一种针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法技术

本发明专利技术公开了一种针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法。该方法依次包括：1)向灰水中补加二氧化碳，使得无机碳摩尔量是钙摩尔量的0.8～1.2倍；2)采用隔膜法电解对灰水进行电化学处理；3)补碱处理提升灰水碱性；4)沉垢处理，将碱性灰水介质引入絮凝沉降槽中，经絮凝沉降处理，以此降低灰水硬度。本发明专利技术利用煤化工排放的二氧化碳向高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水中补加无机碳，采用隔膜法电解为主、补碱为辅的电化学除硬方法，提升电化学除硬效果、降低能耗，缓解了煤气化系统的结垢问题，实现煤气化系统节水减排。实现煤气化系统节水减排。实现煤气化系统节水减排。

【技术实现步骤摘要】
一种针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法


[0001]本专利技术涉及一种针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法，属于电化学除硬领域。

技术介绍

[0002]近年来我国新型煤化工发展迅速，但各项目都具有较大的耗水量和废水排放量，且大都集中在煤资源丰富、水资源短缺的西北地区，往往导致一系列环境问题。处理好煤化工水资源短缺及污染排放问题是煤化工企业的重中之重。煤气化技术是煤炭能源转化的关键工艺之一，目前该工艺多采用成熟的水煤浆加压气化技术。在国内的一些煤化工企业，由于其使用的煤种灰熔点高，为降低煤的灰熔点以适应水煤浆加压气化装置，需加入石灰石助熔剂。石灰石在高温下分解成氧化钙，部分氧化钙与煤中的二氧化硅、氧化铝等反应，降低了煤的灰熔点，剩余的氧化钙进入煤气洗涤水(黑水)中。这些黑水经絮凝沉淀处理，排出的灰水多具有高硬度低碳酸盐碱度的典型特征。针对该水质，若减小排污量，水中的钙离子必然进一步浓缩，势必加剧设备结垢，无论是从设备运行角度，还是从水质本身的角度，治理难度将进一步增大。因此，实时有效去除系统中的硬度离子至关重要。目前主要的除硬方法有离子交换树脂法、膜分离法、石灰软化法、加药法等常规手段。针对灰水水质，传统的加碱处理(二氧化碳+氢氧化钠，氢氧化钙+碳酸钠等)较为普遍。尽管如此，该处理方法在除去硬度离子的同时，还向介质中引入大量的钠离子、碳酸根离子，以及回调pH值引入的氯离子、硫酸根等酸根离子，导致腐蚀加剧等问题。因此，开发适用于灰水水质的高效除硬技术，对缓解煤气化系统结垢，提高系统水回收率，具有重要意义。
[0003]电化学除硬技术具有明显的环境友好性，相比化学法除硬，该技术几乎不引入或者少量引入外来离子，近年来引起国内外大量研究者的关注。其主要是通过水的电解反应在阴极附近产生高pH值碱性环境，促进碳酸氢根向碳酸根的转变，进而提升局部介质中碳酸钙的过饱和度，促进其结晶析出，最终降低水的硬度。从原理上来讲，水中碳酸盐碱度对钙硬去除至关重要。然而如上所述，气化炉灰水往往具有高硬度低碳酸盐碱度的特征。在电化学除硬流程引入适量的碳酸盐碱度尤为必要。
[0004]二氧化碳是煤化工生产中最主要的排放气体之一，据估算，2020年国内煤化工企业排放的二氧化碳达到4亿吨左右。将二氧化碳引入灰水的电化学除硬工艺以提升碳酸盐碱度，不但可提升电化学除硬性能，而且具有重要的环保效益。公开专利CN107235564B针对低碳酸盐碱度水质的电化学除硬处理，提出补加二氧化碳或者空气的方法，来提升钙、镁硬度离子的去除率。该专利技术适用于低硬度低碳酸盐碱度水质，且无需补加其他药剂辅助除硬。尽管如此，对于煤气化灰水，总硬度值大多在1000mg/L(以碳酸钙计)以上，而无机碳含量往往不及钙硬度的五分之一，在补加二氧化碳基础上，单纯靠电化学，在除硬的过程中，水质酸性会逐渐增强，导致电流效率下降，能耗增大，且无法无法去除足够量的硬度离子，因此不能满足工业应用要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种以隔膜法电解为主、化学法为辅的新型除硬方法，解决了单纯电化学除硬法在处理高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水时电流效率低、除硬率低、能耗高的问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]本专利技术针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法，其特征在于，所述的电化学除硬方法依次包括四个步骤：
[0008]1)补加二氧化碳：首先向灰水中补加二氧化碳，使得无机碳摩尔量是钙摩尔量的0.8～1.2倍；
[0009]2)电化学处理：采用隔膜法电解对灰水进行电化学处理；
[0010]3)补碱处理：向隔膜电解阴极出水中补加氢氧化钠或氢氧化钾，提升灰水碱性；
[0011]4)沉垢处理：将碱性灰水介质引入絮凝沉降槽中，经絮凝沉降处理，以此降低灰水硬度；
