淺談中低溫煤焦油加氫技術

淺談中低溫煤焦油加氫技術

劉鵬康苗(神華集團鄂爾多斯煤制油分公司煤液化中心017209)

摘要：本文通過研究分析近年來我國在中低溫煤焦油加氫技術方面的具體發(fā)展情況，知道了解我國現(xiàn)今的煤焦油加氫發(fā)展現(xiàn)狀。對中低溫煤焦油加氫技術從技術原理與目的、煤焦油加氫工藝及加氫后的煤焦油特性等多方面進行分析，同時還討論了幾個具體的實例，分析得出其中的不足修要改進的地方，也得出了好的部分可以進行研究推廣，更對這項技術提出了部分改進的策略。

關鍵詞：中低溫煤焦油；加氫技術；改進策略；發(fā)展建議

一、引言

煤在經(jīng)過熱加工后會產(chǎn)生一種主要由多組分組成的混合物質(zhì)，也就是煤焦油。對煤進行不同熱加工過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)過熱加工處理后進行分解、氣化所得到的副產(chǎn)品，主要是由碳和氫組成的一種復雜混合物質(zhì)，是一種石油化工的寶貴資源。但是在我國由于技術有限，只有少部分的煤焦油被提取出了苯、酚、蒽等一些化學物質(zhì)，其他的大部分都是直接作為燃料燃燒。

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

隨著中國這幾年的快速發(fā)展帶動了我國大型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，流化床煤氣化技術跟煤干餾提質(zhì)技術已經(jīng)被廣泛應用在與煤相關的多種生產(chǎn)過程當中了。隨著這些技術的應用，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30 年代煤焦油加氫技術從德國開始被發(fā)明應用，但是由于當時的技術跟設備制使得當時這種技術并沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，而在這之后就開始了對石油的發(fā)現(xiàn)跟大量開采使得煤焦油加氫技術的研發(fā)停止下來。進入21 世紀以來，我國的煤化工產(chǎn)業(yè)得到了巨大的發(fā)展也就給我過在煤焦油加氫技術提供的重要的研究發(fā)展條件了，帶動了我國的煤焦油加氫技術的穩(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，在對煤進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。煤焦油的儲存、氧化這些安定性能也比較差，使得煤焦油無法加氫生成優(yōu)質(zhì)燃油產(chǎn)品，獲得的途徑一般是經(jīng)過干餾、氣化或者是熱加工分解這些手段。在對煤焦油加氫工藝處理過程時完成了對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程中的主要一些反應有加氫脫氮反應、加氫脫硫反應還有不飽和烴加氫飽和反應。在煤焦油加氫反應后生成物中所含的硫原子會轉(zhuǎn)化為硫化氫，氮原子會轉(zhuǎn)化為氨，氧原子則是轉(zhuǎn)化為水，其中的有機金屬則是轉(zhuǎn)化為相應的金屬硫化物，剩下的不飽和烴會轉(zhuǎn)化成相應的飽和烴類產(chǎn)物。

3.煤焦油加氫工藝

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

4.加氫產(chǎn)品油特性

中低溫煤焦油經(jīng)過加氫后得到的燃料油，對其進行選取130- 145℃之間蒸餾出來的無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)過重整得到汽油產(chǎn)品。經(jīng)過對這兩種油進行測定可以知道石腦油重整出來的汽油符合國家的93 號汽油標準，而分餾出來的柴油也符合國家0號柴油標準。

三、煤焦油加氫技術及應用

1.煤焦油加氫精制/加氫處理技術

煤焦油加氫精制/加氫處理技術這項技術的特點是應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。而我國所開發(fā)的對煤焦油進行的加氫精制技術是以煤焦油中所含的輕餾分油作為加工原料對其進行固定床加氫操作，從而得到石腦油跟柴油等這些產(chǎn)品。但是這類技術發(fā)展到目前仍然有缺點需要改進。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，這些不飽和烴都會影響到在加氫反應時的穩(wěn)定性。

2.中科院山西煤化所技術

中科院在2004 年在山西建立了一所對煤焦油加氫制清潔燃油技術研究所，這個研究所得到了國家的科研的大力支持。在經(jīng)過了許多年的研發(fā)后終于開發(fā)出了一個煤焦油加氫工藝及其專用催化劑，并且在2009 年建立起來了一個百噸級別的測試裝置。這項技術在對煤焦油進行高效清潔利用的同時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，國內(nèi)已經(jīng)有多個地區(qū)基于這項技術開始興建一些與煤焦油加工有關的工廠，這項技術的研發(fā)給國家?guī)�來了巨大的�?jīng)濟利益。

