闫玫霖，张汕

(伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁 835000)

0 引言

在加工和生产煤炭产品的过程中，通常会形成一定量煤气水，含有大量的无机物及有机物的有毒物质，对煤气水进行处理的难度极大。经专业人员分析，在煤气水所含各类物质中，占比最大的物质为含尘重芳烃。重芳烃指的是分子量在二甲苯以上的芳烃，其来源以煤焦油、重整重芳烃还有裂解重芳烃为主，在制作炭黑、汽油以及石油树脂等领域发挥着极为重要的作用。如何做到快速且高效地分离煤气水中所含的重芳烃，现已成为业内人士关注的焦点。

1 装置介绍

众所周知，加压气化炉所排出气体的构成相对复杂，通常包括吡啶、重芳烃等，这也为煤气水的形成提供了条件[1]。作为煤炭化工行业特有名词，煤气水的来源相对广泛。其一是气化装置，鲁奇工艺强调通过气化炉排出洗涤粗煤气环节所形成的废水。研究表明，气化炉所形成煤气水的占比约为50%，在运行期间还会形成大量焦油、粉尘和溶解氧。由此可见，对煤气水进行处理的切入点通常是气化炉。其二是变换装置，该装置负责对洗涤器内粗煤气进行处理。该环节所形成煤气水占比约为30%，其成分以氨、油、脂肪酸以及粉尘为主。其三是高压装置，在高压作用影响下，煤气水将通过分离器到达冷却器，冷却和凝结期间所形成煤气水的占比约为10%，其成分相对简单。剩余环节所形成煤气水的总占比为10%。经专业人员分析，煤炭化工企业日常生产所形成煤气水的成分并不固定，前期所形成煤气水普遍含有酚类、循环水和粉尘，中期成分多为焦油、脂肪酸还有游离氨，后期占比较大的成分为脂肪酸及硫化氢。以往各企业多通过洗涤、冷却等方式对煤气水进行处理，传统处理工艺所存在不足十分明显。在强调绿色、环保和持续发展等理念的当今社会，传统工艺已逐渐退出历史的舞台，相应地，可被用来分离煤气水的装置的种类及数量均较以往有所增多[2]。需要注意的是，对煤气水进行分离的装置，其所处理对象主要是变换冷却装置内部含油煤气水、含焦油煤气水，还有煤气化装置内部含尘煤气水。即在冷却煤气水的前提下，通过对煤气水所含固态多元烃、溶解气以及固态重芳烃物质进行分离的方式，获得符合酚回收装置要求的酚水，确保该装置可长期处于稳定、可靠的运行状态，为企业乃至社会的发展助力。

2 煤气水中重芳烃产生的途径

专业人员指出，面向初焦油所布设分离装置是含尘重芳烃的主要来源。这是因为在分离煤气水的过程中，分离装置往往会先将煤气水运往第一沉降区，到达沉降区的煤气水，通常会透过分离装置环缝渗入第二沉降区，在此过程中，相对粘稠的重芳烃将下沉到装置底部。该环节所分离重芳烃、油分离器所分离重芳烃均会通过相应输送泵到达三相离心机，由离心机负责进行更进一步的处理。对含尘重芳烃进行分离所得重芳烃，将沿现场所布设管线到达重芳烃槽。其中，重芳烃渣经由排渣管线转移到指定区域，由工作人员装车并进行外运，与此同时，煤气水将沿排液管线被尽数运往焦油污水槽[3]。重芳烃则通过分离器被排出，在自身重力的作用下，顺利到达重芳烃槽，再经由重芳烃泵被运往灌区并投入使用。研究表明，要想避免分离水煤气水的工作出现安全风险，关键是要严格控制分离装置底部重芳烃的整体黏稠度，通过在底部外部增设盘管蒸汽、直通蒸汽的方式，确保其具有理想的流动性。

3 重芳烃处理方法研究

含尘重芳烃的主要成分是重芳烃、煤尘，考虑到该物质既不具备流动性，又具有黏稠度高的特点，对其进行处理的难度往往极大。

3.1 装车外运

对煤气水进行分离时，工作人员所遇到难点如下：其一，排放气。贮槽、分离器对煤气水做减压闪蒸处理期间，通常会形成一定量闪蒸气，该气体含有CO、CH4等有害、有毒成分。常规处理方案往往选择直接排出未经处理的排放气，该做法不仅会污染附近环境，使厂区空气质量受到影响，还有极大概率出现排放气冒出的情况，这是因为常规方案所使用漏斗为敞口漏斗，不具备良好的密封性。其二，含煤焦油。运行过程中，偶尔会出现气化炉燃烧不充分所形成煤粉混入煤气水系统的情况，若工作人员未能及时发现并处理该问题，便会增加分离器、冷却器或是回收器堵塞的概率。一旦换热器被堵塞，膨胀器内煤气水的温度就会受到影响，进而发生乳化等问题，加之现有分离器并不具备快速、高效分离乳化煤气水的功能，极易致使乳化煤气水大量进入后系统，不仅包括酚回收装置在内的多个装置会受到影响，对酚类物质进行萃取的质量与效率也会出现不同程度地降低。分离器堵塞所带来问题，主要是底部锥体内堆积煤尘量持续增加，进而堵塞排放管线，导致搅拌器无法正常运行，分离器内预留分离空间不断被压缩，经过处理的物质，极易出现含油量超过行业标准的情况。

