煤焦油脱水分析

王军俏 （河北旭阳焦化有限公司）

理化性质：煤焦油是煤在干馏和气化过程中获得的黑褐色、粘稠的油状液体， 可燃。 其闪点为96～105℃， 自燃点为580～630℃.煤焦油的组成十分复杂，据估计总的化合物总类约有一万种，已知化合物在煤焦油中总计占55%，最重要的成分为萘，平均含量为10%， 尚为查明的化合物是含于沥青中的高分子碳氢氰化合物及杂环物在煤焦油中总计占45%。 煤焦油又称煤膏，具有一定的特殊的臭味，比重比水大，具有可燃性、水溶性和腐蚀性。 煤焦油的成分达到上万种，它是煤化学工业的主要原料，主要成分含有芳香族含氧化合物（如苯酚等酚类化合物），以及苯、二甲苯、甲苯、蒽、萘等芳烃，含氮、含硫的杂环化合物等其他有机物。 根据不同的沸点范围，可采用分馏的方法把煤焦油分割成各种馏分。 可以用煤焦油来合成糖精、药品、杀虫剂、炸药、染料等多种物品，生产塑料、合成纤维、染料、橡胶、医药、耐高温材料等的重要原料就是煤焦油。 煤焦油中含有的苯会影响人体血液内红细胞、 白细胞和血小板的含量， 会造成人体造血功能的紊乱，也会对人体局部皮肤和粘膜产生刺激，经皮肤吸收后就可引起中毒，带来多种疾病。 煤焦油能使部分病人产生头痛、恶心、发热等不良症状，也会使人的皮肤光感过敏，甚至发生大疱等。 用于加工煤焦油的精制品，油毡纸，耐火材料的粘合剂，还可以做防腐油和燃料油等。

粗焦油是在炼焦过程产生的，粗焦油含大量水分，焦油含水分大约在4%左右，有时甚至达到8%～10%。 有的焦化厂还用粗焦油洗萘，即使经过了加热、静置、脱水的环节后送往焦油精制车间，仍然不能降低煤焦油的水分含量。

煤焦油脱水是指脱除煤焦油所含水分过程的第一步。 煤焦油水分对产品质量有影响， 控制煤焦油水分是提升其质量的关键指标。 对焦油加工精制有影响，主要表现在：（1）含水量大的焦油，将增加耗热量，也会降低设备生产能力、使脱水时间延长。 增加了事故发生的几率，也延长了蒸馏时间。 （2）含水量大的焦油还可能会使系统阻力加大，提高系统的压力，打乱原有的操作程序。 （3）伴随水分带入的腐蚀性介质， 还会引起管道和设备的腐蚀。

在煤焦油间歇蒸馏过程中，由于焦油含水量较大，将会增加耗热量，延长脱水的时间，从而降低设备的生产效率。 特别是在给水加热之后，焦油中会出现稳定的乳浊液，形成的乳浊液小水滴如果不能及时蒸发出去，这样就会释放热能。 因此，就会使温度不断升高，如果水滴会在一瞬间蒸发，就加大了冲油事故发生的几率。 所以，脱水期间的加热环节必须要缓慢进行，尽量使蒸馏时间延长，才能减少这类事故发生的频率。

连续给煤焦油蒸馏的环节， 产生的水分会增加蒸馏系统的压力，同时也会给原有工艺操作制度带来一定的不良影响，严重时也会引发火灾、破坏管道。 而且，腐蚀设备和管道的腐蚀性物质还会随水分带入。 所以，煤焦油蒸馏前，必须进行脱水操作。

存在于煤焦油中的水分有四种状态：（1）乳化水：以焦油中含有的天然的界面活性物质作为乳化剂，在不断加温、加快搅动速度的条件下会使氨水和焦油发生乳化反应， 乳化反应的产物就是油包水型乳状液， 这种乳液要在加热的条件下才能除去；（2）机械夹带水：就是水蒸气遇冷凝结形成的水分，这种水分出去的方法比较简单；（3）化合水：就是以水分子与酚类，吡啶盐基类通过化学反应，结合产生的水分。 含氧分子较多的分子，其结构在受热过程中可分解水，转变为机械夹带水、乳化水等形式存在。

煤焦油脱水的方法：

脱水有加热静止脱水法、加压脱水法和机械脱水法这三种。

所谓的加热静止脱水法就是在对煤焦油加热的过程中使温度维持在70~80℃的范围内，然后静止36h 以上，由于密度差异，水和煤焦油会自行分离。 虽然加热条件下会加速乳化液的分离，但是如果温度过高的话，也会影响澄清，并使轻油不断挥发。 这种脱水方法可以将煤焦油的含水量降到2%左右。

加压脱水法是让让脱水环境的压力保持在0.49~0.98Mpa 的范围内、并设置环境温度在130~150℃的范围内，这样保持静止4h。 利用这种方式可以将煤焦油的含水量降到1~2%。

机械脱水法是借助离心机降低煤焦油含水量的方法， 这种方法可将煤焦油中水分降至至1%。 上面的三种方法只能对乳化状的水分起到作用， 但对于含有的溶解水和化合水仍然不能有效的脱除。

间歇釜脱水：为釜内的煤焦油加热、升温至100℃以上，可以蒸发脱出部分水分。 蒸发出来的轻油、水汽及萘，都可以通过升汽管引入冷凝器形成冷凝液。 经油水分离的过程后，轻油流入槽内。 继续不断进行加热，将升汽管的温度升到130℃左右时，此时焦油的含水量就可以降至0.5%以下了，脱水过程也就完成了。这种脱水方式应用范围较小，因为它投资小、简单易用、效率低，比较适合小型焦化厂的间歇焦油蒸馏系统。

薄膜式脱水法：这项技术来源于波兰煤化学研究所。 该设备的生产能力达到了1～2t/h 焦油。 该技术的脱水原理就是：煤焦油在向下流动的过程中， 焦油承受到的摩擦力小于来自管壁的摩擦力，这样就能使焦油的流动状态呈现薄膜状态。 管外受热时，下部的温度会明显高于上部的温度， 会使得焦油受热黏度慢慢降低。 随着焦油粒子在薄膜内的流动改变，上下的膜的厚度也就产生了差异，焦油内的大量水分会很容易到达薄膜的表面上，进一步蒸发。 焦油会先进入脱水器，然后经过导向溢流板会再次流入加热管内，随后焦油会流到底部收集室内，此时流出时的温度范围在130～135℃之间。 为了带走多余的水汽，可以将煤气送入脱水器的底部， 对于含水量较大的煤气尽量送到回收厂的冷却器入口，进行初步冷却，这样就可以轻油和萘避免随水蒸发带来的损失。 采用常压脱水技术，进行原料与产品之间的换热，可以大大降低能耗。 这项脱水技术适用于超大规模煤焦油集中加工企业，可使含水量降至0.5%以下。粗焦油与高温焦油一块进入脱水塔，塔顶是用轻油作回流的。 共沸混合物由塔顶流出来，流出来的混合物是由水与轻油构成的，经冷凝、冷却后流入分离器，轻油又会返回至脱水塔。