四、中低溫煤焦油加氫工藝的改進策略

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力，所取得的成果也很大，但其中仍然還有些地方需要改進。1.在對以加氫精制的加氫裂化工藝技術為基礎時，把煤焦油專用的加氫催化劑研發(fā)出來，在制作的過程中要考慮到其他的現(xiàn)有成熟技術應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)跟其他因素會影響到催化劑

在反應時的活性，這就需要我們進一步對這些物質(zhì)跟存在的因素進行探討，并且還需要我們多煤焦油加氫技術進行更深層次的分析，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程中，要發(fā)生脫金屬反應，生成的金屬化合物會附著在催化劑表面，影響到了催化劑的活性，所以，如果長時間運行的話，固定床加氫反應器有一定的缺陷性，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器，催化劑的活性和穩(wěn)定性得到了解決，但是加大了反應器的磨損程度，還要經(jīng)常添加新的催化劑，提高了企業(yè)的成本，給設備帶來了較大的長周期運行壓力，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、減少沸騰床反應器的磨損，并且減少催化劑在沸騰床反應器中的的損失量，延長催化劑的添加周期，這也是我們在生產(chǎn)過程中應該亟待解決的問題。

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行發(fā)展，想要通過擴大規(guī)模效應來產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。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工藝過程很相似，都是一個復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大規(guī)模。

首先，目前在我國中低溫煤焦油廠家分散且產(chǎn)量較小，難以實現(xiàn)綜合利用率。而隨著煉焦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，小規(guī)模的煉焦因為技術跟設備落后己經(jīng)逐漸被淘汰了，整個煉焦產(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，如德士古氣化技術等也會產(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。接下來對煤化工項目規(guī)劃建設，在外界條件允許的情況下，可以通過園區(qū)化等方式進行產(chǎn)業(yè)聚集，從而產(chǎn)生規(guī)模效應，便于中低溫煤焦油的綜合利用，再次就是目前國內(nèi)對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，一些科研院所也已經(jīng)在進行中低溫煤焦油的研發(fā)工作，如果能夠促進相關企業(yè)與科研院進行更加充分的交流，則能進一步推動中低溫煤焦油技術的發(fā)展，從而做到互惠互利。

結(jié)束語

我國是世界上的主要以煤為能源的大國，近幾年來國內(nèi)新型煤化工技術對著中國的發(fā)展也得到了很大的技術發(fā)展，煤焦油技工行業(yè)也將在21 世紀有著很大的發(fā)展機遇，其發(fā)展前景也會更加的廣闊。國家更是提出并且鼓勵煤焦油加工企業(yè)在對煤焦油加工處理時將其中的柴油跟汽油進行提取再利用，使其能夠有更大的利用價值，還能夠有效的降低煤焦油燃燒后對環(huán)境的污染。從上文的分析說明也可以得知在對煤焦油進行研究后發(fā)現(xiàn)通過對煤焦油加氫工藝進行改進后能夠更大程度的提高煤焦油加氫的經(jīng)濟效益，就光這一方面就值得我們加大投資對這項技術進行更深一步的分析研究。而目前我國在煤化工產(chǎn)業(yè)的企業(yè)建設還在不斷發(fā)展，煤焦油是煤熱加工后的一種主要化合產(chǎn)物，隨著國內(nèi)相關企業(yè)的不斷建設，對煤化工的產(chǎn)量也會越來越多，對煤焦油加氫的項目也會越來越多，如果能夠有更好更先進的加工工藝、能夠更好的提高回收率，這將對企業(yè)的經(jīng)濟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。

參考文獻：

[1]張軍民,劉弓.低溫煤焦油的綜合利用[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2010,33(3):92-96．

[2]邱長春,韓和文,沈和平等.一種煤焦油加工利用的加氫方法[P].中國專利: CN101074381，2010(05):17．

[3]張曄，趙亮富.煤焦油催化加氫制清潔燃料油的催化劑及制法和應用［P］.CN: 101574659A,2010．

[4]張曄,趙亮富.中低溫煤焦油催化加氫制備清潔燃料油研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2009,32(3):48-51．

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