综上，含尘重芳烃往往会聚集在分离装置底部，如果工作人员未能做到定期处理及排放，将使设备发生搅拌零件损毁、运输通路堵塞等问题概率大幅提高[4]。为解决该问题，相关人员提出以下方案：在处理重芳烃的过程中，定期对含尘重芳烃进行装车，将其运送到热电锅炉内，为锅炉充分燃烧提供支持。需要注意的是，该方案并不能够达到对重芳烃进行深入处理的效果，这是因为本文所讨论含尘重芳烃往往含有大量煤尘，在未经处理的情况下，对该类重芳烃进行焚烧，不仅无法保证其得到充分利用，还会给附近环境造成严重污染，其社会效益、经济效益均难以得到保证。

3.2 沉淀池沉淀

该方案先要由工作人员通过运输车将含尘重芳烃尽快转移至沉淀池，再对池内物质进行静置及沉淀，上层重芳烃往往经由输送泵被送往膨胀器，按照处理方案所提出要求进行循环处理，下沉重芳烃可利用运输车送至热电锅炉内，作为热电装置的燃料加以使用。虽然该方案能够达到循环利用重芳烃的要求，但仍然存在诸多尚未解决的问题，例如，由于重芳烃粘稠度较高，极易堵塞输送泵及输送管线，对堵塞部分进行疏通的难度较大，无法保证项目取得理想的经济效益，物质利用率偏低，处理步骤繁琐且工作量极大，装车环节极易给附近环境、现场地面造成污染等。

3.3 离心机分离

对煤气水进行分离需要经过以下步骤：首先，收集煤气水，对其进行洗涤并冷却，确保轻油、焦油得到有效分离。考虑到该环节可重复展开，化工企业往往会引入鲁奇炉或类似设备，确保煤气水所含粉尘和其他杂质能够得到最大程度地分离。其次，通过高压处理+高温处理的方式，分离剩余煤气水，该环节的作用主要是回收氨、酚，为后续的生化处理提供便利。再次，待回收有机物质的环节告一段落，便可通过沉淀、活性炭吸附等方式，对煤气水进行处理，将其给附近环境所造成不良影响降至最低。最后，由专业人员观察并化验废水，判断废水是否符合排放标准，对于符合标准的废水，可直接排入附近河道。

近几年，诸多企业选择引入三相离心机，强调利用离心机系统且高效的处理重芳烃，其工作原理如下：先将固相、液相注入离心机，再凭借离心力场，对固相、液相进行扩大，确保固相能够尽数沉降，与此同时，液相的层次也会变得更加清晰。在完成三相分离后，利用特殊设备将分离所得物质排出离心机内部。其特点在于进料过程、分离过程无缝衔接，通常不需要手动操控。实验证实，在正常工况下，含尘重芳烃均会在自身重力的影响下，下沉到装置底部所增设锥体内，随后，再通过泵送的方式，确保重芳烃能够被快速转移至离心装置内部，在此过程中，一部分高密度重芳烃会在离心力的作用下，沉降至对应转鼓壁的表面[5]。

目前，市面上常见三相离心机，均可被拆分成转鼓、叶片、电机和变频器等部分，其中，转鼓采用双锥角转鼓，其内壁表面设有凹凸槽，可保证螺旋输送固相等操作按照计划进行。叶片表面均匀覆盖着硬质合金，其作用是为叶片提供全方位保护，最大程度延长叶片寿命。设备电机由变频器进行控制，工作人员可视情况对电机频率进行更改。主变频器负责向副变频器提供运行所需电能，这样设计的优点是可保证电能得到充分利用。在对其加以使用前，先要了解以下内容：在利用进料泵将计划分离的物料转移到转鼓内部后，物料将受到转鼓旋转所产生离心力影响，致使固相颗粒迅速沉降至转鼓的内部，考虑到转鼓转速、螺旋转速往往存在一定差异，二者间极易形成相对运动，促使高密度固体得到高效分离与沉降。在此过程中，具有不同密度的清液始终以同心圆柱的形态存在，其中，轻质液相位于圆柱内层，重质液相位于圆柱外层。工作人员可利用调液板对各液体环厚度进行调节。转筒壁表面所沉积固体渣，将经由输送器被运送到锥体端并进入积料箱，油、水可从对应出口被排出，进料和出料环节均不需要工作人员干预。

事实证明，三相离心机内置的分离系统，在对含尘重芳烃进行分离处理方面，具有极为突出的表现，可确保经过处理的重芳烃被运往罐区并直销。煤气水则会被运回分离装置，进入下一个循环，在循环处理煤气水的过程中，该设备可自行对煤粉、高热值胶粉进行融合，进而形成具有使用价值的成型煤。实践结果表明，该方案具有操作简单、流程短和成本较低的优点，符合当今社会所倡导的绿色环保理念，在经济效益、社会效益等方面，均有极为突出的表现，加之该方案回收企业所投入资金的速度极快，现已在煤炭化工行业得到了大力推广和广泛运用。

