提高煤氣水分離重芳烴品質(zhì)的處理工作研究

閆玫霖，張汕

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引言

在加工和生產(chǎn)煤炭產(chǎn)品的過程中，通常會形成一定量煤氣水，含有大量的無機物及有機物的有毒物質(zhì)，對煤氣水進行處理的難度極大。經(jīng)專業(yè)人員分析，在煤氣水所含各類物質(zhì)中，占比最大的物質(zhì)為含塵重芳烴。重芳烴指的是分子量在二甲苯以上的芳烴，其來源以煤焦油、重整重芳烴還有裂解重芳烴為主，在制作炭黑、汽油以及石油樹脂等領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。如何做到快速且高效地分離煤氣水中所含的重芳烴，現(xiàn)已成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。

1 裝置介紹

眾所周知，加壓氣化爐所排出氣體的構(gòu)成相對復(fù)雜，通常包括吡啶、重芳烴等，這也為煤氣水的形成提供了條件[1]。作為煤炭化工行業(yè)特有名詞，煤氣水的來源相對廣泛。其一是氣化裝置，魯奇工藝強調(diào)通過氣化爐排出洗滌粗煤氣環(huán)節(jié)所形成的廢水。研究表明，氣化爐所形成煤氣水的占比約為50%，在運行期間還會形成大量焦油、粉塵和溶解氧。由此可見，對煤氣水進行處理的切入點通常是氣化爐。其二是變換裝置，該裝置負(fù)責(zé)對洗滌器內(nèi)粗煤氣進行處理。該環(huán)節(jié)所形成煤氣水占比約為30%，其成分以氨、油、脂肪酸以及粉塵為主。其三是高壓裝置，在高壓作用影響下，煤氣水將通過分離器到達冷卻器，冷卻和凝結(jié)期間所形成煤氣水的占比約為10%，其成分相對簡單。剩余環(huán)節(jié)所形成煤氣水的總占比為10%。經(jīng)專業(yè)人員分析，煤炭化工企業(yè)日常生產(chǎn)所形成煤氣水的成分并不固定，前期所形成煤氣水普遍含有酚類、循環(huán)水和粉塵，中期成分多為焦油、脂肪酸還有游離氨，后期占比較大的成分為脂肪酸及硫化氫。以往各企業(yè)多通過洗滌、冷卻等方式對煤氣水進行處理，傳統(tǒng)處理工藝所存在不足十分明顯。在強調(diào)綠色、環(huán)保和持續(xù)發(fā)展等理念的當(dāng)今社會，傳統(tǒng)工藝已逐漸退出歷史的舞臺，相應(yīng)地，可被用來分離煤氣水的裝置的種類及數(shù)量均較以往有所增多[2]。需要注意的是，對煤氣水進行分離的裝置，其所處理對象主要是變換冷卻裝置內(nèi)部含油煤氣水、含焦油煤氣水，還有煤氣化裝置內(nèi)部含塵煤氣水。即在冷卻煤氣水的前提下，通過對煤氣水所含固態(tài)多元烴、溶解氣以及固態(tài)重芳烴物質(zhì)進行分離的方式，獲得符合酚回收裝置要求的酚水，確保該裝置可長期處于穩(wěn)定、可靠的運行狀態(tài)，為企業(yè)乃至社會的發(fā)展助力。

2 煤氣水中重芳烴產(chǎn)生的途徑

專業(yè)人員指出，面向初焦油所布設(shè)分離裝置是含塵重芳烴的主要來源。這是因為在分離煤氣水的過程中，分離裝置往往會先將煤氣水運往第一沉降區(qū)，到達沉降區(qū)的煤氣水，通常會透過分離裝置環(huán)縫滲入第二沉降區(qū)，在此過程中，相對粘稠的重芳烴將下沉到裝置底部。該環(huán)節(jié)所分離重芳烴、油分離器所分離重芳烴均會通過相應(yīng)輸送泵到達三相離心機，由離心機負(fù)責(zé)進行更進一步的處理。對含塵重芳烴進行分離所得重芳烴，將沿現(xiàn)場所布設(shè)管線到達重芳烴槽。其中，重芳烴渣經(jīng)由排渣管線轉(zhuǎn)移到指定區(qū)域，由工作人員裝車并進行外運，與此同時，煤氣水將沿排液管線被盡數(shù)運往焦油污水槽[3]。重芳烴則通過分離器被排出，在自身重力的作用下，順利到達重芳烴槽，再經(jīng)由重芳烴泵被運往灌區(qū)并投入使用。研究表明，要想避免分離水煤氣水的工作出現(xiàn)安全風(fēng)險，關(guān)鍵是要嚴(yán)格控制分離裝置底部重芳烴的整體黏稠度，通過在底部外部增設(shè)盤管蒸汽、直通蒸汽的方式，確保其具有理想的流動性。

