低温煤焦油破乳脱水研究(1)

１ Fra Baidu bibliotek验部分
１． １ 原料 实验原料为取自某兰炭厂的低温煤焦油 ， 其性质 由表 １ 可知 ， 原料焦油的含水量为 １ 见表 １ ． ０ ％ 左右， 沥青质和胶质含量都较高， 分别为４ １ ． ８ ８ ％和３ ２ ． ４ ９ ％．
表 １ 原料煤焦油的性质 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｐ ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｗ ｃ ｏ ａ ｌ ｔ ａ ｒ ｐ
表 ２ 实验条件 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ２ Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ
Ｄ ｅ ｍ ｕ ｌ ｓ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ Ｓ Ｐ １ ６ ９ Ｓ Ｐ １ ６ ９Ⅰ ＡＥ ＤＨ Ｓ ａ ｎ ８ ０ ｐ Ｔｗ ｅ ｅ ｎ ８ ０ Ｏ Ｐ ０ －１ Ｃ ａ １ ７Ｈ ３ ３ＣＯＯＮ Ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ／ Ｄ ｏ ｓ ａ ｅ／ Ｓ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｉ ｎ ｇ ｇ ｇ Ｓ ｇ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｙ／ ｇ ·ｍ ｉ ｍ ｅ／ｍ ｔ ｉ ｍ ｅ／ｍ ｉ ｎ（ ｉ ｎ １ ０－６ ｔ ｒ ｉ ｎ－１） －２） ／ （ · ｔ ｉ ｍ ｅ ｍ ｉ ｎ Ｗ ｃ ｍ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ １ ０ １ ５ ２ ０ ５ ０ １ ０ ０ １ ５ ０ ２ ０ ０ ０． １ ６ ０． ２ ０ ０． ２ ４ ０． ２ ８ ０． ３ ２ ０． ３ ６ ０． ４ ０ １ ２ ３ ４ ５ ５ １ ０ １ ５ ２ ０ ２ ５
２ 结果与讨论
２． １ 低温煤焦油乳化现象分析 沥青 质 和 胶 质 的 定 义 起 源 于 石 油 化 工 ， 一般把 石油中不溶于小分子正构烷烃而溶于苯的非烃类物
／ 间接触导致 Ｗ 原生沥青质和 Ｏ 型 乳 状 液 的 形 成． 胶质是低温煤焦油乳状液中起关键作用的天然表面 活性剂 ， Ｊ ｏ ｈ ａ ｎ ｅ ｔ ａ ｌ
［ ４， ５］
在 研 究 原 油 稳 定 性 时 发 现，
活性组分的元素组 成 与 沥 青 质 极 为 相 似 ， 用从原油 中分离出的界面活性组分配制的模拟乳状液与真实 去 原油乳状液的稳定 性 之 间 存 在 很 好 的 对 应 关 系 ， 除了界面活性组分的原油很难再形成稳定的原油乳 状液 ． 当以低温煤焦油为原料制备化工产品时 ， 油滴 温度继 中包含的水不能及 时 蒸 发 而 处 于 过 热 状 态 ， 续升高时 ， 这些水 急 剧 蒸 发 ， 使 系 统 压 力 显 著 增 加， 带来一系列安全隐患 ． 因此 ， 为了更好地利用低温煤 焦油 ， 其水分必须 脱 除 ． 在 传 统 脱 水 方 法 中， 加热静 效 率 低， 加 压 脱 水 投 资 大， 离心只能 置脱水耗时长 ， 脱除游离水 ， 管式炉脱水能耗较高 ． 化学破乳法是近 年发展起来的脱水新方法 ， 在原油脱水中应用较广 ， 现有破乳剂都是针 对 原 油 性 质 而 合 成 的 ． 破乳剂专 一性较强 ， 且煤焦油和原油性质有所差异 ， 因此将化 学破乳法应用于煤焦油脱水 ， 效果不能令人满意 ． 超 声波在原油破乳脱 水 中 的 应 用 也 较 为 广 泛 ， 且效果 但其在煤焦油脱水中的应用鲜有报道 ． 本研究 较好 ， ＊
第 ４ 期 王芳杰等 低温煤焦油破乳脱水研究
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积． 将１ 在上 ０ ０ｍ Ｌ 原料低温煤焦油倒入具塞量筒中 ， 述相同条件下沉降 ， 记录不同时间析出的水体积 ．
