煤焦油脫水設備

煤焦油脫水設備(Coal tar dehydration equipment)是指一種用於煤焦油脫水的專用設備。在煤煉焦過程中，高溫荒煤氣在橋管部位用循環氨水進行冷卻，另外採用高壓氨水噴射法進行無煙裝煤，因此焦油中含有大量的氨水。

基本介紹

• 中文名：煤焦油脫水設備
• 外文名：Coal tar dehydration equipment
• 學科：煉焦化工
• 領域：煤焦油
• 釋義 ：一種用於煤焦油脫水的專用設備
• 原因：焦油中含有大量的氨水

簡介

煤焦油脫水設備(Coal tar dehydration equipment)是指一種用於煤焦油脫水的專用設備。在煤煉焦過程中，高溫荒煤氣在橋管部位用循環氨水進行冷卻，另外採用高壓氨水噴射法進行無煙裝煤，因此焦油中含有大量的氨水。

煤焦油中的水分的存在狀態

煤焦油中的水分有三種存在狀態：

（1）機械夾帶水：即冷凝過程中水蒸氣冷凝的水分，這種水分較易被除去；

（2）乳化水：由於焦油中含有天然的界面活性物質如瀝青質、膠質、喹啉類極性物質、煤粉、游離炭等作為乳化劑，在高溫、高速攪動的作用下，使焦油和氨水發生乳化，形成油包水型（W/O）乳狀液，需要加熱才能除去；

（3）化合水：即以分子的形式與酚類，吡啶鹽基類化學結合而存在的水分。

焦油含較多水分對其蒸餾操作產生許多不利影響。主要有：

（1）在間歇焦油蒸餾釜中，焦油含水多，將延長脫水時間而降低設備生產能力，增加耗熱量。特別是水能在焦油中形成穩定的乳濁液，受熱時，形成乳濁液小水滴，開始不能立即蒸發而過熱，當溫度繼續升高時，水滴急劇蒸發，造成突然沸騰而發生沖油事故。為了防止這類的事故發生，在脫水期間必須緩慢加熱，因此就延長了蒸餾時間。

（2）在管式爐連續蒸餾系統中，若焦油含水多，會使系統壓力顯著提高，阻力增加，打亂操作制度。此時，必須降低焦油處理量，否則會因高壓引起管道設備破裂導致火災；

（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。

煤焦油脫水的常用方法

1.煤焦油初步脫水

（1）靜置脫水

加熱靜置法的原理是在加熱的條件下，焦油和水因密度不同而自然分層，一部分水從焦油中分離出來。用此方法可以除去一些水分和雜質，使煤焦油均勻化。

在焦油貯槽內加熱靜置脫水，焦油溫度維持在70～80 ℃，經靜置36 h 以上。若將焦油加熱到90～95 ℃時脫水，有利於使乳化部分的水迅速地分離開來，但溫度過高時，容易造成輕油的損失和萘的蒸發。靜置脫水可使焦油中水分初步脫至2%～3%。這一方法獲得了廣泛的套用，但其缺點是儲槽所占的地面很大。

（2）採用超速離心機脫水

離心法的原理是利用機械的離心力來破壞焦油的乳化液，從而使煤焦油的含水量減少。這種操作僅能除去焦油中乳化部分的懸浮水，焦油中的化合水則無法脫出，脫水的難易程度和焦油的預熱溫度有關，脫水後焦油的含水量可達1%。離心機脫水未獲得廣泛套用，原因在於生產能力不夠大，僅為1～4 t/h，而功率消耗卻很大，並且需要經常檢修維護。

煤焦油最終脫水

焦油中以乳狀液存在的游離水能用上述的方法進行分離，但是餘下來的以化合狀態存在的水分則無法脫去，焦油最終脫水的常用方法有以下幾種。

1.間歇釜脫水

脫水釜用煤氣加熱，釜內裝入的焦油被加熱至100 ℃以上，使水蒸發脫出。蒸發出來的水汽、部分輕油及少量升華的萘，由釜頂升汽管引入冷凝冷卻器，冷凝液經油水分離後，輕油入收集槽。升汽管溫度升到130 ℃時，最後脫水即完成，釜內焦油水分可降至0.5%以下。間歇釜脫水僅適合小型焦化廠的間歇焦油蒸餾系統，因此限制了它的套用範圍。

