煤焦油脱水技术进展综述

煤焦油脱水技术进展王力（西北民族大学化工学院化学工程与工艺2班，甘肃兰州 730124）【摘要】：本文介绍了煤焦油后序深加工前脱水的重要性，归纳总结了静置脱水、超速离心机脱水、间歇釜脱水、管式炉脱水、薄膜式脱水法、脱水塔法、加压脱水法等常用脱水方法的利弊，对微波法、超声波法、化学破乳法以及两种方法相联合进行破乳脱水的应用前景进行了展望。

【关键词】：煤焦油；脱水；乳状液；破乳；方法；Abstract This paper introduces the importance of dehydration, in order before the deep processing after coal tar.Summarizes the advantages and disadvantages of the commonly used method of dehydration such as the rest for dehydration、the speeding centrifuge dehydration、the batch reactor dehydration、the tubular furnace dehydration、the film type dehydration、the take off water tower method、the pressure dehydration and others，microwave method, ultrasonic method, chemical method and broken breast two method, a joint broken breast dehydration application prospect.Key word Coal tar;dehydration;emulsions; Broken breast; methods;煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中获得的油类产品。

在煤炼焦过程中，高温荒煤气用循环氨水喷洒和初冷器冷凝冷却加以回收的，另外采用高压氨水喷射法进行无烟装煤，因此焦油中含有大量的氨水。

煤焦油中的水分有四种存在状态[1]：（1）机械夹带水：即冷凝过程中水蒸气冷凝的水分，这种水分较易被除去；（2）乳化水：由于焦油中含有天然的界面活性物质作为乳化剂，在高温、高速搅动的作用下，使焦油和氨水发生乳化，形成油包水型（W/O）乳状液，需要加热才能除去；（3）化合水：即以分子的形式与酚类，吡啶盐基类化学结合而存在的水分。

含氧分子较多的分子结构在受热时可分解水，转变为机械夹带水、乳化水等形式存在；焦油含水分对其后序蒸馏操作产生许多不利影响。

主要有：（1）在间歇焦油蒸馏釜中，焦油含水多，将延长脱水时间而降低设备生产能力，增加能耗。

（2）在管式炉连续蒸馏系统中，若焦油含水多，会使系统压力显著提高，阻力增加，使操作制度打乱导致火灾；（3）伴随水分带入的腐蚀性物质，还会引起管道和设备的腐蚀，降低设备使用寿命。

煤焦油含水量对产品质量有其很大的影响，对其质量指标密度和黏度的明显较强。

基于上述原因，焦油加工前必须进行脱水处理才能蒸馏[2]。

本文综述了煤焦油脱水的常用技术和发展趋势。

1.煤焦油常用脱水的方法煤焦油脱水分为预脱水和最终脱水。

预脱水技术一般有加热静置法、超级离心法，最终脱水技术有管式炉脱水法、脱水塔法、加压脱水法、反应釜脱水法和薄层脱水法5 种[3]。

下面将一一叙述：1.1 煤焦油的预脱水1.1.1 加热静置法加热静置法的原理是在加热的条件下，焦油和水因密度不同而自然分层，一部分水从焦油中分离出来[6]。

用此方法可以除去一些水和杂质，使煤焦油均匀化。

含水焦油一般储存于3～4个焦油储槽，槽底和槽顶外壁分别设置有蒸汽加热器和带旋塞的排水口。

煤焦油用蒸汽间接加热到80～85℃后静置36 h，水和焦油因为相对密度不同而分离，分离水从上部排水口排出，焦油渣沉积在储槽底部。

若将焦油加热到90～95℃时脱水，有利于使乳化部分的水迅速地分离开来，静置脱水可使焦油中水分初步脱至2%～3%[4]；此法简单实用、投资小，但分离时间长，脱水效率低，且需定期人工清理焦油储罐的焦油渣。

1.1.2 采用超速离心机脱水离心法的原理是利用机械的离心力来破坏焦油的乳化液，以一种易于控制的方式有效的进行分离，从而使煤焦油水减少。

离心法仅能脱出乳化部分的水，煤焦油中的化合水则无法脱出，脱水的难易程度和焦油的预热温度有关，脱水后焦油的含水量可达1%。

离心机脱水未获得广泛应用，在于生产能力不够大，能耗却很大，并且需要经常检修维护[5]，效率高，占地小，油槽不需要人工处理且蒸汽耗量低，但投资大，运行维护费用高，仅使用于大型煤焦油加工企业。

1.2 煤焦油最终脱水焦油中以乳状液存在的游离水能用上述的方法进行分离，但是余下来的以化合状态存在的水分则无法脱去，焦油最终脱水的常用方法有以下几种[6]。

1.2.1 间歇釜脱水脱水釜用煤气加热，釜内的煤焦油焦油被加热至100 ℃以上，使水蒸发脱出。

蒸发出来的水汽、部分轻油及少量升华的萘，由釜顶升汽管引入冷凝冷却器，冷凝液经油水分离后，轻油入收集槽。

升汽管温度升到130 ℃时，最后脱水即完成，釜内焦油水分可降至0.5%以下[4]。

间歇釜脱水投资小、简单易用；效率低适合小型焦化厂的间歇焦油蒸馏系统，因此限制了它的应用范围。

1.2.2 管式炉脱水初步脱水的煤焦油送入管式加热炉连续加热到130 ℃左右，然后再送入蒸发器，焦油所含水分在蒸发器内被迅速汽化闪蒸，最终实现脱水目的。

此法可使焦油脱水至0. 3 %～0. 5 %以下，效率高。

目前，在我国大型冶金联合煤化工企业广泛使用，但缺点是管式炉加热所需要的能耗高[3]。

1.2.3 薄膜式脱水法此技术源于波兰煤化学研究所，薄膜式脱水法的脱水原理[3]：煤焦油沿着一根管子的内壁向下流动时，因焦油和管壁的摩擦力大于焦油内部的摩擦力，可使焦油形成薄膜状态流动。

