煤焦油脫水分析

王軍俏 （河北旭陽焦化有限公司）

理化性質(zhì)：煤焦油是煤在干餾和氣化過程中獲得的黑褐色、粘稠的油狀液體， 可燃。 其閃點(diǎn)為96～105℃， 自燃點(diǎn)為580～630℃.煤焦油的組成十分復(fù)雜，據(jù)估計(jì)總的化合物總類約有一萬種，已知化合物在煤焦油中總計(jì)占55%，最重要的成分為萘，平均含量為10%， 尚為查明的化合物是含于瀝青中的高分子碳?xì)淝杌衔锛半s環(huán)物在煤焦油中總計(jì)占45%。 煤焦油又稱煤膏，具有一定的特殊的臭味，比重比水大，具有可燃性、水溶性和腐蝕性。 煤焦油的成分達(dá)到上萬種，它是煤化學(xué)工業(yè)的主要原料，主要成分含有芳香族含氧化合物（如苯酚等酚類化合物），以及苯、二甲苯、甲苯、蒽、萘等芳烴，含氮、含硫的雜環(huán)化合物等其他有機(jī)物。 根據(jù)不同的沸點(diǎn)范圍，可采用分餾的方法把煤焦油分割成各種餾分。 可以用煤焦油來合成糖精、藥品、殺蟲劑、炸藥、染料等多種物品，生產(chǎn)塑料、合成纖維、染料、橡膠、醫(yī)藥、耐高溫材料等的重要原料就是煤焦油。 煤焦油中含有的苯會(huì)影響人體血液內(nèi)紅細(xì)胞、 白細(xì)胞和血小板的含量， 會(huì)造成人體造血功能的紊亂，也會(huì)對(duì)人體局部皮膚和粘膜產(chǎn)生刺激，經(jīng)皮膚吸收后就可引起中毒，帶來多種疾病。 煤焦油能使部分病人產(chǎn)生頭痛、惡心、發(fā)熱等不良癥狀，也會(huì)使人的皮膚光感過敏，甚至發(fā)生大皰等。 用于加工煤焦油的精制品，油氈紙，耐火材料的粘合劑，還可以做防腐油和燃料油等。

粗焦油是在煉焦過程產(chǎn)生的，粗焦油含大量水分，焦油含水分大約在4%左右，有時(shí)甚至達(dá)到8%～10%。 有的焦化廠還用粗焦油洗萘，即使經(jīng)過了加熱、靜置、脫水的環(huán)節(jié)后送往焦油精制車間，仍然不能降低煤焦油的水分含量。

煤焦油脫水是指脫除煤焦油所含水分過程的第一步。 煤焦油水分對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響， 控制煤焦油水分是提升其質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。 對(duì)焦油加工精制有影響，主要表現(xiàn)在：（1）含水量大的焦油，將增加耗熱量，也會(huì)降低設(shè)備生產(chǎn)能力、使脫水時(shí)間延長(zhǎng)。 增加了事故發(fā)生的幾率，也延長(zhǎng)了蒸餾時(shí)間。 （2）含水量大的焦油還可能會(huì)使系統(tǒng)阻力加大，提高系統(tǒng)的壓力，打亂原有的操作程序。 （3）伴隨水分帶入的腐蝕性介質(zhì)， 還會(huì)引起管道和設(shè)備的腐蝕。

在煤焦油間歇蒸餾過程中，由于焦油含水量較大，將會(huì)增加耗熱量，延長(zhǎng)脫水的時(shí)間，從而降低設(shè)備的生產(chǎn)效率。 特別是在給水加熱之后，焦油中會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的乳濁液，形成的乳濁液小水滴如果不能及時(shí)蒸發(fā)出去，這樣就會(huì)釋放熱能。 因此，就會(huì)使溫度不斷升高，如果水滴會(huì)在一瞬間蒸發(fā)，就加大了沖油事故發(fā)生的幾率。 所以，脫水期間的加熱環(huán)節(jié)必須要緩慢進(jìn)行，盡量使蒸餾時(shí)間延長(zhǎng)，才能減少這類事故發(fā)生的頻率。

連續(xù)給煤焦油蒸餾的環(huán)節(jié)， 產(chǎn)生的水分會(huì)增加蒸餾系統(tǒng)的壓力，同時(shí)也會(huì)給原有工藝操作制度帶來一定的不良影響，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)引發(fā)火災(zāi)、破壞管道。 而且，腐蝕設(shè)備和管道的腐蝕性物質(zhì)還會(huì)隨水分帶入。 所以，煤焦油蒸餾前，必須進(jìn)行脫水操作。

