压力及温度对煤气水分离效果的影响

刘盼盼+孟凡平

摘 要：煤气水是指在煤加压气化过程初期形成的"粗煤气"与大量水蒸气混合形成的状态，这一混合物是有固态、液态和气态三种组成，包含大量的焦油、酚、萘、无机盐以及溶解性其他等杂质，这是煤炭化工企业加工过程中出现的工业废水，不同的化工产品需求，可以通过不同的分离技术提炼；煤气煤气水分离技术是利用鲁奇设备工艺进行的粗煤气分离技术，在以煤炭工业为基础的化工企业中得到了广泛的应用，本文针对当前这一技术的应用情况，阐述温度、压力这两个主要指标对煤气水分离工艺的影响。

关键词：煤气水分离；鲁奇工艺；分离技术；温度；压力

煤化工技術中的煤气和水的产生是不可避免的，高浓度（大量有机和无机）、高温度（617℃分离温度）和剧毒混合物需要引起特别关注。根据我国目前煤化工生产的特点，一般采取冷却或冲洗的方法，在引入鲁奇技术之后，将煤气化水分离技术发展到成熟。[1]本文为了便于研究，对加压煤气化过程中产生的煤气进行了分析。综合考虑工业特点，最终考虑选择煤破碎气化技术。煤粉碎后加压气化技术也是采用鲁奇炉进行的，可以直接启动，严格分隔煤气水。总的来说，煤水分离过程是煤粉加压煤气化的废水处理过程。但是，废水中一般含有各种有机和无机杂质，形成高层次的工业废水。虽然不同类型的煤会产生不同杂质含量的煤气水，但大多数时候都具有“三高”的特点，这些废水不能通过常规处理直接排放，会污染环境，其中所含的各种可回收资源也会造成废物（氨，酚，油等）的浪费，因此气水分离可视为同时处理和回收过程。

一、煤气水相关介绍

煤气水在煤炭化工中是一个过程名词，因此，它的来源也相当的广泛。煤气水是在鲁奇加压气化是在3.1MPa的压力下，用3.8MPa的蒸汽和99%的氧气作为气化剂气化550mm的块煤制得粗煤气。在气化过程中，煤中的轻质组分转化为焦油、酚、氨等物质与煤气同时产生。在煤气的洗涤、冷却、净化过程中大部分变为液态进入煤气水中。气化炉是气体和水的主要来源。在鲁奇过程中，一部分废水从锅炉排出。废水是在洗涤过程中冷却粗煤气（冷却器或废热锅炉）而形成的。一般来说，锅炉产生的气体和水的总量约占工艺总流量的50%，同时还有大量的粉尘、溶解氧、二氧化碳、焦油和酚类等。因此，煤气水处理过程是气化炉最重要的部分。其次，一氧化碳转换单元是原料气在通过涤气器的过程中的第一次交换，其通过涤气器然后到达蒸汽分离器（单元）。这个阶段产生的气体和水分占整个工艺流程的很大一部分，主要成分是油、粉尘、氨和脂肪酸。再次，还有一部分气水在高压下经过水分离器后，最终进入冷却器冷却凝结，这部分占整个过程的10%，成分并不太复杂。以上三部分是加压煤气化过程中产生的全部气水的大部分，其他工艺也产生气水，各组分含量明显不同。主要预循环水、粉尘、氨、酚等，主要在中期二氧化碳、脂肪酸、游离氨、焦油等主要是后硫化氢、氯气、脂肪酸等。

二、煤气水分离工艺原理概述

1、煤气水一般分离步骤

碎煤加压气化技术中所产生的煤气水处理工艺原理，主要有一下的步骤。第一，煤气水收集之后先通过洗涤、冷却等工艺过程，然后进行焦油和轻油的分离。这两个步骤是可以不断重复进行的，所以化工企业会对鲁奇炉等设备进行设定，可以出去大部分的固体杂质以及粉尘。[2]第二，将焦油和轻油分离过之后的煤气水（多余废水）进行高温和高压分离处理，主要的目的是对酚和氨进行回收，随后进行生化处理。第三，经过前两部分对有机类物质的回收之后，在进入生化处理之后就意味着进入了环境保护处理过程，最后通常使用的手段是活性炭吸附、沉淀、化学制剂中和等。第四，经过观察、化验、审定之后，废水进行排放。

