影响煤气化废水中酚类物质萃取的因素分析

中国的煤化工事业发展的如火如荼，然而大量煤化工废水经过处理后排放到自然水体中，造成了水污染。克旗煤制气公司的废水经过处理后补充到循环水体系中，实现了环境与效益的双丰收。煤气化废水要想回用，脱酚和除油是关键，本文根据克旗煤制天然气公司的实际运行情况，分析了影响二异丙基醚(溶剂)萃取煤气化废水中酚类物质效果的因素。
1 .项目概况
内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司利用内蒙古锡林浩特胜利煤田的褐煤作为原料和燃料，选择固定床干法排灰纯氧碎煤加压气化、低温甲醇洗净化、镍基催化剂甲烷化等技术生产代用天然气。设计规模为公称能力1200万Nm3/d。生产的产品为40亿方/年代用天然气，焦油、粗酚及其他副产品。主产品天然气采用长输管道输送至北京、赤峰、承德等沿线城市。
该项目于2009年8月30日开工建设，2011年8月26日气化炉空气点火成功，2012年7月全部流程贯通。
2 .萃取在煤气水处理过程中的位置
在煤气化废水的处理过程中，酚氨回收工段处在煤气水处理过程中的核心位置，酚氨回收处理效果的好坏，直接决定污水的最终处理效果。因此，酚氨回收是煤气水处理过程的瓶颈。
酚氨回收工段的主要作用是降低煤气化废水中的COD、总氨、油含量等，也能除去煤气化废水中的挥发性气体NH3、CO2、H2S等其它气体。煤气化废水中的COD高主要是酚类物质含量高导致的，因此，脱除废水中的酚类物质是降低煤气化废水COD最直接、有效的途径。脱酚采取的是萃取工艺，萃取效果的好坏决定了废水中COD的大小，萃取又是酚氨回收处理废水的“咽喉"。
3 .影响萃取效果的因素
3.1 萃取剂的选择
在煤气化废水处理过程中用到的萃取剂有：
(1)云南解放军化肥厂：中油萃取；
(2)河南义马气化厂：老工艺，醚萃取；
(3)哈尔滨气化厂：新工艺，MIBK萃取；
(4)南非萨索尔公司：醚萃取；
(5)克旗煤制气项目：新工艺，醚萃取。
根据煤气化废水的成分组成，选择合适的萃取剂。二异丙基醚作为萃取剂提取废水中的酚类物质，工业应用较多，取得了丰富的经验和成功的先例。以下是各种萃取剂的理化性质(表1)。
综合考虑煤气化废水中的酚类物质含量、萃取剂对酚类物质的分配系数、萃取剂在废水中的溶解度、萃取剂回收的难易程度、萃取剂不与产品发生反应、与原溶液易于分离、能耗的高低、经济效益等因素综合考虑，选择一种合适的萃取剂。
3.2 pH对对萃取的影响
对于酚的萃取当pH值大于8.5时，分配系数急剧下降，其主要原因是在PH值较低的情况下，污水中的一部分酚可由离子态转变为分子态，从而有利于萃取。
3.3 温度对萃取的影响
(1)在温度不影响产品质量的前提下，可以适量增加萃取温度，加快分子的热运动，延长萃取时间。
(2)过高的萃取温度，可能改变溶剂或者原溶液的物理性质，使得溶剂在原溶液中的溶解度增大，反而降低了萃取效率。
(3)选择合适的温度，对萃取效率的影响也不容忽视。二异丙基醚为溶剂萃取煤气水中的酚类物质，最佳的萃取温度为35—45℃。
3.4 萃取时间对萃取的影响
合适的萃取时间也是影响萃取效率的重要原因之一。萃取时间过短，溶剂与原溶液未充分接触，致使原溶液中部分酚类物质未接触到溶剂，从而继续留在原溶液中。原溶液带走的总酚量过大，萃取不完全，降低了萃取效率。萃取时间过长，会增加设备的投资。
萃取剂量、萃取级数和分配系数对萃取的影响设：V为原溶液的体积，w0为萃取前化合物的总量，w1为萃取一次后化合物的剩余量，w2为萃取二次后化合物的剩余量，wn为萃取n次后化合物的剩余量，S为萃取溶液的体积，K为分配系数。
Wn=[ V/(SK+V)]nw0
由上述公式可得：溶剂用量越大，萃取效果越好。萃取级数(次数)越大，萃取效果越好。分配系数越大，萃取效果越好。通过计算，克旗煤制气项目的污水萃取级数为4级。
3.5 萃取塔类型对萃取的影响
在煤化工领域酚类物质的萃取主要是采用转盘萃取塔和填料萃取塔这两种。义马气化厂采用的萃取塔为转盘萃取塔，大唐克旗煤制气采用的萃取塔类型为填料萃取塔。其中，转盘萃取塔的效率高，但是需要消耗电能转化为用于搅拌的机械能。在一定的搅拌速度下，随着搅拌速度的增加，液滴尺寸越小，分散相的滞液量越大，则在萃取塔内提供的相际接触面积越大，对传质越有利，萃取效率增大。
填料萃取塔就是在塔内装有一定数量的填料，为传质过程提供气、液(或液、液)两相充分的接触面，并为提高其湍动程度创造条件，以利于传质。它们应能使气、液接触面大、传质系数高，同时通量大而阻力小，并在结构上还要有利于两相密切接触，促进喘流。克旗煤制气项目使用的是规整格栅填料，萃取效率高，萃取剂与酚水的体积比为1：7，萃余液中总酚含量≤500mg/L。
4 .结语
根据煤气化废水的性质，选择合适的萃取剂和萃取塔类型，决定着萃取的结果。二异丙基醚作为一种工业应用成熟、实际应用经验丰富的酚类物质萃取剂，被广泛地用于酚类物质的萃取工程中。在萃取过程中，控制住萃取系统的温度、pH值、萃取时间、萃取剂的量等一些因素，就能使萃取后的煤气水中总酚含量、COD等指标符合进入生化处理系统的水质要求。