[0012]其中，步骤2)的电化学处理和步骤3)的补碱处理顺序可调换，即步骤2)的电化学处理和步骤3)的补碱处理的顺序为先电化学处理后补碱处理，或先补碱处理后电化学处理；其中优选隔膜法电解电化学处理在前。
[0013]本专利技术所述的电化学除硬方法中，优选，所述二氧化碳补加量是通过介质pH值和无机碳含量的关系曲线来确定。
[0014]优选，所述pH值和无机碳含量关系曲线测量方法是：通过在处理介质中鼓入二氧化碳以调节其pH值，然后在各pH值条件下，采用总碱度法测试介质的总无机碳含量，获得。优选，所述碱度法是通过向补加二氧化碳的灰水介质中投加有机阻垢剂以稳定介质，然后向其中加入氢氧化钠或氢氧化钾调节pH值在8.45～9.5，然后通过盐酸滴定法测法测得甲基橙碱度和酚酞碱度，基于两种碱度值及原水非碳酸盐碱度值，计算得出介质中的无机碳含量。
[0015]优选，本专利技术所述的隔膜法电解的阳极材质为石墨、铅合金、贵金属电极或金属氧化物涂层电极；阴极材质为碳钢、不锈钢、铜合金、钛合金、石墨、铅合金、贵金属电极或金属氧化物涂层电极；隔膜材质为阳离子交换膜、双极膜、微孔陶瓷膜微孔塑料隔膜、木质纤维隔膜或者石棉隔膜。
[0016]本专利技术所述隔膜法电解的阴极室处理补加二氧化碳的灰水介质或者处理补加二氧化碳并补加氢氧化钠或强氧化钾的灰水介质；阳极室处理原灰水介质。
[0017]优选，所述隔膜法电解过程中，通过调节阳极室灰水流量将其出水pH值控制在5以上；通过调节阴极室灰水流量来调节阴极室出水pH值：当补碱步骤在隔膜法电解之后时，控制阴极出水pH值在8.5到9.5之间，当补碱步骤在隔膜电解之前时，控制阴极出水pH值在10以上。
[0018]优选，本专利技术所述的沉垢过程，经隔膜电解和补碱处理后的阴极出水，流入含碳酸钙垢晶的阴极液后处理缓冲罐，其中碳酸钙垢晶浓度稳定在10～60g/L，充分搅拌20～120s，流入絮凝沉降槽，经絮凝沉淀去除垢渣，软化后的上清液进入灰水系统。
[0019]本专利技术的有益效果是：利用煤化工排放的二氧化碳向高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水中合理补加无机碳，采用隔膜法电解为主、补碱为辅的除硬方法，提升电化学除硬率效
果、降低能耗，以此缓解煤气化系统的系统结垢问题，并实现煤气化系统节水减排。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种实施例煤气化灰水电化学除硬工艺流程图；
[0021]图2为补加二氧化碳对介质总无机碳含量的影响图；
[0022]图3为补加二氧化碳(介质pH)对除硬效果的影响。
[0023]其中，1、灰水槽；2、气液混合泵；3、二氧化碳储罐；4、阴极预处理液缓冲罐；5、pH值监测器I；6、电解槽；7、稳流稳压电源；8、阴极；9、阳极；10、隔膜；11、阴极液后处理缓冲罐；12、浓碱罐；13、pH值监测器II；14、黑水沉降槽。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术新型高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水电化学除硬技术方案做进一步描述。
[0025]如图1所示，针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对高硬度低碳酸盐碱度煤气化灰水的电化学除硬方法，其特征在于，所述的电化学除硬方法依次包括如下步骤：1)补加二氧化碳：首先向灰水中补加二氧化碳，使得无机碳摩尔量是钙摩尔量的0.8～1.2倍；2)电化学处理：采用隔膜法电解对灰水进行电化学处理；3)补碱处理：向隔膜电解阴极出水中补加氢氧化钠或氢氧化钾，提升灰水碱性；4)沉垢处理：将碱性灰水介质引入絮凝沉降槽中，经絮凝沉降处理，以降低灰水硬度；其中，步骤2)的电化学处理和步骤3)的补碱处理的顺序为先电化学处理后补碱处理，或先补碱处理后电化学处理。2.根据权利要求1所述的电化学除硬方法，其特征在于，所述二氧化碳补加后灰水介质中无机碳含量确定方法是通过在处理介质中鼓入二氧化碳以调节其pH值，然后在各pH值条件下采用总碱度法测试介质的总无机碳含量得到pH值和无机碳含量的关系曲线后获得。3.根据权利要求2所述的电化学除硬方法，其特征在于，所述二氧化碳补加后灰水介质中无机碳含量确定方法包括：首先通过向不同二氧化碳补加量灰水介质中添加有机阻垢剂以稳定水质，然后向添加了有机阻垢剂的灰水介质中加入氢氧化钠或氢氧化钾，将其pH值调至在8.45～9.5，再通过盐酸滴定法测得甲基橙碱度和酚酞碱度，基于两种碱度值及原水非碳酸盐碱度值，计算出介质中的无机碳含量，进而得出pH值和无机碳含量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱田震，姚光源，章明歅，于德泽，陶蕾，何爱珍，王萌，胡兴刚，林志强，王堃，
申请(专利权)人：中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：