壓力及溫度對煤氣水分離效果的影響

劉盼盼+孟凡平

摘 要：煤氣水是指在煤加壓氣化過程初期形成的"粗煤氣"與大量水蒸氣混合形成的狀態，這一混合物是有固態、液態和氣態三種組成，包含大量的焦油、酚、萘、無機鹽以及溶解性其他等雜質，這是煤炭化工企業加工過程中出現的工業廢水，不同的化工產品需求，可以通過不同的分離技術提煉；煤氣煤氣水分離技術是利用魯奇設備工藝進行的粗煤氣分離技術，在以煤炭工業為基礎的化工企業中得到了廣泛的應用，本文針對當前這一技術的應用情況，闡述溫度、壓力這兩個主要指標對煤氣水分離工藝的影響。

關鍵詞：煤氣水分離；魯奇工藝；分離技術；溫度；壓力

煤化工技術中的煤氣和水的產生是不可避免的，高濃度（大量有機和無機）、高溫度（617℃分離溫度）和劇毒混合物需要引起特別關注。根據我國目前煤化工生產的特點，一般采取冷卻或沖洗的方法，在引入魯奇技術之后，將煤氣化水分離技術發展到成熟。[1]本文為了便于研究，對加壓煤氣化過程中產生的煤氣進行了分析。綜合考慮工業特點，最終考慮選擇煤破碎氣化技術。煤粉碎后加壓氣化技術也是采用魯奇爐進行的，可以直接啟動，嚴格分隔煤氣水。總的來說，煤水分離過程是煤粉加壓煤氣化的廢水處理過程。但是，廢水中一般含有各種有機和無機雜質，形成高層次的工業廢水。雖然不同類型的煤會產生不同雜質含量的煤氣水，但大多數時候都具有“三高”的特點，這些廢水不能通過常規處理直接排放，會污染環境，其中所含的各種可回收資源也會造成廢物（氨，酚，油等）的浪費，因此氣水分離可視為同時處理和回收過程。

一、煤氣水相關介紹

煤氣水在煤炭化工中是一個過程名詞，因此，它的來源也相當的廣泛。煤氣水是在魯奇加壓氣化是在3.1MPa的壓力下，用3.8MPa的蒸汽和99%的氧氣作為氣化劑氣化550mm的塊煤制得粗煤氣。在氣化過程中，煤中的輕質組分轉化為焦油、酚、氨等物質與煤氣同時產生。在煤氣的洗滌、冷卻、凈化過程中大部分變為液態進入煤氣水中。氣化爐是氣體和水的主要來源。在魯奇過程中，一部分廢水從鍋爐排出。廢水是在洗滌過程中冷卻粗煤氣（冷卻器或廢熱鍋爐）而形成的。一般來說，鍋爐產生的氣體和水的總量約占工藝總流量的50%，同時還有大量的粉塵、溶解氧、二氧化碳、焦油和酚類等。因此，煤氣水處理過程是氣化爐最重要的部分。其次，一氧化碳轉換單元是原料氣在通過滌氣器的過程中的第一次交換，其通過滌氣器然后到達蒸汽分離器（單元）。這個階段產生的氣體和水分占整個工藝流程的很大一部分，主要成分是油、粉塵、氨和脂肪酸。再次，還有一部分氣水在高壓下經過水分離器后，最終進入冷卻器冷卻凝結，這部分占整個過程的10%，成分并不太復雜。以上三部分是加壓煤氣化過程中產生的全部氣水的大部分，其他工藝也產生氣水，各組分含量明顯不同。主要預循環水、粉塵、氨、酚等，主要在中期二氧化碳、脂肪酸、游離氨、焦油等主要是后硫化氫、氯氣、脂肪酸等。

二、煤氣水分離工藝原理概述

1、煤氣水一般分離步驟

碎煤加壓氣化技術中所產生的煤氣水處理工藝原理，主要有一下的步驟。第一，煤氣水收集之后先通過洗滌、冷卻等工藝過程，然后進行焦油和輕油的分離。這兩個步驟是可以不斷重復進行的，所以化工企業會對魯奇爐等設備進行設定，可以出去大部分的固體雜質以及粉塵。[2]第二，將焦油和輕油分離過之后的煤氣水（多余廢水）進行高溫和高壓分離處理，主要的目的是對酚和氨進行回收，隨后進行生化處理。第三，經過前兩部分對有機類物質的回收之后，在進入生化處理之后就意味著進入了環境保護處理過程，最后通常使用的手段是活性炭吸附、沉淀、化學制劑中和等。第四，經過觀察、化驗、審定之后，廢水進行排放。

