浅谈中低温煤焦油加氢技术

2022-09-10

一、引言

煤在经过热加工后会产生一种主要由多组分组成的混合物质, 也就是煤焦油。对煤进行不同热加工过程工艺可以得到不同的煤焦油, 可分为低温煤焦油、中温煤焦油与高温煤焦油。

煤焦油是煤在经过热加工处理后进行分解、气化所得到的副产品, 主要是由碳和氢组成的一种复杂混合物质, 是一种石油化工的宝贵资源。但是在我国由于技术有限, 只有少部分的煤焦油被提取出了苯、酚、蒽等一些化学物质, 其他的大部分都是直接作为燃料燃烧。

而我国在多煤焦油的产业方面由于受到一定的技术限制产量要远远低于世界其他地区, 并且我国与煤焦油生产有关的企业分布也受到地域的限制比较分散, 使得长期以来对煤焦油资源没有进行充分的利用。其中只有部分高温煤焦油被提取出来用于化工产品中的生产研究, 还有少量的中低温煤焦油经过分馏分油被提取出来当做发电机燃料利用起来, 但是大部分的煤焦油都被当成是可燃油物质进行燃烧处理了, 这是造成煤焦油浪费的主要原因。另外, 在煤焦油中氮和硫的含量相对其他物质含量要高, 在对煤焦油进行燃烧前如果没有进行脱硫与脱氮工艺处理的话就会产生大量的硫和氮氧化物。这种燃烧不仅带来了巨大的浪费还给环境带来的严重的污染。随着我国对油品需求量的增大和对环境保护的提高, 如何合理利用煤焦油资源, 已经成为一个急需解决的问题了。

随着中国这几年的快速发展带动了我国大型煤化工产业的发展, 流化床煤气化技术跟煤干馏提质技术已经被广泛应用在与煤相关的多种生产过程当中了。随着这些技术的应用, 中低温煤焦油的产量也跟着有了很大程度的提升, 发展到现今, 中低温煤焦油的加工利用已经发展成为煤化工产品的一个重要组成部分了。

中低温煤焦油较高温煤焦油的组成与性质却没有什么相同之处。在中低温煤焦油中所含的主要化合物质是氧化物跟链状烃, 另外还有20%左右的酚类化合物跟20%左右的烷状烃, 还含少量的焦油沥青。不同的加热温度跟热解工艺都会使得煤在加工后产生的煤焦油组成跟性质发生改变。

20世纪30年代煤焦油加氢技术从德国开始被发明应用, 但是由于当时的技术跟设备制使得当时这种技术并没有实现产业化发展, 而在这之后就开始了对石油的发现跟大量开采使得煤焦油加氢技术的研发停止下来。进入21世纪以来, 我国的煤化工产业得到了巨大的发展也就给我过在煤焦油加氢技术提供的重要的研究发展条件了, 带动了我国的煤焦油加氢技术的稳定发展。

二、中低温煤焦油加氢概述

1. 煤焦油的特性

中低温煤焦油从表面上看可以看出它是一种黑色的粘稠液体, 粘度较大, 密度也要小于水, 具有特殊性气味。中低温煤焦油的主要组成物质是由两环以上的稠芳香族化合物。而且, 在对煤进行不同的热加工工艺或者是不同的煤原料在加工后产生出来的中低温煤焦油的组成与性质也是不同的。

2. 煤焦油加氢的目的及原理

中低温煤焦油是一种液体物质, 其中所含的烯烃、多环芳烃等不饱和烃的含量很大, 含有的氮跟硫及其化合物的含量也很大。煤焦油的储存、氧化这些安定性能也比较差, 使得煤焦油无法加氢生成优质燃油产品, 获得的途径一般是经过干馏、气化或者是热加工分解这些手段。在对煤焦油加氢工艺处理过程时完成了对煤焦油的脱氮跟脱硫处理使得煤焦油的安定性能得到了一定的改善, 也极大的降低了煤焦油中的芳香烃含量, 使得最终能够获得能够跟汽油和柴油相媲美的优质燃油。在煤焦油加氢处理过程中的主要一些反应有加氢脱氮反应、加氢脱硫反应还有不饱和烃加氢饱和反应。在煤焦油加氢反应后生成物中所含的硫原子会转化为硫化氢, 氮原子会转化为氨, 氧原子则是转化为水, 其中的有机金属则是转化为相应的金属硫化物, 剩下的不饱和烃会转化成相应的饱和烃类产物。

