CN105802650A - 高温煤焦油脱水的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温煤焦油的脱水方法和装置，属于煤焦油加工领域。高温煤焦油的脱水方法包括以下步骤：将高温煤焦油、水以及破乳剂混合而成的90～140℃的混合油于由绝缘电极产生的电场强度为1500～4000V/cm的电场中静置，分层后除去上清液。其中，水的用量是高温煤焦油重量的3～10％、破乳剂的用量为50～200毫克/每千克高温煤焦油。高温煤焦油脱水装置包括脱水罐、输送组件、排出组件以及电场发生组件。脱水时，高温煤焦油、水和破乳剂组成的混合油经过加热注入到脱水罐内，在电场的作用下破乳，进而发生沉降、分层，将分层形成的上层液体排出，从而实现对高温煤焦油的脱水处理。

Description

高温煤焦油脱水的方法和装置

技术领域

本发明涉及煤焦油加工领域，具体而言，涉及一种高温煤焦油脱水的方法和装置。

背景技术

煤焦油是由煤在隔绝空气加强热时干馏制得的一种液体产物，高温干馏得到的焦油称为高温干馏煤焦油(简称高温煤焦油)，低温干馏得到的焦油称为低温干馏煤焦油(简称低温煤焦油)。两者的组成和性质不同，加工利用方法各异。

在常温、常压下高温煤焦油产品呈黑色粘稠液状，高温煤焦油在20℃时的密度1.14-1.25g/cm³。在装炉煤的加工产品中，高温煤焦油的产量约占装炉煤的3％-4％。高温煤焦油成分达上万种，主要含有苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳烃，以及芳香族含氧化合物(如苯酚等酚类化合物)，含氮、含硫的杂环化合物等多种有机物。

通过分馏的方法可把煤焦油分割成不同沸点范围的馏分。煤焦油是煤化学工业的主要原料，尤其是塑料、合成纤维、染料、橡胶、医药、耐高温材料等的重要原料，被广泛应用于生产杀虫剂、糖精、染料、药品、炸药等多种工业品。

煤焦油中含有很多的杂质，包括水分、金属和固体物质，它们的存在导致能耗增加，管路堵塞，腐蚀加重，催化剂中毒，影响后续加工装置平稳运行，因此煤焦油必须先进行净化处理。

目前，常用的煤焦油脱水方法存在以下一些问题：1、静置脱水法脱水时间较长；2、管式炉加热法脱水能耗较高；3、离心分离投资大，运行费用高。此外，还有高压电场聚结、微波辐射法、超声波辐射法和化学破乳剂破乳法进行脱水。目前，使用的较多的是电脱水法，但是，电脱水对密度较大的煤焦油的脱水效果较差，因此，需要将煤焦油进行稀释，例如，中国专利ZL200610105277.6，采用柴油馏分油或加氢生成油作为稀释剂，从而导致脱水操作工艺更加复杂，且要消耗稀释剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温煤焦油脱水的方法，通过使用多种破乳方法结合的方式，加速高温煤焦油脱水速度，降低成本。

本发明的另一目的在于提供一种高温煤焦油的脱水装置，以实现高效、节能脱除高温煤焦油中的水。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

将高温煤焦油、水以及破乳剂混合而成的90～140℃的混合油于由绝缘电极产生的电场强度为1500～4000V/cm的电场中静置，分层后除去上清液，水的用量是高温煤焦油重量的3～10％、破乳剂的用量为50～200毫克/每千克高温煤焦油。

本发明还提供了一种用于实施上述的高温煤焦油的脱水方法的脱水装置，包括脱水罐、输送组件、排出组件以及用于在所述脱水罐内产生电场的电场发生组件，脱水罐设置有进料口和排水口。

输送组件包括输料泵和输送管，输送管的一端伸入进料口与脱水罐连接，输送管的另一端与输料泵的输出接口连接。排出组件包括排水管，排水管的一端伸入排水口与脱水罐连接。电场发生组件包括电极，电极设置于脱水罐内。

本发明的有益效果：

本发明中采用化学破乳和高压电场聚集相结合的方式对煤焦油中的水进行脱除。破乳剂可以改变煤焦油乳液体系的界面性质，使其稳定状态被打破，从而形成破乳作用，使水和煤焦油分离。

一方面，高压电场则可以使高温煤焦油乳液体系中的极性的乳化剂分子产生运动，从而削弱其乳化效果，而水和高温煤焦油的之间相互结合作用差，则乳化剂被破坏的同时也使水和高温煤焦油更易分离。