存在于煤焦油中的水分有四種狀態(tài)：（1）乳化水：以焦油中含有的天然的界面活性物質(zhì)作為乳化劑，在不斷加溫、加快攪動(dòng)速度的條件下會(huì)使氨水和焦油發(fā)生乳化反應(yīng)， 乳化反應(yīng)的產(chǎn)物就是油包水型乳狀液， 這種乳液要在加熱的條件下才能除去；（2）機(jī)械夾帶水：就是水蒸氣遇冷凝結(jié)形成的水分，這種水分出去的方法比較簡(jiǎn)單；（3）化合水：就是以水分子與酚類，吡啶鹽基類通過化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合產(chǎn)生的水分。 含氧分子較多的分子，其結(jié)構(gòu)在受熱過程中可分解水，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械夾帶水、乳化水等形式存在。

煤焦油脫水的方法：

脫水有加熱靜止脫水法、加壓脫水法和機(jī)械脫水法這三種。

所謂的加熱靜止脫水法就是在對(duì)煤焦油加熱的過程中使溫度維持在70~80℃的范圍內(nèi)，然后靜止36h 以上，由于密度差異，水和煤焦油會(huì)自行分離。 雖然加熱條件下會(huì)加速乳化液的分離，但是如果溫度過高的話，也會(huì)影響澄清，并使輕油不斷揮發(fā)。 這種脫水方法可以將煤焦油的含水量降到2%左右。

加壓脫水法是讓讓脫水環(huán)境的壓力保持在0.49~0.98Mpa 的范圍內(nèi)、并設(shè)置環(huán)境溫度在130~150℃的范圍內(nèi)，這樣保持靜止4h。 利用這種方式可以將煤焦油的含水量降到1~2%。

機(jī)械脫水法是借助離心機(jī)降低煤焦油含水量的方法， 這種方法可將煤焦油中水分降至至1%。 上面的三種方法只能對(duì)乳化狀的水分起到作用， 但對(duì)于含有的溶解水和化合水仍然不能有效的脫除。

間歇釜脫水：為釜內(nèi)的煤焦油加熱、升溫至100℃以上，可以蒸發(fā)脫出部分水分。 蒸發(fā)出來的輕油、水汽及萘，都可以通過升汽管引入冷凝器形成冷凝液。 經(jīng)油水分離的過程后，輕油流入槽內(nèi)。 繼續(xù)不斷進(jìn)行加熱，將升汽管的溫度升到130℃左右時(shí)，此時(shí)焦油的含水量就可以降至0.5%以下了，脫水過程也就完成了。這種脫水方式應(yīng)用范圍較小，因?yàn)樗顿Y小、簡(jiǎn)單易用、效率低，比較適合小型焦化廠的間歇焦油蒸餾系統(tǒng)。

薄膜式脫水法：這項(xiàng)技術(shù)來源于波蘭煤化學(xué)研究所。 該設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到了1～2t/h 焦油。 該技術(shù)的脫水原理就是：煤焦油在向下流動(dòng)的過程中， 焦油承受到的摩擦力小于來自管壁的摩擦力，這樣就能使焦油的流動(dòng)狀態(tài)呈現(xiàn)薄膜狀態(tài)。 管外受熱時(shí)，下部的溫度會(huì)明顯高于上部的溫度， 會(huì)使得焦油受熱黏度慢慢降低。 隨著焦油粒子在薄膜內(nèi)的流動(dòng)改變，上下的膜的厚度也就產(chǎn)生了差異，焦油內(nèi)的大量水分會(huì)很容易到達(dá)薄膜的表面上，進(jìn)一步蒸發(fā)。 焦油會(huì)先進(jìn)入脫水器，然后經(jīng)過導(dǎo)向溢流板會(huì)再次流入加熱管內(nèi)，隨后焦油會(huì)流到底部收集室內(nèi)，此時(shí)流出時(shí)的溫度范圍在130～135℃之間。 為了帶走多余的水汽，可以將煤氣送入脫水器的底部， 對(duì)于含水量較大的煤氣盡量送到回收廠的冷卻器入口，進(jìn)行初步冷卻，這樣就可以輕油和萘避免隨水蒸發(fā)帶來的損失。 采用常壓脫水技術(shù)，進(jìn)行原料與產(chǎn)品之間的換熱，可以大大降低能耗。 這項(xiàng)脫水技術(shù)適用于超大規(guī)模煤焦油集中加工企業(yè)，可使含水量降至0.5%以下。粗焦油與高溫焦油一塊進(jìn)入脫水塔，塔頂是用輕油作回流的。 共沸混合物由塔頂流出來，流出來的混合物是由水與輕油構(gòu)成的，經(jīng)冷凝、冷卻后流入分離器，輕油又會(huì)返回至脫水塔。