3. 煤焦油加氢工艺

煤焦油加氢工艺过程是在一定的温度跟压力下在其中添加相应的催化剂进行反应作用将煤焦油里面含有的氮跟硫等着一些原子进行脱离, 并且使得其中的芳烃类的化合物反应实现饱和化处理, 从而可以生产出优质的汽油与柴油。煤焦油加氢工艺过程是把煤焦油先经过事先的脱水跟除杂质处理后, 在对其进行加氢反应。氢原料经过泵打出来氢气混合物加热后进行加氢反应, 然后加氢生成物进入换热器开始冷却, 冷却后再次进入分离器中进行气液分离。分离出来的气体经过返回系统进行循环利用, 而分离出来的液体则是进入分馏塔中, 塔中顶部的轻质油是石脑油, 底部的重油过滤后得到的就是柴油, 石脑油经过重整得到汽油。

4. 加氢产品油特性

中低温煤焦油经过加氢后得到的燃料油, 对其进行选取130-145℃之间蒸馏出来的无色透明液体是石脑油, 在170-320℃所蒸馏的黄色透明液体则是柴油, 石脑油经过重整得到汽油产品。经过对这两种油进行测定可以知道石脑油重整出来的汽油符合国家的93号汽油标准, 而分馏出来的柴油也符合国家0号柴油标准。

三、煤焦油加氢技术及应用

1. 煤焦油加氢精制/加氢处理技术

煤焦油加氢精制/加氢处理技术这项技术的特点是应用了固定床加氢精制或则是直接加氢处理, 一为了得到石脑油、汽油、柴油以及低硫低氮重质燃料跟一些碳材料这些产品为目的进行去除煤焦油中的硫、氮、氧跟部分金属等杂质的操作。

而我国所开发的对煤焦油进行的加氢精制技术是以煤焦油中所含的轻馏分油作为加工原料对其进行固定床加氢操作, 从而得到石脑油跟柴油等这些产品。但是这类技术发展到目前仍然有缺点需要改进。首先是在原料油中存在着较多的杂原子, 这些杂原子都沉积在催化剂的表面上, 使得催化剂在作用时活性要比正常情况下低得多;还有就是原料油中还含有大量的芳烃跟烯烃这一些不饱和烃, 这些不饱和烃都会影响到在加氢反应时的稳定性。

2. 中科院山西煤化所技术

中科院在2004年在山西建立了一所对煤焦油加氢制清洁燃油技术研究所, 这个研究所得到了国家的科研的大力支持。在经过了许多年的研发后终于开发出了一个煤焦油加氢工艺及其专用催化剂, 并且在2009年建立起来了一个百吨级别的测试装置。这项技术在对煤焦油进行高效清洁利用的同时还能够很大程度的降低产出油中硫、氮、氧及其他金属杂质的含量, 提高了煤焦油加氢的安定性, 还能很大的提升汽油跟柴油的质量。目前, 国内已经有多个地区基于这项技术开始兴建一些与煤焦油加工有关的工厂, 这项技术的研发给国家带来了巨大的经济利益。

四、中低温煤焦油加氢工艺的改进策略

虽然在中低温煤焦油加氢工艺的研发投入了大量的人力物力跟财力, 所取得的成果也很大, 但其中仍然还有些地方需要改进。

1.在对以加氢精制的加氢裂化工艺技术为基础时, 把煤焦油专用的加氢催化剂研发出来, 在制作的过程中要考虑到其他的现有成熟技术应用到其中已得到更快的成效, 还可以根据原料油的不同性质跟组成程度进行根深一步的研究, 并充分利用新型催化剂材料和助剂, 从而使生产轻质燃料油的原料来源得到极大程度的拓宽。例如, 煤焦油中本身还含有大量的胶质、沥青以及灰分等重组分物质, 研制出的新型催化剂将这种重组分的物质得到充分的转化和利用, 提高转化率和产品的收率。

