中低温煤焦油脱水剂的复配研究
摘 要：为解决煤焦油在深加工时水分导致管道和法兰爆裂的问题，考察了脱水剂复配比例、脱水剂投加量、脱水温度、搅拌时间对脱水效果的影响，复配出可将中低温煤焦油含水率降至3%以下的脱水剂。研究发现：较优的试验条件是脱水剂I和J的复配比例为2∶3，脱水剂添加量为5×10-4，脱水温度为60 ℃，搅拌时间为1 h。将脱水后的煤焦油送检测机构检测，结果显示复配出的脱水剂不但对煤焦油品质没有影响，而且有很好的脱水能力和脱盐能力。
关键词：中低温煤焦油；脱水剂；复配；脱盐
0 引 言
煤焦油是极复杂的混合物，也是宝贵的有机化工原料[1-2]，其有机物组分估计有上万种[3]，已被鉴定的组分约有 500种[4-5]。世界90%以上的蒽、苊、芘需求都依存于焦化工业生产，而工业用的咔唑和喹啉全部来源于焦化产品，因此，煤焦油产品在世界化工原料需求中具有极其重要的地位[6]。我国大部分的煤焦油作为燃料油和低端产品使用，造成环境污染和资源浪费[7-8]，煤焦油中存在大量水，其中的水呈油包水型乳状液存在。由于煤焦油中分布着颗粒极细的煤粉、焦粉、热解炭，使得其所含的水分与煤焦油形成稳定的悬浮液。因而，煤焦油脱水非常困难。煤焦油中存在的水分对于其深加工非常不利，会导致管道和法兰爆裂。煤焦油中较高的含水率，不仅增加装置能耗和运输成本、降低运输效率和生产能力，而且伴随着水分带入了腐蚀性介质，会引起管道和设备的腐蚀。此外，对中低温煤焦油的提酚、加氢等后续深加工也造成影响。由于现阶段还没有一种适合所有油种的破乳剂，所以进行破乳剂筛选和复配很有必要[3]。由于煤焦油深加工时要求含水率在3%左右[4]，因此，必须脱除煤焦油中含有的大部分水分。本文以陕西延长石油集团某煤化工厂副产的中低温煤焦油为研究对象，采用加热静置的方法可以使一部分的结合水从煤焦油中脱除[9]。前期工作已经筛选出脱水效果较好的代号为I和J脱水剂[10]，本期工作为复配出使煤焦油、水有效分离且经济实用的脱水配方。本文通过考察不同温度、反应时间及脱水剂含量对煤焦油脱水率的影响，以期为煤焦油脱水提供了客观的试验依据。
1 试 验
1.1 原料与仪器
中低温煤焦油：陕西延长石油集团精原煤化工厂；水分测定仪：卡尔费休852型，瑞士万通中国有限公司;恒温磁力搅拌器：ZNCL 240×150型，西安常仪仪器设备有限公司。
1.2 试验过程
试验在恒温水浴中进行。称取一定量的煤焦油于烧杯中，加入与其质量相匹配的脱水剂，控制恒温水浴的温度为设定值，将装有煤焦油的烧杯固定在恒温水浴中加热，设定磁力搅拌的转速和搅拌时间开始试验，搅拌结束后于60 ℃的环境中静置一定时间后取出，可观察到明显的油水分层现象，将上层水分用吸水纸吸走，取中部煤焦油进行含水率测定(3次)，取平均值。
1.3 煤焦油样品物性测定
1)密度的测定：GB/T 13377—2010《原油和液体或固体石油产品 密度或相对密度的测定 毛细管塞比重瓶和带刻度双毛细管比重瓶法》，经测定后其密度(20 ℃)为1.070 5 g/cm3。
2)黏度的测定：GB 265—1988《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》，经测定其黏度(40 ℃)为202.4 mm/s。
3)质谱分析：采用美国惠普公司HP5988A气相色谱-质谱仪进行质谱分析，结果见表1。
表1 煤焦油质谱组成
Table 1 Mass spectrometric analysis of coal tar
1.4 煤焦油样品含水率测定
由于所研究的煤焦油样品含水率较高，其含水率由蒸出的水分和水分测定仪两部分结果相加。取3份样品，常压下蒸出水分，再采用卡尔费休852型水分分析仪测定剩余的水分。测得结果(质量分数)分别为：22.6%、22.5%、22.01%(认为水的密度为1 g/cm3)，因此可认为搅拌均匀，煤焦油的含水率取均值为22.4%。
2 结果与讨论
2.1 煤焦油物性测定结果
在试验前，采用国标方法对煤焦油样品的物性进行测定，测定结果见表2。
表2 煤焦油样品的物性测定结果
Table 2 Properties of the coal tar sample
2.2 中低温煤焦油脱水剂的复配
2.2.1 脱水剂最佳比例的确定
在前期工作[10]基础上筛选出代号为JNX-002、JNR-002的脱水剂(分别记为I、J),进行复配。试验条件为：静置时间为3 h、脱水反应时间为1 h、温度为60 ℃、脱水剂添加量为5×10-4，复配后脱水剂的脱水效果见表3。
表3 复配后脱水剂的脱水性能
Table 3 Performance of dehydrating reagent aftercompounding
从表3可以看出：I和J复配用于煤焦油的脱水时产生明显的协同效果，脱水率高,煤粉聚集明显。脱水剂I和J的最佳复配比例为2∶3。
2.2.2 复配脱水剂最佳投加量的确定
脱水剂添加量对脱水效果和脱水工艺的经济性影响显著，所以选择添加量对脱水工艺至关重要。试验条件：脱水剂复配比例为2∶3，温度为60 ℃，静置时间为3 h，脱水时间为1 h、考察脱水剂添加量对煤焦油含水率的影响，结果如图1所示。
图1 不同添加量的煤焦油含水率
Fig.1 Water content of coal tar with different reagents addition
当复配脱水剂添加量为5×10-4～6×10-4时，煤粉沉积好，含水率降至2.5%以下，脱水效果好。从脱水工艺经济性和脱水效果2个方面综合考虑，最佳脱水剂添加量为5×10-4。
