中低溫煤焦油電脫鹽處理技術(shù)研究

劉紓言，王鑫，孫鵬

（中國石化 撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

中低溫煤焦油電脫鹽處理技術(shù)研究

劉紓言，王鑫，孫鵬

（中國石化 撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

采用電脫鹽法，在破乳劑和脫金屬劑共同作用下，對一種中低溫煤焦油進(jìn)行脫水、脫鹽及脫金屬預(yù)處理研究。確定電脫鹽工藝最佳條件為：電場強(qiáng)度為1 000 V/cm，處理溫度為140 ℃，注水比例為6%，破乳劑加入量為30～50 ppm，處理時間為20 min。在此工藝條件下處理后的煤焦油中鹽含量由19.73 mg/L降低到12.96 mg/L，脫鹽量達(dá)到34 %以上，水含量由100%降低到13%，金屬脫除量達(dá)到27%以上。經(jīng)過預(yù)處理的煤焦油能夠滿足后續(xù)加工過程的需求。

煤焦油；脫鹽；脫水；破乳

Abstract:Dehydration,desalination and demetallization of a moderate-low temperature coal tar were studied by electric desalting method under combined action of demulsifier and demetallization agent. The optimum conditions were determined as follows: the electric field intensity 1 000 V/cm, the treatment temperature 140 ℃, the water injection ratio 6%, the demulsifier amount 30 ～ 50 ppm, the treatment time 20 min. The salt content in the coal tar treated under above conditions was reduced from 19.73 mg/L to 12.96 mg/L, the desalination amount was more than 34%, the water content was reduced from 100% to 13%, the metal removal rate was more than 27% The pretreated coal tar can meet the needs of subsequent processing.

Key words:Coal tar; Desalination ; Dehydration; Demulsification

煤焦油是煤炭干餾過程中的副產(chǎn)品，由于煤焦油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、殘?zhí)亢徒饘冫}類較高，采用加氫工藝時會堵塞催化劑的床層，產(chǎn)生壓降，影響催化劑的運轉(zhuǎn)周期，需要將影響催化劑運轉(zhuǎn)周期的雜質(zhì)控制在一定范圍內(nèi)[1,2]。煤焦油加氫制取清潔燃料油技術(shù)已成為煤焦油輕質(zhì)化利用的有效途徑。因此在煤焦油深加工之前，對原料煤焦油進(jìn)行預(yù)處理以使其達(dá)到加氫催化劑要求顯得尤為重要[3]。

電脫鹽脫水法具有溫度和壓力要求更溫和、操作簡便、易于連續(xù)運行等優(yōu)勢。在石油加工過程中，原油首先都要經(jīng)過脫鹽脫水預(yù)處理，電脫鹽脫水預(yù)處理工藝作為一種成熟的工藝已廣泛應(yīng)用于煉油中。煤焦油作為一種劣質(zhì)油品，不僅密度高，而且還含有較高含量的固體雜質(zhì)如煤粉等，目前工業(yè)化裝置中，采用電脫鹽預(yù)處理工藝成功實現(xiàn)對煤焦油原料脫鹽脫水的很少，特別是能實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的更是鮮見報道[4,5]。另外，電脫鹽過程中破乳劑、脫金屬劑、沉降劑等助劑的聯(lián)合使用起到了關(guān)鍵作用，但是市場上罕有針對煤焦油性質(zhì)及其加氫預(yù)處理工藝特點所開發(fā)的產(chǎn)品，因此該過程使用的上述助劑其實都是從原油預(yù)處理助劑系列中選取的。因此，有必要針對煤焦油原料特點，優(yōu)化電脫鹽工藝參數(shù)，篩選出適合煤焦油脫鹽脫水的助劑，進(jìn)行煤焦油脫水、脫鹽、脫金屬系統(tǒng)預(yù)處理技術(shù)研究，使煤焦油雜質(zhì)含量滿足后續(xù)加工過程需求。

1 實驗部分

1.1 原料性質(zhì)

本次試驗選擇一種中低溫煤焦油作為原料，原料油具體性質(zhì)見表1，破乳劑，市售，脫金屬劑A,B,市售。

1.2 試驗裝置及工藝

實驗采用DPY-2C電脫鹽試驗儀，先將水、破乳劑和脫金屬劑按比例加入盛有150 mL煤焦油樣品的有蓋三角瓶內(nèi)，加熱到 75 ℃溫度后，搖動使其均勻混合一定的時間，再倒入裝置的金屬樣品管，倒入總體積為70 mL，插入電極蓋旋緊，放入電脫鹽試驗儀進(jìn)行升溫，待電脫儀加熱至設(shè)定所需溫度，設(shè)置好電流，開啟高壓，調(diào)節(jié)至設(shè)定電壓值，進(jìn)行脫鹽脫水操作。