另一方面，高压电场可以使水滴发生极化，极化后的水滴会相互吸引，从而使小水滴聚结为大水滴，而由于水滴与高温煤焦油的密度差异较大，从而使得水和高温煤焦油在重力作用下发生分层，从而实现水和高温煤焦油的分离。

本发明中采用电学和化学联合破乳的方法，提高了破乳效果和破乳速度，从而加速油水分离、缩短脱水时间，进而降低长时间用电的能耗。另外，由于在脱水过程中不需要使用价格较高的柴油、加氢生成油等稀释油来稀释高温煤焦油，从而也降低了煤焦油的各种原料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例6提供的高温煤焦油脱水装置的结构示意图。

附图标记说明：

高温煤焦油脱水装置100；输送管101；输料泵102；进料口103；脱水罐104；电源105；电极106；出口收集器107；排料管108；排渣口109；排水口110；混合器111；入口分配器112；上电极113；下电极114；排水管115。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的高温煤焦油脱水方法进行具体说明：

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

将高温煤焦油、水以及破乳剂混合而成的90～140℃的混合油于由绝缘电极产生的电场强度为1500～4000V/cm的电场中静置，分层后除去上清液。其中，每克混合油含水0.03～0.1克、破乳剂50～200微克。

本方法通过破乳剂和电场的联合破乳，使水和高温煤焦油相互分离并逐渐分层。由于高温煤焦油的密度大于水的密度，形成水层在高温煤焦油层之上的分层现象，从而将水层去除实现对高温煤焦油的脱水。根据脱水后的高温煤焦油的纯度需要，可以进行二级以及三级等多次的重复脱水，以便将高温煤焦油中的杂质无机盐等物质除去。

由于高温煤焦油中含有大量的无机盐等易溶于水的杂质物质，其混合于高温煤焦油中，会导致高温煤焦油的污染以及后续处理难度增大的问题。用水作为洗涤剂清除高温煤焦油中的水溶性杂质，有利于改善脱水后的高温煤焦油的品质。此外，水还可以减小高温煤焦油的粘度，从而降低化学和电场破乳的难度，提高脱水的效果。为减少引入杂质，脱水过程中使用的水优选为净化水、纯净水、工业去离子水。

破乳剂改变水和高温煤焦油形成的乳液滴界面状态，从而破坏乳液滴的稳定，使水和高温煤焦油分离；电场则加速了水和高温煤焦油的分离，并促进两者的分层。

在90～140℃的温度条件下，高温煤焦油受热导致粘度下降，高温煤焦油和水形成的乳液滴更易分散，更易于电场和破乳剂的作用以实现破乳。较佳地，当高温煤焦油的运动粘度在3～7mm/m²时，油水分离效果更佳。

破乳剂可选自以下类型的破乳剂：酚醛胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚，型号ST14；主要成分为多亚乙基胺聚醚的破乳剂，型号有AE1910、AE2040等，主要成分为聚氧丙烯、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯酯复配物的破乳剂，型号为FC9301、FC9601等；主要成分为聚氧丙烯、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯酯复配物类破乳剂，型号有GT940、GT922；主要成分为聚氧丙烯和聚氧乙烯嵌段聚醚的破乳剂，型号有BP2040、BP199。破乳剂也可选用其他型号的原油破乳剂，或者其他表面活性剂。

通过破乳剂和电场作用的联合破乳使油水分离，从而将高温煤焦油和水分离。破乳剂的使用量过多会造成浪费，太少则破乳程度低，脱水的效果不佳，因此，本发明中破乳剂的用量为每克混合油含破乳剂50～200微克。破乳剂的用量可根据混合油中高温煤焦油的乳化程度来进行调节。施加的电场的电场强度和电场作用时间需要根据高温煤焦油的具体特性，如粘度、密度等进行调整。优选地，电场强度为1500～4000V/cm，可以实现较好的破乳和沉降分离效果。施加电场的时间优选为40～80分钟，并且随着从混合油中分离出的水层和高温煤焦油层的密度差的减小，电场的施加时间逐渐增加。