当管外加热时，上部的温度低于下部的温度，焦油受热黏度逐渐减小，焦油粒子在薄膜内的流动改变，使得上下的膜厚产生差异，焦油内的水分就容易达到薄膜的表面上蒸发。

焦油进入脱水器后，经过导向溢流板而进入加热管中，然后流到底部收集室内，流出的温度约为130～135℃。

在脱水器的底部送入煤气，将水汽带走，含水分的煤气最好送到回收厂的初步冷却器入口，避免随水蒸发的轻油和萘损失。

设备的生产能力为1～2t/h焦油。

焦油的水分由10%～20%可降至0.2%～0.4%[6]。

1.2.4 脱水塔法采用常压脱水技术，原料与产品之间的换热，具有降低能耗的优点，适用于超大规模煤焦油集中加工企业，可使煤焦油脱水至0. 5 %以下。

粗焦油与脱水后加热的高温焦油混合进入脱水塔，塔顶用轻油作回流。

水与轻油形成共沸混合物由塔顶逸出，经冷凝冷却后流入分离器，分出水后的轻油返回至脱水塔。

此法焦油水分可脱至0.1%～0.2%[3]。

1.2.5 加压脱水法在专设的密闭分离器内，使焦油在加压（0.3～1.0MPa）和加热（130～135 ℃）的条件下对焦油进行脱水。

加压脱水法中水不会汽化，分离水以液态去除，降低能耗。

由于脱水温度的提高，使焦油和水乳化液能够很容易的破乳，使分离简单化。

该法可以使焦油含水量小于0.5%。

加压脱水法的显著特点在于不仅脱除了水分，同时也脱除了大部分腐蚀性铵盐[4]。

2.煤焦油脱水的新方法2.1 微波辐射脱水微波加热过程形成高频变化的电磁场，使极性分子产生偶极转向极化高速旋转，引起分子的剧烈运动与摩擦碰撞，使体系温度迅速升高，微波能转化为热能[7]。

在微波辐射下，极性的水分子和带电液珠将随电场的变化迅速转动或产生电荷位移，扰乱了液-液界面间电荷的有序排列，从而导致了双电层结构的破坏及Zeta 电位的急剧减小。

体系内部瞬间被加热，温度迅速升高，从而促进液珠的凝聚实现油水的迅速分层[8]。

水分子与界面的油分子吸收微波的能力存在较大差异，内相水滴吸收更多的能量而膨胀，使界面膜受内压变薄；另一方面，由于热传导作用水周围的稠油温度升高，界面膜中的油由于受热而溶解度增高，使得界面膜的机械强度变低而更容易破裂。

除此之外，微波形成的磁场还使非极性分子磁化，形成与油分子轴线成一定角度的蜗旋电场，该电场能减弱分子间的引力，降低油的黏度，从而增大油水的密度差。

这些作用都使得油水分子能有效地碰撞聚结，从而达到破乳、脱水的目的。

微波法在煤焦油脱水方面[9]，陈雪丽利用经改装后的家用微波炉作为微波加热源，并且对微波炉加热的均匀性进行了检验。

实验以焦油的脱水量为考察目标，对微波辐射焦油脱水的工艺条件进行了研究，考察了微波功率、焦油量、微波辐射时间、焦油含水量、回流溶剂及其用量等条件对脱水效果的影响，从而找到适宜的工艺条件，回流溶剂甲苯的用量为20 mL，功率选择中高火，即功率为260W，时间控制在50 s 左右，最重要的是可以降低焦油的黏度。

同时还将常规加热脱水与微波辐射脱水两种方法进行了比，认为微波辐射脱水效果比常规加热脱水效果好，而且缩短了脱水时间[6]。

目前，微波辐射破乳由于微波设备难以推广，所以目前仅限于实验研究使用[10]。

另外，微波辐射技术应用于乳状液破乳还有许多理论和技术问题尚未突破和解决，如微波破乳脱水的模型，微波与化学法耦合或协同破乳脱水的机理还不十分清楚，并且缺乏充分、有力的实验证据支持现有微波辐射破乳理论[6]。

2.1 超声辐射法超声波是一种在媒质中传播的弹性机械波，常用的超声波的频率为20～2 kHz，有的还认为一些低于20 kHz 的声波也属于超声应用范围[11]。

超声波破乳技术在含水原油污油破乳方面研究较多。

刘启兵[12]针对焦油乳状液的特点，进行了破乳、脱水方法的研究。

实验得出在化学试剂法中破乳剂SH9101 的破乳、脱水效率最高，非常适用于现有的生产工艺；超声波法脱水效率很高，是很有前途的破乳、脱水方法；将化学法和超声波法联合使用效率更高；但是目前，最好的方法为高速离心沉降法，可同时完成煤焦油的破乳、脱水和脱渣。

因为超声波在油和水中均具有良好的传导性，所以超声波破乳可适用于各种类型的破乳剂，采用超声波强化原油破乳技术可以使装置能够处理乳化严重的劣质油，使生产装置适应未来油品变化。

但是目前为止，该方法只是运用到实验室的研究，其应用工艺化还需要一定的时间[6]。

2.3 高效破乳法化学破乳法主要利用化学剂改变油水界面性质或界面膜的强度。

从结构上讲，破乳剂同时具有亲水亲油两种基团，亲油部分为碳氢基团，特别是长链的碳氢基团构成；亲油部分则由离子或非离子型的亲水基团所组成的。

比乳化剂具有更高的表面活性，更小的表面张力。