表1 煤焦油原料性質(zhì)Table 1 Properties of coal tar

2 結(jié)果與討論

2.1 煤焦油電脫鹽處理條件優(yōu)化

電脫鹽脫水法具有溫度和壓力要求更溫和、操作簡便、易于連續(xù)運行等優(yōu)勢。由于煤焦油原料不僅密度高，而且還含有大量的機(jī)械雜質(zhì)等原因，因此，煤焦油電脫鹽預(yù)處理工藝的操作條件對電脫鹽應(yīng)用的效果至關(guān)重要，并且針對不同的原料，電脫鹽的工藝條件也有所不同。

本實驗以一種中低溫煤焦油為原料，對影響電脫鹽效果的幾種工藝條件進(jìn)行了單因素考察，使煤焦油雜質(zhì)含量滿足后續(xù)加工過程需求。

2.1.1 溫度對煤焦油電脫鹽的影響

在電場強(qiáng)度1 000 V/cm處理時間5 min、注水量6%、破乳劑用量50 ppm的條件下考察不同處理溫度（125、130、135、140和145 ℃）對煤焦油脫鹽脫水的影響。結(jié)果見圖1。

通過圖1分析后，可以發(fā)現(xiàn)溫度對煤焦油粘度比油水密度差在油水效果分離的影響方面更加明顯。煤焦油的粘度和油水之間的界面張力隨著處理溫度的逐漸提高而逐漸減小，而且由于水滴膨脹也會降低乳化膜的強(qiáng)度。同時，由于溫度的增加，各種物料分子間碰撞結(jié)合的機(jī)會也大大增加，乳化劑在煤焦油中溶解度增加，使煤焦油中乳化水滴破乳聚結(jié)，有利于脫鹽脫水[6,7]。但隨著處理溫度的升高，對處理設(shè)備的抗壓性能也提出了更高的要求，而且煤焦油的電導(dǎo)率也會隨著增大，結(jié)果導(dǎo)致脫鹽裝置的用電能耗明顯增大。此外，溫度的升高也會大大降低絕緣部件的使用周期。

圖1 溫度對煤焦油電脫水脫鹽效果的影響Fig.1 The effect of temperature on the desalination effect of coal tar

綜上所述，在其他操作條件不變的情況下，電場處理后煤焦油的含鹽量、含水量都隨著溫度的增加呈現(xiàn)出先降低后穩(wěn)定的趨勢，140 ℃后曲線趨于平穩(wěn)。溫度低于140 ℃時，主要是由于煤焦油粘度較大而導(dǎo)致油水分離效果較差。所以，電場處理煤焦油比較合適的溫度為140 ℃。

2.1.2 注水量對煤焦油電脫鹽的影響

試驗在溫度140 ℃、電場強(qiáng)度1 000 V/cm、電場作用時間5 min、破乳劑使用量50 ppm的條件下考察注水量（5%、6%、7%、8%和9%）對煤焦油脫鹽脫水效果的影響。結(jié)果見圖2。

電脫鹽注水的目的就是洗滌原油中的鹽，注水過少達(dá)不到上述目的，過多又會導(dǎo)致處理后原油的含水增加、電脫鹽設(shè)備運行電流增大，甚至短路，能耗增加。

圖2 注水量對煤焦油電脫水脫鹽效果的影響Fig.2 Effect of water injection on dehydration and desalination effect of coal tar

在其他因素一定的條件下，隨著注水量的增加，電場處理后煤焦油的含鹽量先減小后增加，而油中的水含量在＞7%以后持續(xù)增加。這是由于隨著注水量的增加到一定程度，脫水效果不好，并且導(dǎo)致含鹽量增加，適宜的注水量為6%。

2.1.3 電場停留時間對煤焦油電脫鹽的影響

試驗選擇電脫溫度為140 ℃、注水量6%、破乳劑用量50 ppm條件下，考察不同停留時間對電場處理煤焦油油效果的影響，處理結(jié)果見表2。

表2 不同停留時間下單級復(fù)合電場處理煤焦油的效果Table 2 Treatment effect of coal tar of the single-stage composite electric field under different residence time