是对常规破乳剂进行交联改性得到的油溶性高分子 量破乳 剂 ， Ｓ ａ ｎ ８ ０， Ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ８ ０和 Ｏ Ｐ １ ０为非离子型 － ｐ 乳化剂 ， 油酸钠为 阴 离 子 型 乳 化 剂 ． 取５ ０ｇ 除 去 游 在８ 离水的低温煤焦油乳状液 ， ０ ℃ 恒温水浴中恒温 分别 加 入 不 同 种 破 乳 剂， 破乳剂在煤焦 ３ ０ｍ ｉ ｎ后， －６ －６ ， 油中的 四 种 浓 度 为 ： １ ０ ０×１ ０ ， ２ ０ ０×１ ０ ３ ０ ０×
） 国家自然科学基金资助项目 （ Ｕ １ ２ ６ １ ２ １ ３ ． ）博士生 ； ）博士 、 ）学士 ； ）博士 、 讲师 ； 教授 ， 中国矿业大学 （ 北京 ） 化学与环境工程学院 ， １ ２ ３ ４ １ ０ ０ ０ ８ ３ 北京 ； 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ ２ １ ２ ０ ５ ２ ０ １ ２ ０ ２ ２ ５ － － － －
煤 炭 转 化 第３ ６卷 第４期 ｏ ． ４ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６ Ｎ ２ ０ １ ３年１ ０月 Ｃ ＯＡ Ｌ Ｃ ＯＮＶ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ ＯＮ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
低温煤焦油破乳脱水研究
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王芳杰１） 张 书２） 任浩华１） 许 鹏３） 林 雄 超２） 王永 刚４）
研究了低温煤焦油 的 乳 化 现 象 ， 综 合 采 用 加 热 静 置、 添加 摘 要 以 某 种低温煤焦油为 原料 ， 破乳剂、 搅拌 、 超 声 以 及 离 心 处 理 等 破 乳 方法 对低温煤焦油进 行 脱 水 ， 分析比较了各种方法的脱水 ， 效果， 获 得 了 优化 的 脱 水 实 验 条 件 ． 其 结 果 为： 在８ 破 乳 剂 ＤＨ 投 加 ３ ０ ℃恒温静置３ ０ｍ ｉ ｎ ０ ０×
２ ２ ２ ２ ／ ， ／ ， ／ ， ／ ０． ２Ｗ ｃ ｍ ０． ２ ８Ｗ ｃ ｍ ０． ３ ６Ｗ ｃ ｍ ０． ４Ｗ ｃ ｍ ， ， 的超声波分别处理 １ｍ 将乳 ｉ ｎ ２ｍ ｉ ｎ， ３ｍ ｉ ｎ， ４ｍ ｉ ｎ
图 １ 低温煤焦油样品分离流程 ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｔ ａ ｒ ｐ ｇ ｐ ｐ
， 状液倒入 ５ 记录 ０ｍ Ｌ 的具塞量筒中沉降１ ５ ０ｍ ｉ ｎ 以析 出 水 占 总 水 相 的 体 积 分 数 表 示 析出的水体积 ， 脱水率 ． １． ３． ４ 离 心 将前几步优化条件下制备的乳状液小心倒入离 ／ 心管中 ， 用５ ０ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ 的速度对其分别进行离心处 ， ， ， ， ， 倒入５ 理 ３ｍ ｉ ｎ ５ｍ ｉ ｎ １ ０ｍ ｉ ｎ １ ５ｍ ｉ ｎ ２ ０ｍ ｉ ｎ ０ｍ Ｌ ， 的具塞量筒中沉降 １ 记 录 析 出 的 水 体 积， 以 ５ ０ｍ ｉ ｎ 析出水占总水相的体积分数表示脱水率 ． １． ４ 低温煤焦油含水量测定 ／ 低温煤焦油 的 含 水 量 依 据 中 国 国 家 标 准 （ Ｇ Ｂ ） 焦化产 品 水 分 测 定 方 法 中 的 蒸 馏 法 Ｔ ２ ２ ８ ８—２ ０ ０ ８ 进行测定 ． 将一定量 的 煤 焦 油 与 甲 苯 混 合 均 匀 后 进 行蒸馏 ， 水和甲苯形 成 共 沸 物 而 从 煤 焦 油 中 分 离 出 根据密度差异 ， 水和甲苯分层 ， 记录水层体积 ， 计 来， 算得到煤焦油中水的质量分数 ．
－６ ２ ， ／ ／ ， ／ 超声１ｍ 可得到 １ ０ １ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ 搅拌 ５ ｍ ｉ ｎ， ０． ４Ｗ ｃ ｍ ｉ ｎ ５ ０ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ离心１ ０ｍ ｉ ｎ 条 件 下，
５ １． ３％ 的 脱 水率 ． 关键词 低温煤焦油 ， 乳化， 脱水 中图分类号 ＴＱ ５ ２ ３． ５ ２ 以某种低温煤焦油为原料 ， 综合采用加热静置 、 添加 搅 拌、 超声以及离心处理方法进行脱水研 破乳剂 、 究， 优化脱水条件 ， 目的是探讨导致低温煤焦油乳化 的主要因素 ， 为低温煤焦油脱水奠定理论基础 ．