2、煤氣水分離工藝原理

氣水分離是一個非常復雜的過程，需要多次預處理，當然這個過程也與產品的回收目的有關。以化肥廠為例，主要將煤氣水和水中的二氧化碳、一氧化碳、氨、氫、焦油、液體油等分離純化后使用。預處理方法通常有冷卻、沉淀、高壓、高溫等，其中溫度和壓力是影響氣水分離過程效益的最顯著因素；溫度的影響主要表現在油、酚、脂肪酸等有機物的過程中，壓力效應主要是物理過程中的變化，如析出速度、溶解度和飽和度等。[3]例如，從氣化器出來的氣體和水可以在一氧化碳轉化器中與氣體和水混合，以加速混合狀態的分離，同時溫度從200攝氏度下降到150攝氏度，然后到達移動和氣體冷卻裝置氣體和水的組合可以實現液體水和焦油的分離。簡而言之，氣水分離過程主要有三部分，即閃蒸、沉淀和油分離。其中，閃蒸是降低壓力實現膨脹，減少氣水蒸氣平衡，隨著溫度的快速上升，溶解于液態的氣體將轉變成氣象狀態，其過程是實現氣液分離；同樣，沉淀法也是要實現液固分離，這部分物料的回收是焦油，主要利用固液的密度差；隔油是將煤氣水中的焦油等比水輕的物質過濾、收集，以便實現回收的目的。

3、煤氣水分離中溫度、壓力的影響

溫度和壓力是煤氣水分離中主要涉及到的兩個影響因素，而這兩個因素影響的作用體現在煤氣水分離的裝置中。主流使用的煤氣水分離設備主要有四種分別是：油分離器、初焦油、分離器、最終油分離器等。第一，油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為69攝氏度。第二，在初焦油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為70攝氏度。第三，最終油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為67攝氏度。第四，雙介質過濾器中，理論壓力為790千帕，溫度為100攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為400千帕，溫度為37攝氏度。以上的四種設備是碎煤加壓氣化中煤氣水分離的主要設備。截至目前而言，隨著魯奇工藝的發展，國內在煤氣水分離過程中逐漸出現了一些新型的設備，例如膨脹器、焦油分離器、煤氣水冷卻器、均化器等等，在實際的應用中要根據分離工藝的方向來設定參數。

三、結束語

煤氣水分離是伴隨著煤炭化工工業發展而出現的，隨著資源利用和環境保護的重要性提升，在未來的發展中也會占據越來越重要的位置，從工藝、技術角度來說，還需要進一步的發展。[4]首先，煤氣水分離工藝中，一個重要的指標是水煤氣在壓力作用下鵬展個，形成溶解性氣體的溶解度，主要針對于氣體發生作用；如果要對氣體的控制實現最佳狀態，就必須要實現壓力和溫度的完美配合。其次，對于汽化爐裝置的溫度控制，要防止氣體從氣化狀態轉變的速度，防止過度乳化，形成不易回收的交由凝結。再次，提取過焦油的煤氣水中可以繼續填料回收輕質油，這一過程在很多工藝環節中容易忘記。油聚集成為凝結狀態之后，灰塵等雜質的粘附能力同時下降，這個時候通過短時加壓可以取得很好的分離效果。

綜上所述，煤氣水處理對整個煤炭化工工業的發展具有舉足輕重的作用，煤氣水中的重金屬與其他資源的重復利用既是對工廠效益進一步優化又是對環境保護的重要舉措，是對資源重新利用和環境保護的重要工業，需要對此產業大力的發展。

參考文獻：

[1]陳文征.波紋板油水分離技術研究[D].中國石油大學，2015.

[2]秦福濤.超疏水分離膜的制備與油水分離應用研究[D].大連理工大學，2016.

[3]喻志強，劉福來，辛安見，于洋，馬金平，李金祿，鮑洋洋.氣水分離效果對冷干機露點的影響[J].石油和化工設備，2014，11：8-10.

[4]張盛武.煤氣水分離新工藝[J].化工環保，2014，04：214-217.endprint