重油气化炭黑污水处理工程设计运行

到目前为止，采用以重油为原料部分氧化法生产的中氮肥厂达11家之多。重油气化后其裂化气中含有炭黑，采用文丘里洗涤加最终洗涤塔工艺，用210℃化学软水洗涤，以确保出最终洗涤塔的裂化气中炭黑含量控制在5mg/m³。因此洗涤水中含有大量炭黑，一般采用自然沉淀后即直接排放，对环境造成了严重污染。
　　浩良河化肥厂自筹资金520余万元，设计了炭黑污水处理工程，经该装置处理后的污水可全部回用，并可副产粗炭黑。

1 工程概述

　　浩良河化肥厂尿素生产原料为重油，气化后可小时副产炭黑水60余吨，此工艺废水未经任何处理，直接排入灰场进行自然沉降，由于炭黑密度较小，沉降速度较慢，沉淀后出水经常夹带炭黑，污染水源及环境。另外灰面高低不平，露出水面的灰面，经常风大起尘，严重污染了附近居民的居住环境。为此，该厂对造气车间的炭黑污水进行综合治理，建设了1套规模为60t/h的炭黑污水处理装置，并且每小时可以副产粗炭黑约1.0t，回收软化水约50t，使炭黑污水达到了零排放。

2 工艺流程

　　造气车间重油气化后，产生的炭黑水利用自身余压将炭黑水送往炭黑回收车间，经蛇管于燥器换热后进入脱气塔，去除水中夹带的CO，H2等气体，污水经炭黑水泵加压后送入压滤机过滤后，炭黑滤饼存留在滤板中，由人工拉开滤板，将滤饼卸到料斗内，经螺旋输送机送往干燥厂房内进行干燥处理后，装袋入库，滤后水经中间水泵加压后送入精密过滤器过滤，滤后清水流入清水箱，送回造气车间循环使用，和原有工艺相比每小时节约软水约50t，流程见图1。

3 主要设备

　　炭黑污水处理装置所需设备详见表1：

4 设计中着重解决的几个问题

　　为保证装置投产后能正常连续运行，需要其运行的费用最低，因此设计重点放在关键设备选型。工艺指标确定、设备运行的维护费用及投资效益比等几方面。

4.1 压滤机选型
　　压滤机为本工艺的核心设备，装置的运行费用主要取决于此，因此选型时尤为慎重。压滤机属于成型设备，但应用于炭黑水处理上，介绍的资料及经验较少，考虑到炭黑水水温高、颗粒细小（平均50μm）、且具有腐蚀性等特点，经考察论证，并与设备生产厂家的技术人员探讨，决定由供货厂家对压滤机作如下改造：
4.1.1 取消滤板间隔膜
　　目的是防止滤布粘料，造成卸料困难，另外隔膜的使用寿命短，造价又高，至使系统的运行费用增加，为此，将隔膜改为密封橡胶圈和不锈钢丝网，经实际运行验证，橡胶圈的使用寿命可达到4～6个月。
4.1.2 滤布
　　滤布的使用周期直接关系到污水处理成本，为延长滤布的使用周期，将单层滤布改为双层滤布，且选用不同型号，实践证明滤布的周期可达到3～4个月。
4.2 精密过滤器
　　考虑到滤布损坏的情况下，炭黑水可能渗漏到系统内，影响回用水质，为此在流程中增加精密过滤器，以保证水质可完全达标回用。
　　从炭黑水的特性：水温高、粒径细小、吸附性强，以及压滤机出水中的炭黑含量、反洗操作的难易程度。运行周期、投资与运行费用等因素综合考虑，经现场试验，最终决定选用以聚丙烯热喷纤维膜为过滤介质的精密过滤器，其过滤精度不受进料压力波动的影响，压差低，通量高，运行费用低。从实际运行来看，选型合理，滤前水质无需投加混凝剂可完全满足过滤要求，简化了操作。
4.3 工艺指标的确定
　　从经济运行的角度，经方案比较，将炭黑水泵出口的压力定位在1.2～1.5MPa，一方面可以降低粗炭黑产品的含水率，另一方面可以充分发挥压滤机的性能。
4.4 厂房排气设计
　　考虑到压滤机的卸料操作在室内，外加北方冬季室内外温差大，卸料时瞬间产生的蒸汽量多，故在厂房设计上，层高增加了2层，排汽方式采用天窗排气，从实际运行来看，达到了目的。

5 运行情况

　　炭黑污水处理装置自投产以来，一直运行良好，经装置处理后的污水，可全部达标回用，并副产粗炭黑，成品含水率小于70％；压滤机滤布的实际使用周期大于3个月，卸料操作方便，没有出现滤布粘料情况；运行维护费用较低，总运行费用在30万元/a以内；经济效益显著，年生产按8000h计，其回收软化水和炭黑的经济效益约为206.2万元/a。达到了工艺可行、设计合理、运行稳定、操作方便、维护费用低等预期目的。
　　该厂炭黑污水主要污染物为炭黑、氰化物、重金属，一般炭黑的质量分数在0.58％，氰化物总的质量分数小于0.00003％，Fe，Ni，Co，Cu等重金属的质量分数均小于0.00002％，因此，本工艺主要处理污染物为炭黑，黑色的炭黑污水经装置处理后，出水无色、浊度小于5度，实际进装置的污水量约60t/h，去除炭黑夹带的水量、卸料操作漏量（循环回收）及其他用水量等，每小时可重复利用软水约50t。

6 结语

　　采用2级过滤对造气车间重油气化产生的炭黑污水进行综合治理，既治理了污水又可副产炭黑、回收软化水和热量。既使炭黑污水实现零排放，又彻底解决了炭黑对环境的污染，保护了当地的水资源，有显著的经济效益和社会效益。