉状炉渣、焦灰分离，焦丁耐压强度大于30kg可重复用于下一次直接还原铁的制备。尾气从炉顶排出，通入的还原气体会穿过干馏团块分布的大量孔结构并与团块中的有价Fe发生快速还原反应。反应过程中产生的尾气经脱尘、活性炭吸附处理，CO2脱除后的高温煤气重复用于高温直接还原铁，减少热量散失。活性炭将尾气中的多环芳烃、苯吸附脱除，重复利用的高温煤气温度达到250℃。
实施例3：
一种焦化废水污泥的处理方法，将焦粉50份、铁矿粉35份、焦化废水污泥25份、焦油渣3份、溶剂12份。其中，焦粉主要为干熄焦二次除尘焦粉，固定碳含量为80％，灰分为14.5％，水分为1％，焦粉全部预研磨至200目以下，含碳污泥主要来自水熄焦焦池废水污泥，固定碳含量为30％，灰分中Fe2O3含量为15％，焦化废水污泥要晾晒至水份不超过5％，溶剂为Ca(OH)2。
将上述物料混匀后，利用1500N压力机挤压成粒径为10mm扁平状团块；
将成型扁平状团块冷固结呈团块，固结团块耐压强度为1000N，低温烘干，冷固结团块水份为1.5％，冷固结温度为35℃，防止因温度过高出现裂纹；
在冷固结后的团块下方铺设有粒度为20mm焦丁，焦丁耐压强度为30kg烘干团块与焦丁分层铺于高温炉中，Ar惰性气体下800℃焙烧0.5h，加热后烘干团块得到干馏团块，干馏团块的物料体积密度为2.5g/cm3，耐压强度为50kg，铁品位达到63％，低温还原焙烧过程中，由于焦化废水污泥中的水份和挥发分析出，会使干馏团块分布有大量孔结构，孔隙率达到10％。焦丁可以保证反应过程中的还原气氛，过滤渣粉，防止渣粉随直接还原铁一同滴落。
继续升温至1550℃，溶剂CaCO3促进干馏团块中液相的生成，通入CO气氛条件下直接还原0.2h，金属化率达到96％的直接还原铁从焦炭层穿过滴落，然后停止加热，通入N2惰性气体，高炉渣在N2通入后因急冷，转变为微晶粉末，然后将焦丁和粉末炉渣排出，利用旋风离心机将焦丁和粉状炉渣、焦灰分离，焦丁耐压强度大于35kg可重复用于下一次直接还原铁的制备。尾气从炉顶排出，通入的还原气体会穿过干馏团块分布的大量孔结构并与团块中的有价Fe发生快速还原反应。反应过程中产生的尾气经脱尘、活性炭吸附处理，CO2脱除后的高温煤气重复用于高温直接还原铁，减少热量散失。活性炭将尾气中的多环芳烃、苯吸附脱除，重复利用的高温煤气温度达到200℃。
综上实验，升温至1350℃直接还原铁便可以团块中分离出来，穿过焦丁层滴落，气体冷却实现液相渣非晶粉化，实现渣铁分离，冶炼温度相比传统高炉炼铁温度低。另外，提高直接还原温度可增大直接还原铁的金属化率。该方案不仅实现了废水污泥中金属铁回收利用，还将污泥和焦油渣中无机物进行回收，焦油渣危险废物得到了无害化处理，提高焦粉利用附加值，实现有机废物和无机废物综合利用。
Claims (6)
1.一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将焦粉、铁矿粉、焦化废水污泥、焦油渣、溶剂混匀，挤压成团块，将团块室温冷固结，烘干至水份不超过2％，冷固结团块耐压强度≥500N，原料配比按重量份数计为：焦粉30～60份、铁矿粉20～40份、焦化废水污泥5～35份、焦油渣3～10份、溶剂3～15份；
2)将步骤1)的烘干团块置于无氧或者惰性气体保护条件下进行500～800℃焙烧预处理0.5～5h，在烘干团块下方铺设有焦丁，焙烧后得到干馏团块；
3)继续加热升温至1350～1550℃，通入还原气体直接还原0.2～3h，进而生成直接还原铁和炉渣，直接还原铁的金属化率≥90％，直接还原铁呈液态直接滴落，反应过程中产生的尾气经脱尘、活性炭吸附处理，CO2脱除后的还原气体能够重复用于步骤3)中，重复利用的高温煤气温度不低于200℃；
4)之后停止加热，通入N2或者Ar，炉渣遇常温N2或者Ar冷却为非晶粉末，待完全冷却后采用旋风离心分离将渣粉与焦丁分离。
2.根据权利要求1所述的一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，所述焦粉包括干熄焦一次除尘焦粉、二次除尘焦粉、筛运焦焦粉，其中固定碳含量≥78％，焦粉粒度≤1mm，灰分≤15％，水分≤1.0％；所述的焦化废水污泥来自焦化产品回收废水或水熄焦焦池废水，固定碳含量≥25％，灰分中Fe2O3含量不低于5％；所述的溶剂包括CaO、CaCO3、Ca(OH)2中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，上述步骤1)的冷固结温度不超过30℃，烘干温度不超过60℃。
4.根据权利要求1所述的一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，上述步骤1)中团块为粒径10mm～20mm的扁平状团块，其中焦化废水污泥水份不超过5％。
5.根据权利要求1所述的一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，上述步骤2)烘干团块下方铺设的焦丁粒度≥10mm，焦丁耐压强度≥25kg；干馏团块的物料体积密度为1.5～3.5g/cm3，耐压强度≥40kg，铁品位达到60％以上，孔隙率达到10％～50％。
6.根据权利要求1所述的一种焦化废水污泥的处理方法，其特征在于，所述的还原气体是H2或CO或H2、CO混合气体。
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2023
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