2.管式爐脫水

經初步脫水後的焦油用泵送入管式爐，連續加熱至130 ℃，然後送入蒸發器，脫去部分輕油和水。此時，含水量降至0.3%～0.5%的焦油，自動流入無水焦油槽，再用泵送往間歇蒸餾釜。由蒸發器頂逸出的輕油和水蒸氣進入冷凝冷卻器，冷凝液流入油水分離器，經分離後，分出的氨水排入酚水系統，輕油則進入輕油槽。

連續式焦油蒸餾系統及大型間歇蒸餾系統中應採用管式爐加熱進行焦油脫水。但這種操作是不經濟的，能耗量很大。使用綜合焦油加熱和脫水操作的管式爐，脫水所需的熱量由輻射段加熱後的廢氣來供給，使加熱爐的熱效率顯著地提高了。在我國焦化企業廣泛使用，但缺點是管式爐加熱所需要的能耗高。

3.薄膜式脫水法

此技術源於波蘭煤化學研究所，薄膜式脫水法的脫水原理：焦油沿著一根管子的內壁向下流動時，由於焦油和管壁的摩擦力大於焦油內部的摩擦力，可使焦油形成薄膜狀態流動。管外利用蒸汽加熱，因為上部的溫度低於下部的溫度，焦油受熱黏度逐漸減小，改進了焦油粒子在薄膜內的流動，因此上部膜較厚而下部膜較薄，焦油內的水分就容易達到薄膜的表面上蒸發。

焦油進入脫水器後，經過導向溢流板而進入加熱管中，然後流到底部收集室內，流出的溫度約為130～135 ℃。為了促進焦油中水汽的蒸發，在脫水器的底部送入煤氣，將水汽帶走，含水分的煤氣最好送到回收廠的初步冷卻器入口，避免隨水蒸發的輕油和萘損失。設備的生產能力為1～2 t/h 焦油。焦油的水分由10%～20%可降至0.2%～0.4%。

4.脫水塔法

英國有採用輕油共沸連續脫水的方法。粗焦油與脫水後經換熱和預熱的高溫焦油混合進入脫水塔，塔頂用輕油作回流。水與輕油形成共沸混合物由塔頂逸出，經冷凝冷卻後流入分離器，分出水後的輕油返回至脫水塔。此法焦油水分可脫至0.1%～0.2%。

5.加壓脫水法

日本採用加壓脫水的方法。在加壓（0.3～1.0MPa）和加熱（130～135℃）的條件下對焦油進行脫水。加壓脫水法的優點是水不會汽化，分離水以液態排出，節省了水汽化所需的潛熱，降低了能耗。同時由於脫水溫度的提高，焦油黏度降低，易於使焦油和水乳化液破乳，便於分離焦油與水。採用該法可以使焦油含水量小於0.5%。加壓脫水的顯著優點在於不僅脫除了水分，同時也脫除了大部分腐蝕性銨鹽。

微波輻射脫水

微波加熱過程形成高頻變化的電磁場，使極性分子高速旋轉，破壞了油包水界面膜的Zeta電位；當水（油）分子失去Zeta電位的作用後，碰撞聚結使得油水分離。同時，一方面，由於水分子吸收微波的能力比界面膜的油分子吸收能力強，則內相水滴吸收更多的能量而膨脹，使界面膜受內壓變薄。

另一方面，由於熱傳導作用水周圍的稠油溫度升高，界面膜中的油由於受熱而溶解度增高，使得界面膜的機械強度變低而更容易破裂。除此之外，微波形成的磁場還使非極性分子磁化，形成與油分子軸線成一定角度的蝸旋電場，該電場能減弱分子間的引力，降低油的黏度，從而增大油水的密度差。這些作用都使得油水分子能有效地碰撞聚結，從而達到破乳、脫水的目的。

