淺談中低溫煤焦油加氫技術(shù)

淺談中低溫煤焦油加氫技術(shù)

劉鵬康苗(神華集團(tuán)鄂爾多斯煤制油分公司煤液化中心017209)

摘要：本文通過(guò)研究分析近年來(lái)我國(guó)在中低溫煤焦油加氫技術(shù)方面的具體發(fā)展情況，知道了解我國(guó)現(xiàn)今的煤焦油加氫發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)中低溫煤焦油加氫技術(shù)從技術(shù)原理與目的、煤焦油加氫工藝及加氫后的煤焦油特性等多方面進(jìn)行分析，同時(shí)還討論了幾個(gè)具體的實(shí)例，分析得出其中的不足修要改進(jìn)的地方，也得出了好的部分可以進(jìn)行研究推廣，更對(duì)這項(xiàng)技術(shù)提出了部分改進(jìn)的策略。

關(guān)鍵詞：中低溫煤焦油；加氫技術(shù)；改進(jìn)策略；發(fā)展建議

一、引言

煤在經(jīng)過(guò)熱加工后會(huì)產(chǎn)生一種主要由多組分組成的混合物質(zhì)，也就是煤焦油。對(duì)煤進(jìn)行不同熱加工過(guò)程工藝可以得到不同的煤焦油，可分為低溫煤焦油、中溫煤焦油與高溫煤焦油。煤焦油是煤在經(jīng)過(guò)熱加工處理后進(jìn)行分解、氣化所得到的副產(chǎn)品，主要是由碳和氫組成的一種復(fù)雜混合物質(zhì)，是一種石油化工的寶貴資源。但是在我國(guó)由于技術(shù)有限，只有少部分的煤焦油被提取出了苯、酚、蒽等一些化學(xué)物質(zhì)，其他的大部分都是直接作為燃料燃燒。

而我國(guó)在多煤焦油的產(chǎn)業(yè)方面由于受到一定的技術(shù)限制產(chǎn)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界其他地區(qū)，并且我國(guó)與煤焦油生產(chǎn)有關(guān)的企業(yè)分布也受到地域的限制比較分散，使得長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)煤焦油資源沒有進(jìn)行充分的利用。其中只有部分高溫煤焦油被提取出來(lái)用于化工產(chǎn)品中的生產(chǎn)研究，還有少量的中低溫煤焦油經(jīng)過(guò)分餾分油被提取出來(lái)當(dāng)做發(fā)電機(jī)燃料利用起來(lái)，但是大部分的煤焦油都被當(dāng)成是可燃油物質(zhì)進(jìn)行燃燒處理了，這是造成煤焦油浪費(fèi)的主要原因。另外，在煤焦油中氮和硫的含量相對(duì)其他物質(zhì)含量要高，在對(duì)煤焦油進(jìn)行燃燒前如果沒有進(jìn)行脫硫與脫氮工藝處理的話就會(huì)產(chǎn)生大量的硫和氮氧化物。這種燃燒不僅帶來(lái)了巨大的浪費(fèi)還給環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)重的污染。隨著我國(guó)對(duì)油品需求量的增大和對(duì)環(huán)境保護(hù)的提高，如何合理利用煤焦油資源，已經(jīng)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題了。

隨著中國(guó)這幾年的快速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)大型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，流化床煤氣化技術(shù)跟煤干餾提質(zhì)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在與煤相關(guān)的多種生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中了。隨著這些技術(shù)的應(yīng)用，中低溫煤焦油的產(chǎn)量也跟著有了很大程度的提升，發(fā)展到現(xiàn)今，中低溫煤焦油的加工利用已經(jīng)發(fā)展成為煤化工產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分了。

中低溫煤焦油較高溫煤焦油的組成與性質(zhì)卻沒有什么相同之處。在中低溫煤焦油中所含的主要化合物質(zhì)是氧化物跟鏈狀烴，另外還有20%左右的酚類化合物跟20%左右的烷狀烴，還含少量的焦油瀝青。不同的加熱溫度跟熱解工藝都會(huì)使得煤在加工后產(chǎn)生的煤焦油組成跟性質(zhì)發(fā)生改變。