以下结合实施例对本发明的高温煤焦油脱水方法和装置作进一步的详细描述。

实施例1

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

首先，将10kg高温煤焦油加热至90℃，然后与0.3kg水以及500mg破乳剂FC961通过搅拌混合，得到混合油。

其次，使混合油的温度保持于90℃并且在由绝缘电极产生的电场强度为1500V/cm的电场中静置40分钟，待混合油分层后将上层的水层除去，实现高温煤焦油的脱水。

实施例2

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

首先，将10kg高温煤焦油加热至140℃，然后与1kg水以及2g破乳剂FC961通过搅拌混合，得到混合油。

其次，使混合油的温度保持于140℃并且在由绝缘电极产生的电场强度为3000V/cm的电场中静置52分钟，待混合油分层后将上层的水层除去，实现高温煤焦油的脱水。

实施例3

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

首先，将10kg高温煤焦油与0.6kg水以及1.3g破乳剂GT940通过搅拌混合，然后通过加热器加热至109℃，得到混合油。

其次，使混合油的温度保持于109℃并且在由绝缘电极产生的电场强度为4000V/cm的电场中静置67分钟，待混合油分层后将上层的水层除去，实现高温煤焦油的脱水。

实施例4

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

首先，将10kg高温煤焦油与0.73kg水以及1.8g破乳剂BP2040通过搅拌混合，然后通过加热器加热至125℃，得到混合油。

其次，使混合油的温度保持于125℃并且在由绝缘电极产生的电场强度为4000V/cm的电场中静置80分钟，待混合油分层后将上层的水层除去，实现高温煤焦油的脱水。

实施例5

一种高温煤焦油的脱水方法，包括以下步骤：

首先，将10kg高温煤焦油与0.9kg水以及2g破乳剂ST14通过搅拌混合，然后通过加热器加热至140℃，得到混合油。

其次，使混合油的温度保持于140℃并且在由绝缘电极产生的电场强度为3800V/cm的电场中静置69分钟，待混合油分层后将上层的水层除去，实现高温煤焦油的脱水。

实施1至实施例5中使用的高温煤焦油性质如表1所示。

表1高温煤焦油性质

实施例1至实施例5中的高温煤焦油脱水效果的如表2所示。

表2高温煤焦油脱水效果

表1、表2中密度的测试采用GB/T1884-2000方法，运动粘度的测试采用GB/T11137-89方法，水分含量的测定采用GB/T260-77(88)方法，固体杂质含量的测定采用GB3707-83方法。

实施例6

参阅图1，本实施例提供了一种高温煤焦油脱水装置100，包括脱水罐104、输送组件、排出组件以及用于在脱水罐104内产生电场的电场发生组件。

脱水罐104设置有进料口103和排水口110。输送组件包括输料泵102和输送管101。输送管101的一端伸入进料口103与脱水罐104连接，输送管101的另一端与输料泵102的输出接口连接。

排出组件包括排水管115。排水管115的一端伸入排水口110与脱水罐104连接。电场发生组件包括电源105和电极106，电源105设置于脱水罐104外，电极106设置于脱水罐104内，电极106与电源105电连接。

本实施例提供的高温煤焦油脱水装置100的脱水工作流程如下：

将高温煤焦油、水以及破乳剂混合，并加热至脱水温度，得到混合油。输料泵102通过输送管101输运混合油，使混合油经过进料口103进入脱水罐104内。启动电源105，电极106在脱水罐104内形成均匀、稳定的电场。混合油于脱水罐104内受到电场的作用，逐渐破乳、分层，形成水层和高温煤焦油层。水层经过排水口110、排水管115被排除，从而实现对高温煤焦油进行脱水。

进一步地，输送组件还包括加热器和混合器111。输送管101通过混合器111与输料泵102连接，高温煤焦油、水以及破乳剂于混合器111混合，并通过进料口103注入脱水罐104。加热器设置于混合器111和输料泵102之间。本实施例中，混合器111为混合调节阀，加热器例如可采用蒸汽加热器。

由于混合器111和加热器的设置，高温煤焦油脱水装置100可以更加高效自动化地的工作，从而降低高温煤焦油的脱水操作难度。

具体地，脱水过程中，输料泵102将高温煤焦油、水以及破乳剂分别泵入输送管101内，然后分别在加热器内实现加热。加热后的高温煤焦油、水以及破乳剂在混合调节阀内均匀混合形成混合油，然后再进入脱水罐104内在电场中进行破乳、脱水。

为避免混合油不均匀地进入脱水罐104内时，输送组件还包括入口分配器112，混合油通过入口分配器112均匀、分散地进入脱水罐104内的电场中。具体地，入口分配器112设置于脱水罐104内，输料管远离输料泵102的一端与分配器连接。

相应地，由于入口分配器112的使用，混合油均匀地分布于脱水罐104内，待需要将脱水后的高温煤焦油排出脱水罐104时，通过出口收集器107将分散的高温煤焦油集中排出，以提高收集、排出脱水后的高温煤焦油的效率。

具体地，输送组件还包括设置于脱水罐104内的出口收集器107，排出组件还包括排料管108，排料管108的一端与出口收集器107连接，排料管108的另一端伸出脱水罐104外。入口分配器以及出口收集器均采用市售设备，本实施例中不对其作详述。