3 重芳烴處理方法研究

含塵重芳烴的主要成分是重芳烴、煤塵，考慮到該物質(zhì)既不具備流動性，又具有黏稠度高的特點，對其進行處理的難度往往極大。

3.1 裝車外運

對煤氣水進行分離時，工作人員所遇到難點如下：其一，排放氣。貯槽、分離器對煤氣水做減壓閃蒸處理期間，通常會形成一定量閃蒸氣，該氣體含有CO、CH4等有害、有毒成分。常規(guī)處理方案往往選擇直接排出未經(jīng)處理的排放氣，該做法不僅會污染附近環(huán)境，使廠區(qū)空氣質(zhì)量受到影響，還有極大概率出現(xiàn)排放氣冒出的情況，這是因為常規(guī)方案所使用漏斗為敞口漏斗，不具備良好的密封性。其二，含煤焦油。運行過程中，偶爾會出現(xiàn)氣化爐燃燒不充分所形成煤粉混入煤氣水系統(tǒng)的情況，若工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)并處理該問題，便會增加分離器、冷卻器或是回收器堵塞的概率。一旦換熱器被堵塞，膨脹器內(nèi)煤氣水的溫度就會受到影響，進而發(fā)生乳化等問題，加之現(xiàn)有分離器并不具備快速、高效分離乳化煤氣水的功能，極易致使乳化煤氣水大量進入后系統(tǒng)，不僅包括酚回收裝置在內(nèi)的多個裝置會受到影響，對酚類物質(zhì)進行萃取的質(zhì)量與效率也會出現(xiàn)不同程度地降低。分離器堵塞所帶來問題，主要是底部錐體內(nèi)堆積煤塵量持續(xù)增加，進而堵塞排放管線，導(dǎo)致攪拌器無法正常運行，分離器內(nèi)預(yù)留分離空間不斷被壓縮，經(jīng)過處理的物質(zhì)，極易出現(xiàn)含油量超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況。

綜上，含塵重芳烴往往會聚集在分離裝置底部，如果工作人員未能做到定期處理及排放，將使設(shè)備發(fā)生攪拌零件損毀、運輸通路堵塞等問題概率大幅提高[4]。為解決該問題，相關(guān)人員提出以下方案：在處理重芳烴的過程中，定期對含塵重芳烴進行裝車，將其運送到熱電鍋爐內(nèi)，為鍋爐充分燃燒提供支持。需要注意的是，該方案并不能夠達到對重芳烴進行深入處理的效果，這是因為本文所討論含塵重芳烴往往含有大量煤塵，在未經(jīng)處理的情況下，對該類重芳烴進行焚燒，不僅無法保證其得到充分利用，還會給附近環(huán)境造成嚴(yán)重污染，其社會效益、經(jīng)濟效益均難以得到保證。

3.2 沉淀池沉淀

該方案先要由工作人員通過運輸車將含塵重芳烴盡快轉(zhuǎn)移至沉淀池，再對池內(nèi)物質(zhì)進行靜置及沉淀，上層重芳烴往往經(jīng)由輸送泵被送往膨脹器，按照處理方案所提出要求進行循環(huán)處理，下沉重芳烴可利用運輸車送至熱電鍋爐內(nèi)，作為熱電裝置的燃料加以使用。雖然該方案能夠達到循環(huán)利用重芳烴的要求，但仍然存在諸多尚未解決的問題，例如，由于重芳烴粘稠度較高，極易堵塞輸送泵及輸送管線，對堵塞部分進行疏通的難度較大，無法保證項目取得理想的經(jīng)濟效益，物質(zhì)利用率偏低，處理步驟繁瑣且工作量極大，裝車環(huán)節(jié)極易給附近環(huán)境、現(xiàn)場地面造成污染等。

3.3 離心機分離

對煤氣水進行分離需要經(jīng)過以下步驟：首先，收集煤氣水，對其進行洗滌并冷卻，確保輕油、焦油得到有效分離。考慮到該環(huán)節(jié)可重復(fù)展開，化工企業(yè)往往會引入魯奇爐或類似設(shè)備，確保煤氣水所含粉塵和其他雜質(zhì)能夠得到最大程度地分離。其次，通過高壓處理+高溫處理的方式，分離剩余煤氣水，該環(huán)節(jié)的作用主要是回收氨、酚，為后續(xù)的生化處理提供便利。再次，待回收有機物質(zhì)的環(huán)節(jié)告一段落，便可通過沉淀、活性炭吸附等方式，對煤氣水進行處理，將其給附近環(huán)境所造成不良影響降至最低。最后，由專業(yè)人員觀察并化驗廢水，判斷廢水是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)，對于符合標(biāo)準(zhǔn)的廢水，可直接排入附近河道。