20 世紀(jì)30 年代煤焦油加氫技術(shù)從德國(guó)開始被發(fā)明應(yīng)用，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)跟設(shè)備制使得當(dāng)時(shí)這種技術(shù)并沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，而在這之后就開始了對(duì)石油的發(fā)現(xiàn)跟大量開采使得煤焦油加氫技術(shù)的研發(fā)停止下來(lái)。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的煤化工產(chǎn)業(yè)得到了巨大的發(fā)展也就給我過(guò)在煤焦油加氫技術(shù)提供的重要的研究發(fā)展條件了，帶動(dòng)了我國(guó)的煤焦油加氫技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。

二、中低溫煤焦油加氫概述

1.煤焦油的特性

中低溫煤焦油從表面上看可以看出它是一種黑色的粘稠液體，粘度較大，密度也要小于水，具有特殊性氣味。中低溫煤焦油的主要組成物質(zhì)是由兩環(huán)以上的稠芳香族化合物。而且，在對(duì)煤進(jìn)行不同的熱加工工藝或者是不同的煤原料在加工后產(chǎn)生出來(lái)的中低溫煤焦油的組成與性質(zhì)也是不同的。

2.煤焦油加氫的目的及原理

中低溫煤焦油是一種液體物質(zhì)，其中所含的烯烴、多環(huán)芳烴等不飽和烴的含量很大，含有的氮跟硫及其化合物的含量也很大。煤焦油的儲(chǔ)存、氧化這些安定性能也比較差，使得煤焦油無(wú)法加氫生成優(yōu)質(zhì)燃油產(chǎn)品，獲得的途徑一般是經(jīng)過(guò)干餾、氣化或者是熱加工分解這些手段。在對(duì)煤焦油加氫工藝處理過(guò)程時(shí)完成了對(duì)煤焦油的脫氮跟脫硫處理使得煤焦油的安定性能得到了一定的改善，也極大的降低了煤焦油中的芳香烴含量，使得最終能夠獲得能夠跟汽油和柴油相媲美的優(yōu)質(zhì)燃油。在煤焦油加氫處理過(guò)程中的主要一些反應(yīng)有加氫脫氮反應(yīng)、加氫脫硫反應(yīng)還有不飽和烴加氫飽和反應(yīng)。在煤焦油加氫反應(yīng)后生成物中所含的硫原子會(huì)轉(zhuǎn)化為硫化氫，氮原子會(huì)轉(zhuǎn)化為氨，氧原子則是轉(zhuǎn)化為水，其中的有機(jī)金屬則是轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的金屬硫化物，剩下的不飽和烴會(huì)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的飽和烴類產(chǎn)物。

3.煤焦油加氫工藝

煤焦油加氫工藝過(guò)程是在一定的溫度跟壓力下在其中添加相應(yīng)的催化劑進(jìn)行反應(yīng)作用將煤焦油里面含有的氮跟硫等著一些原子進(jìn)行脫離，并且使得其中的芳烴類的化合物反應(yīng)實(shí)現(xiàn)飽和化處理，從而可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的汽油與柴油。煤焦油加氫工藝過(guò)程是把煤焦油先經(jīng)過(guò)事先的脫水跟除雜質(zhì)處理后,在對(duì)其進(jìn)行加氫反應(yīng)。氫原料經(jīng)過(guò)泵打出來(lái)氫氣混合物加熱后進(jìn)行加氫反應(yīng)，然后加氫生成物進(jìn)入換熱器開始冷卻，冷卻后再次進(jìn)入分離器中進(jìn)行氣液分離。分離出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)返回系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用，而分離出來(lái)的液體則是進(jìn)入分餾塔中，塔中頂部的輕質(zhì)油是石腦油，底部的重油過(guò)濾后得到的就是柴油，石腦油經(jīng)過(guò)重整得到汽油。

4.加氫產(chǎn)品油特性

中低溫煤焦油經(jīng)過(guò)加氫后得到的燃料油，對(duì)其進(jìn)行選取130- 145℃之間蒸餾出來(lái)的無(wú)色透明液體是石腦油，在170-320℃所蒸餾的黃色透明液體則是柴油，石腦油經(jīng)過(guò)重整得到汽油產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩種油進(jìn)行測(cè)定可以知道石腦油重整出來(lái)的汽油符合國(guó)家的93 號(hào)汽油標(biāo)準(zhǔn)，而分餾出來(lái)的柴油也符合國(guó)家0號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)。