4 重芳烃处理效果说明

分离煤气水的过程相对复杂，包含多道预处理工艺，要想使分离处理的效果达到预期，关键是要以回收产品为依据，对处理方案和工艺加以确定。例如，化肥厂需要着重分离煤气水所含液体油和焦油，通过净化的方式，确保分离后物质能够得到充分利用。在前期准备阶段，既要对煤气水进行冷却并沉淀，还要采取高温及高压预处理工艺，这是因为分离煤气水的效果极易被温度、压力所影响，只有温度适宜，才能使脂肪酸、油类有机物得到有效处理，而压力的影响主要体现在饱和度、沉淀速率等方面。在将气化炉内煤气水向变换装置进行转移期间，酌情提高反应压力，可使分离速度及效果得到改善，要想使焦油、液态水得到有效分离，则需要将环境温度由初始的180 ℃调整为160 ℃。由此可见，分离煤气水的工作往往分为三步：首先是闪蒸。强调以减小压力为前提，通过膨胀的方式使煤气水既有气相分压处于平衡状态，待外界温度上升到预设温度，液体所含气体就会得到分离，达到液气分离的效果[6]。其次是沉淀。该环节强调利用固液密度不同这一特征，对固体、液体进行分离，使焦油得到有效回收。最后是隔油。简单来说，就是过滤煤气水所含焦油、其他轻质物质，达到回收的最终目的。

在很长一段时间内，某企业均通过装车外运+间断排放的方式，对重芳烃进行处理，考虑到重芳烃含有过多煤粉，无法直接进行销售，故管理层决定对处理方案进行调整。新方案如下：利用三相离心机对分离器底部所堆积重芳烃进行及时且高效的分离，确保分离所得煤气水能够被运回分离器，由分离器进行更进一步的分离处理，焦油将被转移到焦油槽，通过泵送的方式到达罐区并外售，分离所得废渣将直接装车，被运送到指定区域，连同粉煤一起进行燃烧。在此过程中，离心机的优势主要体现在以下方面，一是可被用来对纯焦油进行分离，通过对处理流程进行简化的方式，使经济效益最大程度接近预期，二是使装车环节重芳烃外排的问题迎刃而解，相关工序给环境所造成污染也能够被降到最低。

该企业先后购入四台三相离心机，截至目前，离心机运行总时长已达到4 000 h，含尘重芳烃的处理量约为24 000 t，分离所得焦粉、重芳烃各方面性质均与行业要求相符，真正做到了零排放。在检修离心机或相关装置期间，工作人员可将重芳烃转移到沉淀池，通过沉淀的方式进行相应处理，各项指标如表1和表2所示。

表1 分离器进料指标

表2 分离器出料指标

在利用分离器对煤气水进行处理期间，有以下几方面内容需要引起重视：

其一，理论上说，分离器运行压力应在0.6～3.0 kPa 间，对应温度以120 ℃为最佳，实际工作中，考虑到多方面因素的影响，工作人员通常会将分离压力设定在0.6～1.5 kPa这一范围，对应温度则在70℃左右。

其二，理想状态下，过滤器运行压力应控制在800 kPa左右，运行温度以100 ℃为最佳。对其加以使用时，工作人员往往会视情况对压力、温度进行调整，该企业便将分离压力调整至380 kPa，对应温度则处于36.5～37.5 ℃间。上述设备均为分离煤气水的常规设备，经过数年的发展，相关设备也得到了全面升级，以均化器、膨胀器为代表的新型设备逐渐得到了广泛运用，对新型设备加以运用期间，工作人员同样应当做到以项目需求为依据，对各项参数进行设定。

其三，先对初焦油和最终油所用分离器排放出的气体进行收集，再经由既有管线，将排放气统一转移到气化火炬内，通过燃烧处理的方式，将排放气给外界环境所造成污染降至最低。

除此之外，在处理含煤粉重芳烃时，工作人员应避免在换热器运行期间开启旁路，以免列管内堆积大量煤尘。定期清理冷却器底部，通过将下封头重组分转移到对应污水槽内的方式，将冷却器发生堵塞或类似问题的概率降至最低。在每天的同一时间，对初焦油所使用分离器内部含尘重芳烃进行排放，控制煤尘堆积量。

5 结语

通过上文的分析不难看出，传统的装车外运、沉淀池沉淀不仅需要消耗大量资源，还会给附近环境造成污染，随着三相离心机的加入，传统方案所存在问题迎刃而解。该方案所强调重点是利用离心机，分别对重芳烃、脱水所得煤粉加以处理，其优势主要体现在两个方面：一是能够严格控制分离处理期间重芳烃给环境产生的影响；二是可为企业带来更加可观的收入。在强调绿色环保的当下，对该方案进行推广是大势所趋，各企业可参考该方案对处理煤气水的工艺进行调整，此举既能够实现节能降耗的目标，还对煤炭化工行业今后的持续发展具有重大意义，应对此引起重视。