從表2的結(jié)果看，隨著電場作用時間的增加，煤焦油中的含水量和含鹽量逐漸降低，作用時間20 min以后油中的含鹽量降低不明顯，因此處理煤焦油電場的作用時間至少在20 min以上。

2.1.4 破乳劑用量對原油脫鹽脫水效果的影響

考察破乳劑用量的試驗，在溫度 140 ℃、電場強(qiáng)度1 000 V/cm、電場作用時間20 min、注水量6%的實驗條件下考察不同破乳劑用量（5、10、30、50和70 ppm）對原油脫鹽脫水效果的影響。結(jié)果見圖3。

破乳劑的使用量對高壓靜電作用下煤焦油的破乳也有著明顯的影響。一般情況下，當(dāng)破乳劑的使用量小于其臨界膠束濃度時，隨著破乳劑使用量的逐漸加大破乳效果也隨之增加；當(dāng)破乳劑的使用量達(dá)到并超過其臨界膠束濃度后，隨著破乳劑使用量的逐漸加大其破乳效果會出現(xiàn)兩種趨勢，第一種情況是隨著破乳劑使用量增加其破乳效果不變，另一種是由于反乳化進(jìn)而形成油水乳狀液，而使得其脫水性能變得更差[8]。所以，采用高壓靜電場處理煤焦油時須確定破乳劑的最佳使用量（圖3）。

圖3表明：在其他操作條件不變的條件下，電場處理后煤焦油的含鹽量、含水量隨著破乳劑用量的增加，都表現(xiàn)出先下降后穩(wěn)定的趨勢。可見，適宜的破乳劑用量為30～50 ppm。

2.2 電脫鹽脫金屬效果考察

煤焦油原料中的金屬能造成后續(xù)加氫催化劑的失活，為了減輕對后續(xù)加氫催化劑的影響，有必要對煤焦油中金屬的含量進(jìn)行考察。本試驗選擇兩種脫金屬劑A，B加入量均為50 ppm，在電場強(qiáng)度1 000 V/cm，電脫鹽處理溫度140 ℃，注水比例6%，破乳劑加入量30～50 ppm，處理時間20 min，的最佳工藝條件下對煤焦油中重金屬的脫除效果進(jìn)行考察，結(jié)果見表3。

圖3 破乳劑使用量對煤焦油電脫水脫鹽效果的影響Fig.3 Effect of demulsifier amount on coal tar dehydration rate

從表3的結(jié)果看，煤焦油通過脫金屬劑A和B電脫鹽處理后，總金屬脫除量都在27%以上，達(dá)到了脫除部分金屬的目的，其中金屬Ca和Na的脫除量較高，而金屬Fe變化不大。分析原因主要是，其中金屬Ca和Na主要是以可溶于水的無機(jī)鹽形式存在，而金屬Fe多是以環(huán)烷酸鹽、羧酸鹽、卟啉等大分子有機(jī)物形式和不溶于水的金屬氧化物形式存在，因此通過電脫鹽處理，煤焦油中金屬Ca和Na的脫除量較高，金屬Fe的脫除量較低。

表3 電脫鹽對煤焦油金屬的脫除效果Table 3 Metal removal effect of coal tar

3 結(jié) 論

（1） 中低溫煤焦油原料電脫鹽、脫水優(yōu)化工藝條件為：電場強(qiáng)度1 000 V/cm，電脫鹽處理溫度為 140 ℃，注水比例 6%，破乳劑加入量 30～50 ppm，處理時間20 min。

（2） 中低溫煤焦油原料在最佳電脫鹽工藝條件下，煤焦油中鹽含量 19.73 mg/L降低到 12.96 mg/L，脫鹽量 34 %以上，水含量由 100%降低到13%，金屬的脫除量達(dá)27%以上，滿足后續(xù)加工過程需求。

（3） 電脫鹽對中低溫煤焦油中金屬Ca和Na的脫除量較高，金屬Fe的脫除量較低。

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Study on Desalination Technology of Moderate-low Temperature Coal Tar

LIU Shu –yan,WANG Xin,SUN Peng

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

TE 624

A

1671-0460（2017）09-1786-03

2017-07-15

劉紓言（1984-），女，遼寧省撫順市人，工程師，碩士，2010年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，研究方向：從事煉油助劑研發(fā)與評價工作。E-mail：liushuyan.fshy@sinopec.com。