三、煤焦油加氫技術(shù)及應(yīng)用

1.煤焦油加氫精制/加氫處理技術(shù)

煤焦油加氫精制/加氫處理技術(shù)這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是應(yīng)用了固定床加氫精制或則是直接加氫處理，一為了得到石腦油、汽油、柴油以及低硫低氮重質(zhì)燃料跟一些碳材料這些產(chǎn)品為目的進(jìn)行去除煤焦油中的硫、氮、氧跟部分金屬等雜質(zhì)的操作。而我國(guó)所開發(fā)的對(duì)煤焦油進(jìn)行的加氫精制技術(shù)是以煤焦油中所含的輕餾分油作為加工原料對(duì)其進(jìn)行固定床加氫操作，從而得到石腦油跟柴油等這些產(chǎn)品。但是這類技術(shù)發(fā)展到目前仍然有缺點(diǎn)需要改進(jìn)。首先是在原料油中存在著較多的雜原子，這些雜原子都沉積在催化劑的表面上，使得催化劑在作用時(shí)活性要比正常情況下低得多；還有就是原料油中還含有大量的芳烴跟烯烴這一些不飽和烴，這些不飽和烴都會(huì)影響到在加氫反應(yīng)時(shí)的穩(wěn)定性。

2.中科院山西煤化所技術(shù)

中科院在2004 年在山西建立了一所對(duì)煤焦油加氫制清潔燃油技術(shù)研究所，這個(gè)研究所得到了國(guó)家的科研的大力支持。在經(jīng)過(guò)了許多年的研發(fā)后終于開發(fā)出了一個(gè)煤焦油加氫工藝及其專用催化劑，并且在2009 年建立起來(lái)了一個(gè)百噸級(jí)別的測(cè)試裝置。這項(xiàng)技術(shù)在對(duì)煤焦油進(jìn)行高效清潔利用的同時(shí)還能夠很大程度的降低產(chǎn)出油中硫、氮、氧及其他金屬雜質(zhì)的含量，提高了煤焦油加氫的安定性，還能很大的提升汽油跟柴油的質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)地區(qū)基于這項(xiàng)技術(shù)開始興建一些與煤焦油加工有關(guān)的工廠，這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)給國(guó)家?guī)��?lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

四、中低溫煤焦油加氫工藝的改進(jìn)策略

雖然在中低溫煤焦油加氫工藝的研發(fā)投入了大量的人力物力跟財(cái)力，所取得的成果也很大，但其中仍然還有些地方需要改進(jìn)。1.在對(duì)以加氫精制的加氫裂化工藝技術(shù)為基礎(chǔ)時(shí)，把煤焦油專用的加氫催化劑研發(fā)出來(lái)，在制作的過(guò)程中要考慮到其他的現(xiàn)有成熟技術(shù)應(yīng)用到其中已得到更快的成效，還可以根據(jù)原料油的不同性質(zhì)跟組成程度進(jìn)行根深一步的研究，并充分利用新型催化劑材料和助劑，從而使生產(chǎn)輕質(zhì)燃料油的原料來(lái)源得到極大程度的拓寬。例如，煤焦油中本身還含有大量的膠質(zhì)、瀝青以及灰分等重組分物質(zhì)，研制出的新型催化劑將這種重組分的物質(zhì)得到充分的轉(zhuǎn)化和利用，提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的收率。

2.在煤焦油中還存在一些物質(zhì)跟其他因素會(huì)影響到催化劑

在反應(yīng)時(shí)的活性，這就需要我們進(jìn)一步對(duì)這些物質(zhì)跟存在的因素進(jìn)行探討，并且還需要我們多煤焦油加氫技術(shù)進(jìn)行更深層次的分析，最終使煤焦油加氫的效益得到最大限度的提升。3.煤焦油在加氫精制過(guò)程中，要發(fā)生脫金屬反應(yīng)，生成的金屬化合物會(huì)附著在催化劑表面，影響到了催化劑的活性，所以，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的話，固定床加氫反應(yīng)器有一定的缺陷性，使催化劑活性下降，煤焦油中的硫、氮、氧不能徹底轉(zhuǎn)化和脫出，影響到油品的質(zhì)量；如果改用沸騰床反應(yīng)器，催化劑的活性和穩(wěn)定性得到了解決，但是加大了反應(yīng)器的磨損程度，還要經(jīng)常添加新的催化劑，提高了企業(yè)的成本，給設(shè)備帶來(lái)了較大的長(zhǎng)周期運(yùn)行壓力，所以，我們要研究一種新型催化劑，降低重金屬在催化劑表面的附著能力、減少沸騰床反應(yīng)器的磨損，并且減少催化劑在沸騰床反應(yīng)器中的的損失量，延長(zhǎng)催化劑的添加周期，這也是我們?cè)谏�產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該亟待解決的問(wèn)題。