由于高温煤焦油中含有固体杂质，因此，在脱水的过程中，固体杂质也会沉淀而水层分离，固体杂质与高温煤焦油混合，不利于脱水后的高温煤焦油的净化以及后续的再利用。针对脱水过程中产生杂质的问题，脱水罐104还设置有排渣口109，在必要时，通过排渣口109将脱水罐104内的沉降的固体杂质排出，避免大量固体杂质与脱水后的高温煤焦油混合的情况发生。

需要注意的是，当高温煤焦油中的固体杂质，尤其是水溶性导电固体杂质较多时，混合油的导电性相对较高，进而导致发生电极106短路的问题。因此，为避免发生电极106短路情况的发生，电极106采用金属材料和绝缘材料结合的方式制作而成。高温煤焦油的电阻率较小，不容易施加高压电场，采用绝缘电极有助于高压电场的施加。具体地，电极106包括导电的内层和绝缘的外层，外层覆盖于内层的表面。内层可以采用导电金属制作而成，例如，铜、铁、钢等，绝缘采用可以采用耐热玻璃、石英、塑料、聚四氟乙烯、乙烯-丙烯氟化聚合物、聚丙烯、纤维加强型塑料、环氧树脂板、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯等等。基于耐电压的考虑，绝缘层的厚度为1～3mm，以避免由于绝缘层过低而被电场击穿的问题。

由于本发明中的高温煤焦油脱水是通过破乳剂和电场的作用下破乳，然后沉降、分层实现的，而水的密度小于高温煤焦油的密度，因此，脱水罐104中的竖直高度大于分离出的高温煤焦油的竖直高度。电场作用于乳液滴的时间更长从而更利于脱水，因此，电极106的设置位置优选位于脱水罐104正常设置状态的上部。随着脱水过程的进行，高温煤焦油中水逐渐与油相分离，并且向脱水罐104的上部运动，电极106设置在脱水罐104的上部有利于电场持续作用于乳液滴。本实施例中，电极106为平板电极106，并且包括上电极113和下电极114，上电极113和下电极114相对设置。基于用电稳定和高电压的要求，电源105可连接变压器，变压器与上电极113电连接；下电极114接地，避免发生漏电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温煤焦油的脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高温煤焦油、水以及破乳剂混合而成的90～140℃的混合油于由绝缘电极产生的电场强度为1500～4000V/cm的电场中发生破乳反应，分层后除去上清液，所述水的用量是所述高温煤焦油重量的3～10％、所述破乳剂的用量为50～200毫克/每千克所述高温煤焦油。

2.根据权利要求1所述的高温煤焦油的脱水方法，其特征在于，所述破乳剂包括：聚醚类破乳剂、酚醛胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚破乳剂、聚氧丙烯-聚氧乙烯醚-聚氧丙烯酯复配物类破乳剂中的任一种的原油破乳剂。

3.根据权利要求1所述的高温煤焦油的脱水方法，其特征在于，所述破乳反应的时间为40～80分钟。

4.一种用于实施权利要求1所述的高温煤焦油的脱水方法的脱水装置，其特征在于，包括脱水罐、输送组件、排出组件以及用于在所述脱水罐内产生电场的电场发生组件；

所述脱水罐设置有进料口和排水口；所述输送组件包括输料泵和输送管，所述输送管的一端伸入所述进料口与所述脱水罐连接，所述输送管的另一端与所述输料泵的输出接口连接；所述排出组件包括排水管，所述排水管的一端伸入所述排水口与所述脱水罐连接；所述电场发生组件包括电极，所述电极设置于所述脱水罐内。

5.根据权利要求4所述的脱水装置，其特征在于，所述输送组件还包括混合器，所述输送管通过所述混合器与所述输料泵连接，高温煤焦油、水以及破乳剂于所述混合器混合，并通过所述进料口注入所述脱水罐。

6.根据权利要求5所述的脱水装置，其特征在于，所述混合器为混合调节阀。

7.根据权利要求5或6所述的脱水装置，其特征在于，所述输送组件还包括入口分配器，所述入口分配器设置于所述脱水罐内，所述输料管远离所述输料泵的一端与所述入口分配器连接。

8.根据权利要求7所述的脱水装置，其特征在于，所述输送组件还包括设置于所述脱水罐内的出口收集器，所述排出组件还包括排料管，所述排料管的一端与所述出口收集器连接，所述排料管的另一端伸出所述脱水罐外。

9.根据权利要求4所述的脱水装置，其特征在于，所述电极包括导电的内层和绝缘的外层，所述外层覆盖于所述内层的表面。

10.根据权利要求4所述的脱水装置，其特征在于，所述脱水罐还设置有排渣口。