2、煤气水分离工艺原理

气水分离是一个非常复杂的过程，需要多次预处理，当然这个过程也与产品的回收目的有关。以化肥厂为例，主要将煤气水和水中的二氧化碳、一氧化碳、氨、氢、焦油、液体油等分离纯化后使用。预处理方法通常有冷却、沉淀、高压、高温等，其中温度和压力是影响气水分离过程效益的最显着因素；温度的影响主要表现在油、酚、脂肪酸等有机物的过程中，压力效应主要是物理过程中的变化，如析出速度、溶解度和饱和度等。[3]例如，从气化器出来的气体和水可以在一氧化碳转化器中与气体和水混合，以加速混合状态的分离，同时温度从200摄氏度下降到150摄氏度，然后到达移动和气体冷却装置气体和水的组合可以实现液体水和焦油的分离。简而言之，气水分离过程主要有三部分，即闪蒸、沉淀和油分离。其中，闪蒸是降低压力实现膨胀，减少气水蒸气平衡，随着温度的快速上升，溶解于液态的气体将转变成气象状态，其过程是实现气液分离；同样，沉淀法也是要实现液固分离，这部分物料的回收是焦油，主要利用固液的密度差；隔油是将煤气水中的焦油等比水轻的物质过滤、收集，以便实现回收的目的。

3、煤气水分离中温度、压力的影响

温度和压力是煤气水分离中主要涉及到的两个影响因素，而这两个因素影响的作用体现在煤气水分离的装置中。主流使用的煤气水分离设备主要有四种分别是：油分离器、初焦油、分离器、最终油分离器等。第一，油分离器中，理论压力为-0.5千帕到4千帕，温度为120摄氏度，实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕，温度为69摄氏度。第二，在初焦油分离器中，理论压力为-0.5千帕到4千帕，温度为120摄氏度，实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕，温度为70摄氏度。第三，最终油分离器中，理论压力为-0.5千帕到4千帕，温度为120摄氏度，实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕，温度为67摄氏度。第四，双介质过滤器中，理论压力为790千帕，温度为100摄氏度，实践中最佳的分离压力为400千帕，温度为37摄氏度。以上的四种设备是碎煤加压气化中煤气水分离的主要设备。截至目前而言，随着鲁奇工艺的发展，国内在煤气水分离过程中逐渐出现了一些新型的设备，例如膨胀器、焦油分离器、煤气水冷却器、均化器等等，在实际的应用中要根据分离工艺的方向来设定参数。

三、结束语

煤气水分离是伴随着煤炭化工工业发展而出现的，随着资源利用和环境保护的重要性提升，在未来的发展中也会占据越来越重要的位置，从工艺、技术角度来说，还需要进一步的发展。[4]首先，煤气水分离工艺中，一个重要的指标是水煤气在压力作用下鹏展个，形成溶解性气体的溶解度，主要针对于气体发生作用；如果要对气体的控制实现最佳状态，就必须要实现压力和温度的完美配合。其次，对于汽化炉装置的温度控制，要防止气体从气化状态转变的速度，防止过度乳化，形成不易回收的交由凝结。再次，提取过焦油的煤气水中可以继续填料回收轻质油，这一过程在很多工艺环节中容易忘记。油聚集成为凝结状态之后，灰尘等杂质的粘附能力同时下降，这个时候通过短时加压可以取得很好的分离效果。

综上所述，煤气水处理对整个煤炭化工工业的发展具有举足轻重的作用，煤气水中的重金属与其他资源的重复利用既是对工厂效益进一步优化又是对环境保护的重要举措，是对资源重新利用和环境保护的重要工业，需要对此产业大力的发展。

参考文献：

[1]陈文征.波纹板油水分离技术研究[D].中国石油大学，2015.

[2]秦福涛.超疏水分离膜的制备与油水分离应用研究[D].大连理工大学，2016.

[3]喻志强，刘福来，辛安见，于洋，马金平，李金禄，鲍洋洋.气水分离效果对冷干机露点的影响[J].石油和化工设备，2014，11：8-10.

[4]张盛武.煤气水分离新工艺[J].化工环保，2014，04：214-217.endprint