压力及温度对煤气水分离效果的影响

段伟（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司,内蒙古 赤峰 025350）

煤炭化工技术中煤气水产生是不可避免的，作为一种高浓度（大量有机和无机物）、高温度（分离温度617摄氏度）和高毒性混合物，在处理方面也需要格外注意。根据目前我国煤炭化工生产的特点，一般采取冷却或洗涤的方式，在引入鲁奇工艺之后，煤气化水分离工艺的发展也来月成熟。

本文中为研究便利，以碎煤加压气化过程中产生的煤气水为例子进行分析。之所以选择碎煤加压气化技术，是综合产业特点考虑的，碎煤加压气化技术也是利用鲁奇炉进行的，结合生产过沉重对煤气水进行分离的作业，就可以直接展开；从整体来看，煤气水分离工艺是对碎煤加压气化的废水处理过程，而在废水中通常蕴含着多种有机物和无机物杂质，形成诺度较高的工业废水。

虽然不同的煤质会造成不同杂质含量的煤气水，但大部分情况下都具有“三高”（高浓度、高密度、高温度）的特点，这样的废水是不能够通过常规化处理直接排放的，否则既污染环境，其中蕴含的多种可回收资源也造成了浪费（氨、酚、油等）；因此，可以把煤气水分离看作是一种处理和回收同时进行的工艺。通过煤气水分离，一方面回收了废水中有价值的东西，另一方面也能够达到环境保护的废水排放要求。

1 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。

首先，气化装置是煤气水的主要来源，在鲁奇工艺当中，一部分废水有汽化炉排出，废水的形成是粗煤气在洗涤过程中被冷却造成的（冷却器或废热锅炉）。一般来说，汽化炉中产生的煤气水总量占据整个工艺流程的50%左右，同时还伴有大量的粉尘、溶解氧、二氧化碳以及焦油和酚类。所以在煤气水的处理工艺中，汽化炉是最主要的部分。

其次，从一氧化碳变换装置中出现的煤气水。一氧化碳变换装置是从粗煤气流经洗涤器过程中的第一次交换，这粗煤气经过洗涤器，然后流汽水分离器（装置），这一阶段产生的煤气水大盖占总工艺流程的30%，主要的成分是油、粉尘、氨和脂肪酸。

再次，还有一部分煤气水在高压作用下，经过汽水分离器之后，最终进入了冷却器冷却凝结，这一部分占据了整个工艺流程的10%，成分也不太复杂。

以上三个部分是整个煤气水在碎煤加压气化过程中产生的最多的部分，在其他流程中同样会产生煤气水，并且成分含量差异明显。前期主要是循环水、粉尘、氨、酚类等，中期主要以二氧化碳、脂肪酸、游离氨、焦油等为主，后期主要是硫化氢、氯、脂肪酸等。

2 煤气水分离工艺原理概述

2.1 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。

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。

2.2 煤气水分离工艺原理

煤气水的分离是一个非常复杂的过程，需要经过多次的预处理，当然工艺的设定也和回收产品的目的有关。以化肥厂为例，主要将煤气水中的二氧化碳、一氧化碳、氨气、氢气、焦油、液体油类等分离出来，并加以净化使用。

预处理方法通常有冷却、沉淀、高压、高温等，其中温度和压力是对煤气水分离工艺效益影响最为明显的因素；温度的影响主要针对于工艺中的有机物，如油、酚类和脂肪酸，而压力影响主要是在物理变化过程中的变化，例如对于沉淀的速度、溶解性和饱和度等等。

例如，从汽化炉中出来的煤气水在一氧化碳变换装置中，经过高压与煤气水混合，可以加速混合状态的分离效果，而温度从200摄氏度下降到150摄氏度，再与变换装置和煤气冷却装置中的煤气水结合，可以实现液态水和焦油的分离。

简单地说，煤气水分离工艺有三个主要部分，分别是闪蒸、沉淀和隔油。

其中，闪蒸是利用减少压力、实现膨胀来降低煤气水液体平衡的气相分压，随着温度的快速上升，溶解在液体中的气体就会变化成气象状态，这一过程是实现了气体和液体的分离；同样，沉淀的方法是实现液体和固体的分离，这一环节中回收的物质是焦油，主要利用了固体和液体的密度差；隔油是将煤气水中的焦油等比水轻的物质过滤，收集，实现回收的目的。

2.3 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。

3 煤气水分离工艺的总结

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。

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，是对资源重新利用和环境保护的重要工业。

[1]陈文征.波纹板油水分离技术研究[D].中国石油大学,2008.

[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,2009.

[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,2012,11:8-10.

[4]张盛武.煤气水分离新工艺[J].化工环保,1991,04:214-217.

[5]张俊霞.鲁奇炉煤气化废水处理[J].中氮肥,2014,04:9-12.