中低温煤焦油电脱盐处理技术研究

刘纾言，王鑫，孙鹏

（中国石化 抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

中低温煤焦油电脱盐处理技术研究

刘纾言，王鑫，孙鹏

（中国石化 抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

采用电脱盐法，在破乳剂和脱金属剂共同作用下，对一种中低温煤焦油进行脱水、脱盐及脱金属预处理研究。确定电脱盐工艺最佳条件为：电场强度为1 000 V/cm，处理温度为140 ℃，注水比例为6%，破乳剂加入量为30～50 ppm，处理时间为20 min。在此工艺条件下处理后的煤焦油中盐含量由19.73 mg/L降低到12.96 mg/L，脱盐量达到34 %以上，水含量由100%降低到13%，金属脱除量达到27%以上。经过预处理的煤焦油能够满足后续加工过程的需求。

煤焦油；脱盐；脱水；破乳

Abstract:Dehydration,desalination and demetallization of a moderate-low temperature coal tar were studied by electric desalting method under combined action of demulsifier and demetallization agent. The optimum conditions were determined as follows: the electric field intensity 1 000 V/cm, the treatment temperature 140 ℃, the water injection ratio 6%, the demulsifier amount 30 ～ 50 ppm, the treatment time 20 min. The salt content in the coal tar treated under above conditions was reduced from 19.73 mg/L to 12.96 mg/L, the desalination amount was more than 34%, the water content was reduced from 100% to 13%, the metal removal rate was more than 27% The pretreated coal tar can meet the needs of subsequent processing.

Key words:Coal tar; Desalination ; Dehydration; Demulsification

煤焦油是煤炭干馏过程中的副产品，由于煤焦油的胶质、沥青质、残炭和金属盐类较高，采用加氢工艺时会堵塞催化剂的床层，产生压降，影响催化剂的运转周期，需要将影响催化剂运转周期的杂质控制在一定范围内[1,2]。煤焦油加氢制取清洁燃料油技术已成为煤焦油轻质化利用的有效途径。因此在煤焦油深加工之前，对原料煤焦油进行预处理以使其达到加氢催化剂要求显得尤为重要[3]。

电脱盐脱水法具有温度和压力要求更温和、操作简便、易于连续运行等优势。在石油加工过程中，原油首先都要经过脱盐脱水预处理，电脱盐脱水预处理工艺作为一种成熟的工艺已广泛应用于炼油中。煤焦油作为一种劣质油品，不仅密度高，而且还含有较高含量的固体杂质如煤粉等，目前工业化装置中，采用电脱盐预处理工艺成功实现对煤焦油原料脱盐脱水的很少，特别是能实现长周期稳定运转的更是鲜见报道[4,5]。另外，电脱盐过程中破乳剂、脱金属剂、沉降剂等助剂的联合使用起到了关键作用，但是市场上罕有针对煤焦油性质及其加氢预处理工艺特点所开发的产品，因此该过程使用的上述助剂其实都是从原油预处理助剂系列中选取的。因此，有必要针对煤焦油原料特点，优化电脱盐工艺参数，筛选出适合煤焦油脱盐脱水的助剂，进行煤焦油脱水、脱盐、脱金属系统预处理技术研究，使煤焦油杂质含量满足后续加工过程需求。

1 实验部分

1.1 原料性质

本次试验选择一种中低温煤焦油作为原料，原料油具体性质见表1，破乳剂，市售，脱金属剂A,B,市售。

1.2 试验装置及工艺

实验采用DPY-2C电脱盐试验仪，先将水、破乳剂和脱金属剂按比例加入盛有150 mL煤焦油样品的有盖三角瓶内，加热到 75 ℃温度后，摇动使其均匀混合一定的时间，再倒入装置的金属样品管，倒入总体积为70 mL，插入电极盖旋紧，放入电脱盐试验仪进行升温，待电脱仪加热至设定所需温度，设置好电流，开启高压，调节至设定电压值，进行脱盐脱水操作。