微波法在煤焦油脫水方面，利用經改裝後的家用微波爐作為微波加熱源，並且對微波爐加熱的均勻性進行了檢驗。實驗以焦油的脫水量為考察目標，對微波輻射焦油脫水的工藝條件進行了研究，考察了微波功率、焦油量、微波輻射時間、焦油含水量、回流溶劑及其用量等條件對脫水效果的影響，從而找到適宜的工藝條件，回流溶劑甲苯的用量為20 mL，功率選擇中高火，即功率為260W，時間控制在50 s 左右，最重要的是可以降低焦油的黏度。同時還將常規加熱脫水與微波輻射脫水兩種方法進行了比，認為微波輻射脫水效果比常規加熱脫水效果好，而且縮短了脫水時間。

微波輻射技術套用於乳狀液破乳還有許多理論和技術問題尚未突破和解決，如微波破乳脫水的模型，微波與化學法耦合或協同破乳脫水的機理還不十分清楚，並且缺乏充分、有力的實驗證據支持現有微波輻射破乳理論。特別是對微波輻射破乳的非熱效應的認識還不夠，無法表述它的作用過程和作用機理。

超聲輻射法

超音波是一種在媒質中傳播的彈性機械波，常用的超音波的頻率為20～2kHz，有的還認為一些低於20kHz的聲波也屬於超聲套用範圍。超音波破乳技術在含水原油污油破乳方面研究較多，將含水原油在55℃時輻照10 min，靜置沉降脫水，超聲輻照法比自然沉降法、化學破乳法、超聲輻照+化學破乳法脫出水含油量均有大幅度降低。針對石化污油進行了超音波破乳脫水實驗，可以脫除污油中80%的游離水，當加入破乳劑後超音波的處理效果更加明顯。

在實驗室利用超音波對煉油廠含水5.4%的污油進行了破乳脫水試驗，超音波對污油脫水作用非常明顯，在破乳劑用量和溫度均相同的條件下，超聲輻射污油脫水量與單純熱沉降相比可提高2倍左右；溫度是乳化污油脫水的敏感因素；超音波的聲強對污油脫量有直接影響；破乳劑用量對污油脫水也有很大的影響。分析了超聲強化原油預處理工藝中的影響因素，超聲頻率為10kHz的處理效果比20kHz好；當超音波功率和電場強度增加，均可提高原油的脫水脫鹽效率，當超音波功率為 150W、電場強度為1.2kV/cm時，原油的脫水脫鹽效果最佳。

針對焦油乳狀液的特點，進行了破乳、脫水方法的研究。實驗得出在化學試劑法中破乳劑SH9101的破乳、脫水效率最高，非常適用於現有的生產工藝；超音波法脫水效率很高，是很有前途的破乳、脫水方法；將化學法和超音波法聯合使用效率更高；但是最好的方法為高速離心沉降法，可同時完成煤焦油的破乳、脫水和脫渣。

由於超音波在油和水中均具有良好的傳導性，所以超音波破乳可適用於各種類型的破乳劑，採用超音波強化原油破乳技術可以使裝置能夠處理乳化嚴重的劣質油，使生產裝置適應未來油品變化。但是該方法只是運用到實驗室的研究，其套用工藝化還需要一定的時間。

高效破乳法

化學破乳法是近年來套用較廣的一種破乳方法，主要利用化學劑改變油水界面性質或界面膜的強度。從結構上講，破乳劑同時具有親水親油兩種基團，親油部分為碳氫基團，特別是長鏈的碳氫基團構成；親油部分則由離子或非離子型的親水基團所組成的。比乳化劑具有更高的表面活性，更小的表面張力。使用極少量便能有效快速地脫去原油中的水份；低溫破乳，通常不需加電場，可以節省熱能，降低生產成本；快速破乳，可以提高設備處理效率；擴大破乳劑的使用範圍，以克服破乳劑的專一性，可用於乳狀液穩定性各不相同的溶液。

總結

常用的煤焦油脫水方法中，靜置脫水法脫水時間較長，管式爐加熱法脫水能耗較高，採用微波輻射法、超音波輻射法和化學破乳劑破乳法進行脫水，甚至還可以同時採用幾種方法聯合破乳，這樣可以大大提高破乳效果，加速油水分離，縮短時間，節省能源。這也是未來焦油脫水的發展方向，其套用前景和經濟效益十分可觀。