近幾年，諸多企業(yè)選擇引入三相離心機，強調(diào)利用離心機系統(tǒng)且高效的處理重芳烴，其工作原理如下：先將固相、液相注入離心機，再憑借離心力場，對固相、液相進行擴大，確保固相能夠盡數(shù)沉降，與此同時，液相的層次也會變得更加清晰。在完成三相分離后，利用特殊設(shè)備將分離所得物質(zhì)排出離心機內(nèi)部。其特點在于進料過程、分離過程無縫銜接，通常不需要手動操控。實驗證實，在正常工況下，含塵重芳烴均會在自身重力的影響下，下沉到裝置底部所增設(shè)錐體內(nèi)，隨后，再通過泵送的方式，確保重芳烴能夠被快速轉(zhuǎn)移至離心裝置內(nèi)部，在此過程中，一部分高密度重芳烴會在離心力的作用下，沉降至對應(yīng)轉(zhuǎn)鼓壁的表面[5]。

目前，市面上常見三相離心機，均可被拆分成轉(zhuǎn)鼓、葉片、電機和變頻器等部分，其中，轉(zhuǎn)鼓采用雙錐角轉(zhuǎn)鼓，其內(nèi)壁表面設(shè)有凹凸槽，可保證螺旋輸送固相等操作按照計劃進行。葉片表面均勻覆蓋著硬質(zhì)合金，其作用是為葉片提供全方位保護，最大程度延長葉片壽命。設(shè)備電機由變頻器進行控制，工作人員可視情況對電機頻率進行更改。主變頻器負(fù)責(zé)向副變頻器提供運行所需電能，這樣設(shè)計的優(yōu)點是可保證電能得到充分利用。在對其加以使用前，先要了解以下內(nèi)容：在利用進料泵將計劃分離的物料轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部后，物料將受到轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生離心力影響，致使固相顆粒迅速沉降至轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)部，考慮到轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、螺旋轉(zhuǎn)速往往存在一定差異，二者間極易形成相對運動，促使高密度固體得到高效分離與沉降。在此過程中，具有不同密度的清液始終以同心圓柱的形態(tài)存在，其中，輕質(zhì)液相位于圓柱內(nèi)層，重質(zhì)液相位于圓柱外層。工作人員可利用調(diào)液板對各液體環(huán)厚度進行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)筒壁表面所沉積固體渣，將經(jīng)由輸送器被運送到錐體端并進入積料箱，油、水可從對應(yīng)出口被排出，進料和出料環(huán)節(jié)均不需要工作人員干預(yù)。

事實證明，三相離心機內(nèi)置的分離系統(tǒng)，在對含塵重芳烴進行分離處理方面，具有極為突出的表現(xiàn)，可確保經(jīng)過處理的重芳烴被運往罐區(qū)并直銷。煤氣水則會被運回分離裝置，進入下一個循環(huán)，在循環(huán)處理煤氣水的過程中，該設(shè)備可自行對煤粉、高熱值膠粉進行融合，進而形成具有使用價值的成型煤。實踐結(jié)果表明，該方案具有操作簡單、流程短和成本較低的優(yōu)點，符合當(dāng)今社會所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保理念，在經(jīng)濟效益、社會效益等方面，均有極為突出的表現(xiàn)，加之該方案回收企業(yè)所投入資金的速度極快，現(xiàn)已在煤炭化工行業(yè)得到了大力推廣和廣泛運用。

4 重芳烴處理效果說明

分離煤氣水的過程相對復(fù)雜，包含多道預(yù)處理工藝，要想使分離處理的效果達到預(yù)期，關(guān)鍵是要以回收產(chǎn)品為依據(jù)，對處理方案和工藝加以確定。例如，化肥廠需要著重分離煤氣水所含液體油和焦油，通過凈化的方式，確保分離后物質(zhì)能夠得到充分利用。在前期準(zhǔn)備階段，既要對煤氣水進行冷卻并沉淀，還要采取高溫及高壓預(yù)處理工藝，這是因為分離煤氣水的效果極易被溫度、壓力所影響，只有溫度適宜，才能使脂肪酸、油類有機物得到有效處理，而壓力的影響主要體現(xiàn)在飽和度、沉淀速率等方面。在將氣化爐內(nèi)煤氣水向變換裝置進行轉(zhuǎn)移期間，酌情提高反應(yīng)壓力，可使分離速度及效果得到改善，要想使焦油、液態(tài)水得到有效分離，則需要將環(huán)境溫度由初始的180 ℃調(diào)整為160 ℃。由此可見，分離煤氣水的工作往往分為三步：首先是閃蒸。強調(diào)以減小壓力為前提，通過膨脹的方式使煤氣水既有氣相分壓處于平衡狀態(tài)，待外界溫度上升到預(yù)設(shè)溫度，液體所含氣體就會得到分離，達到液氣分離的效果[6]。其次是沉淀。該環(huán)節(jié)強調(diào)利用固液密度不同這一特征，對固體、液體進行分離，使焦油得到有效回收。最后是隔油。簡單來說，就是過濾煤氣水所含焦油、其他輕質(zhì)物質(zhì)，達到回收的最終目的。

