壓力及溫度對煤氣水分離效果的影響

段偉（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

煤炭化工技術(shù)中煤氣水產(chǎn)生是不可避免的，作為一種高濃度（大量有機和無機物）、高溫度（分離溫度617攝氏度）和高毒性混合物，在處理方面也需要格外注意。根據(jù)目前我國煤炭化工生產(chǎn)的特點，一般采取冷卻或洗滌的方式，在引入魯奇工藝之后，煤氣化水分離工藝的發(fā)展也來月成熟。

本文中為研究便利，以碎煤加壓氣化過程中產(chǎn)生的煤氣水為例子進行分析。之所以選擇碎煤加壓氣化技術(shù)，是綜合產(chǎn)業(yè)特點考慮的，碎煤加壓氣化技術(shù)也是利用魯奇爐進行的，結(jié)合生產(chǎn)過沉重對煤氣水進行分離的作業(yè)，就可以直接展開；從整體來看，煤氣水分離工藝是對碎煤加壓氣化的廢水處理過程，而在廢水中通常蘊含著多種有機物和無機物雜質(zhì)，形成諾度較高的工業(yè)廢水。

雖然不同的煤質(zhì)會造成不同雜質(zhì)含量的煤氣水，但大部分情況下都具有“三高”（高濃度、高密度、高溫度）的特點，這樣的廢水是不能夠通過常規(guī)化處理直接排放的，否則既污染環(huán)境，其中蘊含的多種可回收資源也造成了浪費（氨、酚、油等）；因此，可以把煤氣水分離看作是一種處理和回收同時進行的工藝。通過煤氣水分離，一方面回收了廢水中有價值的東西，另一方面也能夠達到環(huán)境保護的廢水排放要求。

1 煤氣水相關(guān)介紹

煤氣水在煤炭化工中是一個過程名詞，因此，它的來源也相當(dāng)?shù)膹V泛。

首先，氣化裝置是煤氣水的主要來源，在魯奇工藝當(dāng)中，一部分廢水有汽化爐排出，廢水的形成是粗煤氣在洗滌過程中被冷卻造成的（冷卻器或廢熱鍋爐）。一般來說，汽化爐中產(chǎn)生的煤氣水總量占據(jù)整個工藝流程的50%左右，同時還伴有大量的粉塵、溶解氧、二氧化碳以及焦油和酚類。所以在煤氣水的處理工藝中，汽化爐是最主要的部分。

其次，從一氧化碳變換裝置中出現(xiàn)的煤氣水。一氧化碳變換裝置是從粗煤氣流經(jīng)洗滌器過程中的第一次交換，這粗煤氣經(jīng)過洗滌器，然后流汽水分離器（裝置），這一階段產(chǎn)生的煤氣水大蓋占總工藝流程的30%，主要的成分是油、粉塵、氨和脂肪酸。

再次，還有一部分煤氣水在高壓作用下，經(jīng)過汽水分離器之后，最終進入了冷卻器冷卻凝結(jié)，這一部分占據(jù)了整個工藝流程的10%，成分也不太復(fù)雜。

以上三個部分是整個煤氣水在碎煤加壓氣化過程中產(chǎn)生的最多的部分，在其他流程中同樣會產(chǎn)生煤氣水，并且成分含量差異明顯。前期主要是循環(huán)水、粉塵、氨、酚類等，中期主要以二氧化碳、脂肪酸、游離氨、焦油等為主，后期主要是硫化氫、氯、脂肪酸等。

2 煤氣水分離工藝原理概述

2.1 煤氣水一般分離步驟

碎煤加壓氣化技術(shù)中所產(chǎn)生的煤氣水處理工藝原理，主要有一下的步驟。

第一，煤氣水收集之后先通過洗滌、冷卻等工藝過程，然后進行焦油和輕油的分離。這兩個步驟是可以不斷重復(fù)進行的，所以化工企業(yè)會對魯奇爐等設(shè)備進行設(shè)定，可以出去大部分的固體雜質(zhì)以及粉塵。

第二，將焦油和輕油分離過之后的煤氣水（多余廢水）進行高溫和高壓分離處理，主要的目的是對酚和氨進行回收，隨后進行生化處理。

第三，經(jīng)過前兩部分對有機類物質(zhì)的回收之后，在進入生化處理之后就意味著進入了環(huán)境保護處理過程，最后通常使用的手段是活性炭吸附、沉淀、化學(xué)制劑中和等。