2.2.3 复配脱水剂最佳温度的确定
温度升高，体系热运动增强，有利于脱水剂的扩散、顶替和乳滴的相互碰撞[11]，使煤焦油的脱水时间减少，脱水率增加。控制两脱水剂复配比例为2∶3，脱水剂添加量为5×10-4，脱水时间为1 h、静置时间为3 h，考察脱水温度对煤焦油含水率的影响。温度对脱水效果的影响如图2所示。由图2可知：随着体系温度升高，煤焦油含水率迅速降低。当温度lt;60 ℃时，煤焦油脱水率不高，效果不理想；当温度升至60 ℃时，脱水效果较为理想，煤焦油脱水率较高，并且温度太高易导致能源浪费和设备的损坏。因此选择的最佳脱水温度为60 ℃。
图2 温度对脱水效果的影响
Fig.2 Effect of temperature on dehydration
2.2.4 复配脱水剂最佳搅拌时间的确定
将6份样品置于60 ℃恒温水浴中，脱水剂添加量为5×10-4，搅拌速率为200 r/min，搅拌时间分别为20、40、60、80、100和120 min，得出的结果如图3所示。
图3 搅拌时间对脱水效果的影响
Fig.3 Effect of mixing time on dehydration
由图3可知，在脱水初期，含水率下降较快，脱水速率较快，随着时间的延长，脱水速率迅速降低，达到该脱水剂的极限脱水率，继续延长脱水时间，不再有水分脱出，因此选择脱水时间为1 h。
3 脱水剂对煤焦油品质的影响
将脱水处理后的样品送样检验，检测结果见表4。
表4 脱水后煤焦油检测结果
Table 4 Properties of coal tar after dehydration
从表4可以看到：在煤焦油中的含水率从22.4%降至3%以下时，脱水前、后煤焦油中硫含量从0.25%降至0.17%，降低0.08%，可见，脱水过程可以一定程度降低煤焦油中的硫含量，使用脱水剂脱水可以减少煤焦油对后续加工装置及使用设备产生的硫腐蚀；脱水前、后凝点均为24 ℃，脱水对凝点没有影响；残炭从6.46%降到3.13%，煤焦油中的金属含量均有不同程度地下降，其中铁、钠、镁金属离子的下降幅度较大。可见，煤焦油的脱水过程实际上也是煤焦油的脱盐过程，金属盐含量的降低，作为化工原料，可以降低煤焦油对后续加工过程催化剂的中毒及装置结垢；作为燃料，可以减少使用设备的磨损和结焦。所以，所复配的脱水剂具有较强的脱水能力和脱盐能力，适合作为陕北四海化工厂的煤焦油脱水剂。
4 结 论
1)使用I和J复配的脱水剂脱水效果明显，含水率降为3%以下。较优的试验条件为：I和J的复配比例为2∶3，脱水剂添加量为5×10-4，脱水温度为60 ℃，搅拌时间为1 h。
2)脱水前后煤焦油性质检测结果表明：脱水过程对铁、钠、镁等金属离子有较强的脱除效果，煤焦油的脱水过程实际上也是煤焦油的脱盐过程。
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Compounding reagent for medium-low temperature coal tar dewatering
Abstract :In order to solve the issue of pipe and flange burst caused by water during the deep processing of coal tar,the effects of dehydration reagent ratio,dosage,dehydration temperature and stirring time on dehydration efficiency were investigated.The dehydrating reagent could reduce the water content of coal tar to below 3%.The optimum conditions are I and J mixture ratio of 2∶3,the amount of dehydrating agent is 5×10-4,the dehydration temperature is 60 ℃ and the stirring time is 1 h.The test results show that the dehydrating reagent has little effect on the quality of coal tar,moreover,it has good dewatering and desalting capacity.
Key words:medium-low temperature coal tar;dehydrating reagent;compound;desalination
中图分类号：TQ522
文献标志码：A
文章编号：1006-6772(2017)03-0085-04
收稿日期：2016-10-18；责任编辑孙淑君
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2017.03.017
引用格式：张菊，刘志玲，张媛,等.中低温煤焦油脱水剂的复配研究[J].洁净煤技术，2017，23(3)：85-88.
Zhang Ju,Liu Zhiling,Zhang Yuan,et al.Compounding reagent for medium-low temperature coal tar dewatering[J].Clean Coal Technology，2017，23(3)：85-88.