１． ２ 低温煤焦油乳化因素实验分析
６］ 首先借鉴原油三组分分离法 ［ 对低温煤焦 油进
行分离 ， 分离流程见第４ 取冲洗硅胶后的 ７ 页 图 １． 正戊烷溶液 ， 将正戊烷旋转蒸发除去后 ， 恒温６ ０ ℃， ／ ， 在约 １ 搅拌 ３ 同时加入一定量 ５ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ下， ０ｍ ｉ ｎ 的水 ， 制得含水量１ 取乳状液Ⅰ ０％ 的 乳 状 液 Ⅰ ， 记录不同时间析出的 １ ０ ０ｍ Ｌ 倒入具塞量筒中沉降 ， 水体积 ． 将分离出 的 沥 青 质 、 胶 质、 轻组分和水按照 恒温６ 在约１ ４∶３∶２∶１ 的 比 例 混 合 ， ０ ℃， ５ ０ ０ ／ ， 搅拌 ３ 制得乳状液Ⅱ， 取乳状 液Ⅱ ｒ ｍ ｉ ｎ下， ０ｍ ｉ ｎ １ ０ ０ 记录不同时间析出的水体 ｍ Ｌ 倒入具塞量筒中沉降 ，
０ 引 言
低温煤焦油是低变质程度煤发生一次热解所产
［ １］ 生的黑褐色黏 稠 状 液 体 ． 在 生 产 过 程 中， 一 方 面，
裂解气由冷水急冷 ， 低温煤焦油会急剧收缩而把水
２］ ； 包在里面 ［ 另一方面 ， 低温煤焦油由热水引流至焦 ３］ ， 由于低温煤焦油的密度与水接近 ， 二者长时 油池 ［
１． ３ 低温煤焦油脱水实验 乳状液的破乳脱水一般分为三个步骤 ： 首先是在 搅拌和超声处理等作用 下 ， 外界能量如添加破乳剂 、 乳化膜受到破坏即破乳 ； 然后是小水滴在搅拌和超声 处理等作用下凝聚长大 ； 最后是靠水和油的密度差发 生分层 ． 按照石油的破乳脱水理论 ， 升高温度会使石 油的黏度减小 ， 乳状液流动性较好时 ， 会使分子运动 从而使得水分子相互碰撞的几率增加 ， 易凝聚 加剧 ， 为大水滴而和油相分离 ； 另一方面 ， 石油的密度小于 水的密度 ， 升高温度会使油相和水相的密度差增加 ， 有利于油水分层 ． 而对于低温煤焦油 ， 由于其密度比 水大 ， 升高温 度 会 减 小 它 们 的密度差， 增加脱水的难 因此， 低温煤焦油脱水的温度既不能过高也不能过 度． 低． 通过探索性实验， 低温煤焦油在 ８ ０ ℃ 静置 ３ ０ｍ ｉ ｎ 具有较好的脱水率 （ 约２ 本实验选定脱水温度为 ０ ％） ． 研究在此温度下， 破乳剂 、 搅拌 、 超声以及离心 ８ ０ ℃， 处理对低温煤焦油脱水的影响 ． 实验条件见表 ２ ．
） ／ Ｄ ） ／ ｗ（ ／ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｖ ５ ０／ ｖ ８ ０／ ｗ（ ｍ ｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗ（ ａ ｓ ｈ ａ ｌ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ） ｙ／ ｐ ２· －１） （ ２· －１） （ ％ ％ ％ ｍ－３） （ ｍｍ ｓ ｍｍ ｓ ｇ·ｃ １ ０． ０ ２ １． １ ８ １ ２ ８． ７ ９ １ ７． ５ ２ ４ １． ８ ８ ３ ２． ４ ９
－６ －６ 和４ 混合均匀后 ， 将乳状液倒入 ５ １ ０ ０ ０ × １ ０ ． ０ｍ Ｌ ， 的具塞量筒中沉降 １ 记 录 析 出 的 水 体 积， 以 ５ ０ｍ ｉ ｎ
析出水占总水相的体积分数表示脱水率 ． １． ３． ２ 搅拌 取５ 在８ ０ｇ除去游离水的低温煤焦油乳状液， ０℃ ， ， 的恒温水浴中恒温 ３ 后 加入优化后的破乳剂 ０ｍ ｉ ｎ ／ ， ／ ， ／ ， ／ 分别以 ５ ０ｒ ｍ ｉ ｎ １ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ １ ５ ０ｒ ｍ ｉ ｎ ２ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ搅 ， ， ， ， ， 然后 拌速率搅拌３ｍ ｉ ｎ ５ｍ ｉ ｎ １ ０ｍ ｉ ｎ １ ５ｍ ｉ ｎ ２ ０ｍ ｉ ｎ ， 将乳状液倒入 ５ 记 ０ｍ Ｌ 的具塞量筒中沉降 １ ５ ０ｍ ｉ ｎ 录析出的水体积 ， 以析出水占总水相的体积分数表 示脱水率 ． １． ３． ３ 超 声 波 在优 化 了 破 乳 剂 和 搅 拌 条 件 后 ， 用声强为