2.在煤焦油中还存在一些物质跟其他因素会影响到催化剂在反应时的活性, 这就需要我们进一步对这些物质跟存在的因素进行探讨, 并且还需要我们多煤焦油加氢技术进行更深层次的分析, 最终使煤焦油加氢的效益得到最大限度的提升。

3.煤焦油在加氢精制过程中, 要发生脱金属反应, 生成的金属化合物会附着在催化剂表面, 影响到了催化剂的活性, 所以, 如果长时间运行的话, 固定床加氢反应器有一定的缺陷性, 使催化剂活性下降, 煤焦油中的硫、氮、氧不能彻底转化和脱出, 影响到油品的质量;如果改用沸腾床反应器, 催化剂的活性和稳定性得到了解决, 但是加大了反应器的磨损程度, 还要经常添加新的催化剂, 提高了企业的成本, 给设备带来了较大的长周期运行压力, 所以, 我们要研究一种新型催化剂, 降低重金属在催化剂表面的附着能力、减少沸腾床反应器的磨损, 并且减少催化剂在沸腾床反应器中的的损失量, 延长催化剂的添加周期, 这也是我们在生产过程中应该亟待解决的问题。

五、产业发展建议

目前能源企业的战略发展方向主要是往规模化和大型化这两方面进行发展, 想要通过扩大规模效应来产生最大的经济效益。中低温煤焦油加氢制取石脑油、汽、柴油和BTX的方式与石油化工中的高芳烃含量的重馏分油加氢两个工艺过程很相似, 都是一个复杂且需要大量的资金和人员投入, 所以想要获得更高的利益就必须扩大规模。

首先, 目前在我国中低温煤焦油厂家分散且产量较小, 难以实现综合利用率。而随着炼焦产业的发展, 小规模的炼焦因为技术跟设备落后己经逐渐被淘汰了, 整个炼焦产业将逐渐向大型化、规模化方向发展, 这种发展有利于中低温煤焦油的综合利用。二是目前的煤气化技术, 如德士古气化技术等也会产生中低温煤焦油。因新型煤化工的原材料主要都是煤气化合成物质, 所

结束语

我国是世界上的主要以煤为能源的大国, 近几年来国内新型煤化工技术对着中国的发展也得到了很大的技术发展, 煤焦油技工行业也将在21世纪有着很大的发展机遇, 其发展前景也会更加的广阔。国家更是提出并且鼓励煤焦油加工企业在对煤焦油加工处理时将其中的柴油跟汽油进行提取再利用, 使其能够有更大的利用价值, 还能够有效的降低煤焦油燃烧后对环境的污染。从上文的分析说明也可以得知在对煤焦油进行研究后发现通过对煤焦油加氢工艺进行改进后能够更大程度的提高煤焦油加氢的经济效益, 就光这一方面就值得我们加大投资对这项技术进行更深一步的分析研究。而目前我国在煤化工产业的企业建设还在不断发展, 煤焦油是煤热加工后的一种主要化合产物, 随着国内相关企业的不断建设, 对煤化工的产量也会越来越多, 对煤焦油加氢的项目也会越来越多, 如果能够有更好更先进的加工工艺、能够更好的提高回收率, 这将对企业的经济利益有着更加积极的意义。所以, 发展煤焦油加氢工艺显得尤为重要。

摘要：本文通过研究分析近年来我国在中低温煤焦油加氢技术方面的具体发展情况, 知道了解我国现今的煤焦油加氢发展现状。对中低温煤焦油加氢技术从技术原理与目的、煤焦油加氢工艺及加氢后的煤焦油特性等多方面进行分析, 同时还讨论了几个具体的实例, 分析得出其中的不足修要改进的地方, 也得出了好的部分可以进行研究推广, 更对这项技术提出了部分改进的策略。

关键词：中低温煤焦油,加氢技术,改进策略,发展建议