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(tài)，這一混合物是有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)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(yè)加工過程中出現(xiàn)的工業(yè)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(yè)為基礎的化工企業(yè)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(jù)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(fā)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(yè)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(yè)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(shù)時候都具有“三高”的特點，這些廢水不能通過常規(guī)處理直接排放，會污染環(huán)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?shù)膹V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?yōu)橐簯B(tài)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(huán)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(yè)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(huán)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(xiàn)膨脹，減少氣水蒸氣平衡，隨著溫度的快速上升，溶解于液態(tài)的氣體將轉變成氣象狀態(tài)，其過程是實現(xiàn)氣液分離；同樣，沉淀法也是要實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)展，國內在煤氣水分離過程中逐漸出現(xiàn)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(jù)分離工藝的方向來設定參數(shù)。

三、結束語

煤氣水分離是伴隨著煤炭化工工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的，隨著資源利用和環(huán)境保護的重要性提升，在未來的發(fā)展中也會占據(jù)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(fā)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(fā)生作用；如果要對氣體的控制實現(xiàn)最佳狀態(tài)，就必須要實現(xiàn)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(tài)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(xù)填料回收輕質油，這一過程在很多工藝環(huán)節(jié)中容易忘記。油聚集成為凝結狀態(tài)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(yè)的發(fā)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(yōu)化又是對環(huán)境保護的重要舉措，是對資源重新利用和環(huán)境保護的重要工業(yè)，需要對此產業(yè)大力的發(fā)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(huán)保，2014，04：214-217.endprint