表1 煤焦油原料性质Table 1 Properties of coal tar

2 结果与讨论

2.1 煤焦油电脱盐处理条件优化

电脱盐脱水法具有温度和压力要求更温和、操作简便、易于连续运行等优势。由于煤焦油原料不仅密度高，而且还含有大量的机械杂质等原因，因此，煤焦油电脱盐预处理工艺的操作条件对电脱盐应用的效果至关重要，并且针对不同的原料，电脱盐的工艺条件也有所不同。

本实验以一种中低温煤焦油为原料，对影响电脱盐效果的几种工艺条件进行了单因素考察，使煤焦油杂质含量满足后续加工过程需求。

2.1.1 温度对煤焦油电脱盐的影响

在电场强度1 000 V/cm处理时间5 min、注水量6%、破乳剂用量50 ppm的条件下考察不同处理温度（125、130、135、140和145 ℃）对煤焦油脱盐脱水的影响。结果见图1。

通过图1分析后，可以发现温度对煤焦油粘度比油水密度差在油水效果分离的影响方面更加明显。煤焦油的粘度和油水之间的界面张力随着处理温度的逐渐提高而逐渐减小，而且由于水滴膨胀也会降低乳化膜的强度。同时，由于温度的增加，各种物料分子间碰撞结合的机会也大大增加，乳化剂在煤焦油中溶解度增加，使煤焦油中乳化水滴破乳聚结，有利于脱盐脱水[6,7]。但随着处理温度的升高，对处理设备的抗压性能也提出了更高的要求，而且煤焦油的电导率也会随着增大，结果导致脱盐装置的用电能耗明显增大。此外，温度的升高也会大大降低绝缘部件的使用周期。

图1 温度对煤焦油电脱水脱盐效果的影响Fig.1 The effect of temperature on the desalination effect of coal tar

综上所述，在其他操作条件不变的情况下，电场处理后煤焦油的含盐量、含水量都随着温度的增加呈现出先降低后稳定的趋势，140 ℃后曲线趋于平稳。温度低于140 ℃时，主要是由于煤焦油粘度较大而导致油水分离效果较差。所以，电场处理煤焦油比较合适的温度为140 ℃。

2.1.2 注水量对煤焦油电脱盐的影响

试验在温度140 ℃、电场强度1 000 V/cm、电场作用时间5 min、破乳剂使用量50 ppm的条件下考察注水量（5%、6%、7%、8%和9%）对煤焦油脱盐脱水效果的影响。结果见图2。

电脱盐注水的目的就是洗涤原油中的盐，注水过少达不到上述目的，过多又会导致处理后原油的含水增加、电脱盐设备运行电流增大，甚至短路，能耗增加。

图2 注水量对煤焦油电脱水脱盐效果的影响Fig.2 Effect of water injection on dehydration and desalination effect of coal tar

在其他因素一定的条件下，随着注水量的增加，电场处理后煤焦油的含盐量先减小后增加，而油中的水含量在＞7%以后持续增加。这是由于随着注水量的增加到一定程度，脱水效果不好，并且导致含盐量增加，适宜的注水量为6%。

2.1.3 电场停留时间对煤焦油电脱盐的影响

试验选择电脱温度为140 ℃、注水量6%、破乳剂用量50 ppm条件下，考察不同停留时间对电场处理煤焦油油效果的影响，处理结果见表2。

表2 不同停留时间下单级复合电场处理煤焦油的效果Table 2 Treatment effect of coal tar of the single-stage composite electric field under different residence time

从表2的结果看，随着电场作用时间的增加，煤焦油中的含水量和含盐量逐渐降低，作用时间20 min以后油中的含盐量降低不明显，因此处理煤焦油电场的作用时间至少在20 min以上。

2.1.4 破乳剂用量对原油脱盐脱水效果的影响

考察破乳剂用量的试验，在温度 140 ℃、电场强度1 000 V/cm、电场作用时间20 min、注水量6%的实验条件下考察不同破乳剂用量（5、10、30、50和70 ppm）对原油脱盐脱水效果的影响。结果见图3。

