煤焦油脫水分析

王軍俏 （河北旭陽焦化有限公司）

理化性質：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。 其閃點為96～105℃， 自燃點為580～630℃.煤焦油的組成十分復雜，據(jù)估計總的化合物總類約有一萬種，已知化合物在煤焦油中總計占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氫氰化合物及雜環(huán)物在煤焦油中總計占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。 煤焦油的成分達到上萬種，它是煤化學工業(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)化合物等其他有機物。 根據(jù)不同的沸點范圍，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影響人體血液內(nèi)紅細胞、 白細胞和血小板的含量， 會造成人體造血功能的紊亂，也會對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，有時甚至達到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。 煤焦油水分對產(chǎn)品質量有影響， 控制煤焦油水分是提升其質量的關鍵指標。 對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，也會降低設備生產(chǎn)能力、使脫水時間延長。 增加了事故發(fā)生的幾率，也延長了蒸餾時間。 （2）含水量大的焦油還可能會使系統(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， 還會引起管道和設備的腐蝕。

在煤焦油間歇蒸餾過程中，由于焦油含水量較大，將會增加耗熱量，延長脫水的時間，從而降低設備的生產(chǎn)效率。 特別是在給水加熱之后，焦油中會出現(xiàn)穩(wěn)定的乳濁液，形成的乳濁液小水滴如果不能及時蒸發(fā)出去，這樣就會釋放熱能。 因此，就會使溫度不斷升高，如果水滴會在一瞬間蒸發(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)必須要緩慢進行，盡量使蒸餾時間延長，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)生的水分會增加蒸餾系統(tǒng)的壓力，同時也會給原有工藝操作制度帶來一定的不良影響，嚴重時也會引發(fā)火災、破壞管道。 而且，腐蝕設備和管道的腐蝕性物質還會隨水分帶入。 所以，煤焦油蒸餾前，必須進行脫水操作。

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作為乳化劑，在不斷加溫、加快攪動速度的條件下會使氨水和焦油發(fā)生乳化反應， 乳化反應的產(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）機械夾帶水：就是水蒸氣遇冷凝結形成的水分，這種水分出去的方法比較簡單；（3）化合水：就是以水分子與酚類，吡啶鹽基類通過化學反應，結合產(chǎn)生的水分。 含氧分子較多的分子，其結構在受熱過程中可分解水，轉變?yōu)闄C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、加壓脫水法和機械脫水法這三種。

所謂的加熱靜止脫水法就是在對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，水和煤焦油會自行分離。 雖然加熱條件下會加速乳化液的分離，但是如果溫度過高的話，也會影響澄清，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%。

機械脫水法是借助離心機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乳化狀的水分起到作用， 但對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)不斷進行加熱，將升汽管的溫度升到130℃左右時，此時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。這種脫水方式應用范圍較小，因為它投資小、簡單易用、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：這項技術來源于波蘭煤化學研究所。 該設備的生產(chǎn)能力達到了1～2t/h 焦油。 該技術的脫水原理就是：煤焦油在向下流動的過程中， 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狀態(tài)呈現(xiàn)薄膜狀態(tài)。 管外受熱時，下部的溫度會明顯高于上部的溫度， 會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)的大量水分會很容易到達薄膜的表面上，進一步蒸發(fā)。 焦油會先進入脫水器，然后經(jīng)過導向溢流板會再次流入加熱管內(nèi)，隨后焦油會流到底部收集室內(nèi)，此時流出時的溫度范圍在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， 對于含水量較大的煤氣盡量送到回收廠的冷卻器入口，進行初步冷卻，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，進行原料與產(chǎn)品之間的換熱，可以大大降低能耗。 這項脫水技術適用于超大規(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成的，經(jīng)冷凝、冷卻后流入分離器，輕油又會返回至脫水塔。