在很長一段時間內(nèi)，某企業(yè)均通過裝車外運+間斷排放的方式，對重芳烴進行處理，考慮到重芳烴含有過多煤粉，無法直接進行銷售，故管理層決定對處理方案進行調(diào)整。新方案如下：利用三相離心機對分離器底部所堆積重芳烴進行及時且高效的分離，確保分離所得煤氣水能夠被運回分離器，由分離器進行更進一步的分離處理，焦油將被轉(zhuǎn)移到焦油槽，通過泵送的方式到達罐區(qū)并外售，分離所得廢渣將直接裝車，被運送到指定區(qū)域，連同粉煤一起進行燃燒。在此過程中，離心機的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面，一是可被用來對純焦油進行分離，通過對處理流程進行簡化的方式，使經(jīng)濟效益最大程度接近預(yù)期，二是使裝車環(huán)節(jié)重芳烴外排的問題迎刃而解，相關(guān)工序給環(huán)境所造成污染也能夠被降到最低。

該企業(yè)先后購入四臺三相離心機，截至目前，離心機運行總時長已達到4 000 h，含塵重芳烴的處理量約為24 000 t，分離所得焦粉、重芳烴各方面性質(zhì)均與行業(yè)要求相符，真正做到了零排放。在檢修離心機或相關(guān)裝置期間，工作人員可將重芳烴轉(zhuǎn)移到沉淀池，通過沉淀的方式進行相應(yīng)處理，各項指標(biāo)如表1和表2所示。

表1 分離器進料指標(biāo)

表2 分離器出料指標(biāo)

在利用分離器對煤氣水進行處理期間，有以下幾方面內(nèi)容需要引起重視：

其一，理論上說，分離器運行壓力應(yīng)在0.6～3.0 kPa 間，對應(yīng)溫度以120 ℃為最佳，實際工作中，考慮到多方面因素的影響，工作人員通常會將分離壓力設(shè)定在0.6～1.5 kPa這一范圍，對應(yīng)溫度則在70℃左右。

其二，理想狀態(tài)下，過濾器運行壓力應(yīng)控制在800 kPa左右，運行溫度以100 ℃為最佳。對其加以使用時，工作人員往往會視情況對壓力、溫度進行調(diào)整，該企業(yè)便將分離壓力調(diào)整至380 kPa，對應(yīng)溫度則處于36.5～37.5 ℃間。上述設(shè)備均為分離煤氣水的常規(guī)設(shè)備，經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，相關(guān)設(shè)備也得到了全面升級，以均化器、膨脹器為代表的新型設(shè)備逐漸得到了廣泛運用，對新型設(shè)備加以運用期間，工作人員同樣應(yīng)當(dāng)做到以項目需求為依據(jù)，對各項參數(shù)進行設(shè)定。

其三，先對初焦油和最終油所用分離器排放出的氣體進行收集，再經(jīng)由既有管線，將排放氣統(tǒng)一轉(zhuǎn)移到氣化火炬內(nèi)，通過燃燒處理的方式，將排放氣給外界環(huán)境所造成污染降至最低。

除此之外，在處理含煤粉重芳烴時，工作人員應(yīng)避免在換熱器運行期間開啟旁路，以免列管內(nèi)堆積大量煤塵。定期清理冷卻器底部，通過將下封頭重組分轉(zhuǎn)移到對應(yīng)污水槽內(nèi)的方式，將冷卻器發(fā)生堵塞或類似問題的概率降至最低。在每天的同一時間，對初焦油所使用分離器內(nèi)部含塵重芳烴進行排放，控制煤塵堆積量。

5 結(jié)語

通過上文的分析不難看出，傳統(tǒng)的裝車外運、沉淀池沉淀不僅需要消耗大量資源，還會給附近環(huán)境造成污染，隨著三相離心機的加入，傳統(tǒng)方案所存在問題迎刃而解。該方案所強調(diào)重點是利用離心機，分別對重芳烴、脫水所得煤粉加以處理，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：一是能夠嚴(yán)格控制分離處理期間重芳烴給環(huán)境產(chǎn)生的影響；二是可為企業(yè)帶來更加可觀的收入。在強調(diào)綠色環(huán)保的當(dāng)下，對該方案進行推廣是大勢所趨，各企業(yè)可參考該方案對處理煤氣水的工藝進行調(diào)整，此舉既能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，還對煤炭化工行業(yè)今后的持續(xù)發(fā)展具有重大意義，應(yīng)對此引起重視。