五、產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

目前能源企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向主要是往規(guī)模化和大型化這兩方面進(jìn)行發(fā)展，想要通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。中低溫煤焦油加氫制取石腦油、汽、柴油和BTX 的方式與石油化工中的高芳烴含量的重餾分油加氫兩個(gè)工藝過(guò)程很相似，都是一個(gè)復(fù)雜且需要大量的資金和人員投入，所以想要獲得更高的利益就必須擴(kuò)大規(guī)模。

首先，目前在我國(guó)中低溫煤焦油廠家分散且產(chǎn)量較小，難以實(shí)現(xiàn)綜合利用率。而隨著煉焦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，小規(guī)模的煉焦因?yàn)榧夹g(shù)跟設(shè)備落后己經(jīng)逐漸被淘汰了，整個(gè)煉焦產(chǎn)業(yè)將逐漸向大型化、規(guī)模化方向發(fā)展，這種發(fā)展有利于中低溫煤焦油的綜合利用。二是目前的煤氣化技術(shù)，如德士古氣化技術(shù)等也會(huì)產(chǎn)生中低溫煤焦油。因新型煤化工的原材料主要都是煤氣化合成物質(zhì)，所以未來(lái)的煤化工的發(fā)展必然是基于煤氣化的中低溫煤焦油的高產(chǎn)量。接下來(lái)對(duì)煤化工項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)，在外界條件允許的情況下，可以通過(guò)園區(qū)化等方式進(jìn)行產(chǎn)業(yè)聚集，從而產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，便于中低溫煤焦油的綜合利用，再次就是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于中低溫煤焦油加氫，基本都采用企業(yè)自身研發(fā)的技術(shù)，一些科研院所也已經(jīng)在進(jìn)行中低溫煤焦油的研發(fā)工作，如果能夠促進(jìn)相關(guān)企業(yè)與科研院進(jìn)行更加充分的交流，則能進(jìn)一步推動(dòng)中低溫煤焦油技術(shù)的發(fā)展，從而做到互惠互利。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是世界上的主要以煤為能源的大國(guó)，近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)新型煤化工技術(shù)對(duì)著中國(guó)的發(fā)展也得到了很大的技術(shù)發(fā)展，煤焦油技工行業(yè)也將在21 世紀(jì)有著很大的發(fā)展機(jī)遇，其發(fā)展前景也會(huì)更加的廣闊。國(guó)家更是提出并且鼓勵(lì)煤焦油加工企業(yè)在對(duì)煤焦油加工處理時(shí)將其中的柴油跟汽油進(jìn)行提取再利用，使其能夠有更大的利用價(jià)值，還能夠有效的降低煤焦油燃燒后對(duì)環(huán)境的污染。從上文的分析說(shuō)明也可以得知在對(duì)煤焦油進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)煤焦油加氫工藝進(jìn)行改進(jìn)后能夠更大程度的提高煤焦油加氫的經(jīng)濟(jì)效益，就光這一方面就值得我們加大投資對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更深一步的分析研究。而目前我國(guó)在煤化工產(chǎn)業(yè)的企業(yè)建設(shè)還在不斷發(fā)展，煤焦油是煤熱加工后的一種主要化合產(chǎn)物，隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的不斷建設(shè)，對(duì)煤化工的產(chǎn)量也會(huì)越來(lái)越多，對(duì)煤焦油加氫的項(xiàng)目也會(huì)越來(lái)越多，如果能夠有更好更先進(jìn)的加工工藝、能夠更好的提高回收率，這將對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益有著更加積極的意義。所以，發(fā)展煤焦油加氫工藝顯得尤為重要。

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本人姓名：劉鵬,出生年月：19840310 職位：操作工學(xué)歷：本科：蘭州理工大學(xué)，研究生：在讀大連理工大學(xué)在職研究生