第四，經(jīng)過觀察、化驗、審定之后，廢水進行排放。

2.2 煤氣水分離工藝原理

煤氣水的分離是一個非常復(fù)雜的過程，需要經(jīng)過多次的預(yù)處理，當(dāng)然工藝的設(shè)定也和回收產(chǎn)品的目的有關(guān)。以化肥廠為例，主要將煤氣水中的二氧化碳、一氧化碳、氨氣、氫氣、焦油、液體油類等分離出來，并加以凈化使用。

預(yù)處理方法通常有冷卻、沉淀、高壓、高溫等，其中溫度和壓力是對煤氣水分離工藝效益影響最為明顯的因素；溫度的影響主要針對于工藝中的有機物，如油、酚類和脂肪酸，而壓力影響主要是在物理變化過程中的變化，例如對于沉淀的速度、溶解性和飽和度等等。

例如，從汽化爐中出來的煤氣水在一氧化碳變換裝置中，經(jīng)過高壓與煤氣水混合，可以加速混合狀態(tài)的分離效果，而溫度從200攝氏度下降到150攝氏度，再與變換裝置和煤氣冷卻裝置中的煤氣水結(jié)合，可以實現(xiàn)液態(tài)水和焦油的分離。

簡單地說，煤氣水分離工藝有三個主要部分，分別是閃蒸、沉淀和隔油。

其中，閃蒸是利用減少壓力、實現(xiàn)膨脹來降低煤氣水液體平衡的氣相分壓，隨著溫度的快速上升，溶解在液體中的氣體就會變化成氣象狀態(tài)，這一過程是實現(xiàn)了氣體和液體的分離；同樣，沉淀的方法是實現(xiàn)液體和固體的分離，這一環(huán)節(jié)中回收的物質(zhì)是焦油，主要利用了固體和液體的密度差；隔油是將煤氣水中的焦油等比水輕的物質(zhì)過濾，收集，實現(xiàn)回收的目的。

2.3 煤氣水分離中溫度、壓力的影響

溫度和壓力是煤氣水分離中主要涉及到的兩個影響因素，而這兩個因素影響的作用體現(xiàn)在煤氣水分離的裝置中。主流使用的煤氣水分離設(shè)備主要有四種分別是：油分離器、初焦油分離器、最終油分離器等。

第一，油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為69攝氏度。

第二，在初焦油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為70攝氏度。

第三，最終油分離器中，理論壓力為-0.5千帕到4千帕，溫度為120攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為0.5千帕到2千帕，溫度為67攝氏度。

第四，雙介質(zhì)過濾器中，理論壓力為790千帕，溫度為100攝氏度，實踐中最佳的分離壓力為400千帕，溫度為37攝氏度。

以上的四種設(shè)備是碎煤加壓氣化中煤氣水分離的主要設(shè)備。截至目前而言，隨著魯奇工藝的發(fā)展，國內(nèi)在煤氣水分離過程中逐漸出現(xiàn)了一些新型的設(shè)備，例如膨脹器、焦油分離器、煤氣水冷卻器、均化器等等，在實際的應(yīng)用中要根據(jù)分離工藝的方向來設(shè)定參數(shù)。

3 煤氣水分離工藝的總結(jié)

煤氣水分離是伴隨著煤炭化工工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的，隨著資源利用和環(huán)境保護的重要性提升，在未來的發(fā)展中也會占據(jù)越來越重要的位置，從工藝、技術(shù)角度來說，還需要進一步的發(fā)展。

首先，煤氣水分離工藝中，一個重要的指標是水煤氣在壓力作用下鵬展個，形成溶解性氣體的溶解度，主要針對于氣體發(fā)生作用；如果要對氣體的控制實現(xiàn)最佳狀態(tài)，就必須要實現(xiàn)壓力和溫度的完美配合。

其次，對于汽化爐裝置的溫度控制，要防止氣體從氣化狀態(tài)轉(zhuǎn)變的速度，防止過度乳化，形成不易回收的交由凝結(jié)。

再次，提取過焦油的煤氣水中可以繼續(xù)填料回收輕質(zhì)油，這一過程在很多工藝環(huán)節(jié)中容易忘記。油聚集成為凝結(jié)狀態(tài)之后，灰塵等雜質(zhì)的粘附能力同時下降，這個時候通過短時加壓可以取得很好的分離效果。

綜上所述，煤氣水處理對整個煤炭化工工業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用，是對資源重新利用和環(huán)境保護的重要工業(yè)。

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