破乳剂的使用量对高压静电作用下煤焦油的破乳也有着明显的影响。一般情况下，当破乳剂的使用量小于其临界胶束浓度时，随着破乳剂使用量的逐渐加大破乳效果也随之增加；当破乳剂的使用量达到并超过其临界胶束浓度后，随着破乳剂使用量的逐渐加大其破乳效果会出现两种趋势，第一种情况是随着破乳剂使用量增加其破乳效果不变，另一种是由于反乳化进而形成油水乳状液，而使得其脱水性能变得更差[8]。所以，采用高压静电场处理煤焦油时须确定破乳剂的最佳使用量（图3）。

图3表明：在其他操作条件不变的条件下，电场处理后煤焦油的含盐量、含水量随着破乳剂用量的增加，都表现出先下降后稳定的趋势。可见，适宜的破乳剂用量为30～50 ppm。

2.2 电脱盐脱金属效果考察

煤焦油原料中的金属能造成后续加氢催化剂的失活，为了减轻对后续加氢催化剂的影响，有必要对煤焦油中金属的含量进行考察。本试验选择两种脱金属剂A，B加入量均为50 ppm，在电场强度1 000 V/cm，电脱盐处理温度140 ℃，注水比例6%，破乳剂加入量30～50 ppm，处理时间20 min，的最佳工艺条件下对煤焦油中重金属的脱除效果进行考察，结果见表3。

图3 破乳剂使用量对煤焦油电脱水脱盐效果的影响Fig.3 Effect of demulsifier amount on coal tar dehydration rate

从表3的结果看，煤焦油通过脱金属剂A和B电脱盐处理后，总金属脱除量都在27%以上，达到了脱除部分金属的目的，其中金属Ca和Na的脱除量较高，而金属Fe变化不大。分析原因主要是，其中金属Ca和Na主要是以可溶于水的无机盐形式存在，而金属Fe多是以环烷酸盐、羧酸盐、卟啉等大分子有机物形式和不溶于水的金属氧化物形式存在，因此通过电脱盐处理，煤焦油中金属Ca和Na的脱除量较高，金属Fe的脱除量较低。

表3 电脱盐对煤焦油金属的脱除效果Table 3 Metal removal effect of coal tar

3 结 论

（1） 中低温煤焦油原料电脱盐、脱水优化工艺条件为：电场强度1 000 V/cm，电脱盐处理温度为 140 ℃，注水比例 6%，破乳剂加入量 30～50 ppm，处理时间20 min。

（2） 中低温煤焦油原料在最佳电脱盐工艺条件下，煤焦油中盐含量 19.73 mg/L降低到 12.96 mg/L，脱盐量 34 %以上，水含量由 100%降低到13%，金属的脱除量达27%以上，满足后续加工过程需求。

（3） 电脱盐对中低温煤焦油中金属Ca和Na的脱除量较高，金属Fe的脱除量较低。

［1］高晋生. 煤的热解、炼焦和煤焦油加工[M]．北京：化学工业出版社，2010：53-58．

［2］ 张晓静．中低温煤焦油加氢技术[J]．煤炭学报，2011(5)：840-844．

［3］张海军．煤焦油加氢反应性的研究 [D]．太原：太原理工大学，2007∶54-72．

［4］陈新智．关于全馏分中低温煤焦油加氢预处理技术路线可行性分析[J]．化工管理，2015，01∶114-117．

［5］刘香兰，贺兵．电脱盐装置的运行分析及工艺优化[J]．化工生产与技术，2014，01 (23)：53-73．

［6］张士元，李文深，刘洁，等．酸渣脱水的工艺研究[J]．当代化工，2011，40 (11)∶1111-1117．

［7］于晓雪，廖克俭，王洪国．原油电脱盐工艺的影响因素[J]. 当代化工，2013，42 (1)∶116-118．

［8］ 李希会．原油电脱盐装置操作条件优化[J]．当代化工，2015，44(12)：2885-2888．

Study on Desalination Technology of Moderate-low Temperature Coal Tar

LIU Shu –yan,WANG Xin,SUN Peng

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

TE 624

A

1671-0460（2017）09-1786-03

2017-07-15

刘纾言（1984-），女，辽宁省抚顺市人，工程师，硕士，2010年毕业于沈阳化工大学材料科学与工程专业，研究方向：从事炼油助剂研发与评价工作。E-mail：liushuyan.fshy@sinopec.com。