中低温煤焦油加氢技术进展

摘　要：煤炭在一个相当时期内仍然是我国能源消费的主要方式.面对日益紧张的能源危机,有必要转变目前低效率的直接燃烧为煤炭的深加工利用.本文概述了我国煤炭利用的背景与煤焦油深加工的现状,对煤焦油的组成及加氢原理进行了介绍,最后详细的描述了煤焦油加氢精制工艺、加氢精制-加氢处理两段式加氢工艺和加氢裂化-加氢处理工艺这三种较为成熟的加氢工艺,供煤焦油深加工工业参考.

关 键 词 ：煤炭工业　中低温煤焦油　加氢工艺　加氢精制　加氢裂化

一、前言

据国家能源局有关数据显示,预计到2015年,我国煤炭占一次能源消费的比重由2009年的70%以上降为63%左右.由此可见,在一个相当长的时期内,煤炭在我国仍然会作为最重要的能源资源.就目前而言,低效率的直接燃烧是煤炭资源利用的主要方式,这种粗放的煤炭利用方式不仅造成了较大的资源浪费,而且对环境的污染也是巨大的.据统计,在2006年我国二氧化硫的排放量达到了2589万吨,其中90%是由于燃煤造成的.为响应国家节能减排的号召,实现我国能源资源的可持续发展,有必要大力发展对煤炭资源的深加工及副产品的再利用的研究.其中,对煤焦油的加氢利用是当前国内外的一个研究热点,本文对目前主流的煤焦油加氢技术进行了探讨.

二、煤焦油组成及分类

煤焦油（Coal Tal）是煤炭干馏过程中所得到的黑褐色黏稠状产物,是煤炭焦化工业与气化工业的大宗副产品,其产量占到焦炭生产过程中装炉煤的3%—4%左右,在冶金与化工行业中有着广泛的用途.煤焦油是由上万种物质总成的极其复杂的混合物,主要成分包括苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳烃以及芳香族含氧化合物等.根据干馏温度的不同,可以把煤焦油分为高温煤焦油（主要在煤焦化时得到）,中温煤焦油与低温煤焦油（主要在煤气化过程中得到）.中、低温煤焦油质轻,不含大量的沥青等高粘度有机混合物,可以作为人造石油的重要原料,通过加氢处理,可以得到汽油、柴油等轻质油产品,具有较高的经济与环保价值.

三、加氢工艺技术

煤焦油加氢工艺的典型技术流程图如图1所示.由于煤焦油中的胶质、沥青质、残炭较高,加氢过程中常常堵塞催化剂床层,产生压降从而影响催化剂的运转周期.其中预处理阶段就是将影响催化剂运转的胶质、沥青质和残炭等杂质控制在一定的范围内.典型的预处理过程采用蒸馏的方法,煤焦油经过蒸馏部分胶质、沥青质、残炭等杂质控制在一定的氛围内,从而使煤焦油达到加氢的工艺要求.

1.加氢精制工艺/加氢精制—加氢处理两段式加氢工艺

煤焦油加氢精制就是采用一个固定床加氢作为一个反应段,反应器中需要填充高抗水、结焦率较低和高脱氮等加氢精制催化剂,通过反应去除掉焦油中的硫、氧、氮等无机组分以及饱和烯烃、芳香烃等有机杂质,然后分理处液化气、石脑油、柴油调和组分等产品.煤焦油加氢工艺流程比较简单,液化率产品较高,投资相对较少.但由于整个流程只有加氢精制段,产品的质量改善幅度较小.典型的加氢精制工艺条件如下：反应压力为13~15Mpa,体积空速为0.4~0.6h-1,反应器入口氢油体积比在800~1000左右,反应温度在350~370℃左右.相比前述的加氢精制工艺,加氢精制-加氢处理工艺多了加氢处理反应段,加氢处理催化剂一般含有分子筛选组分,低温煤焦油经过加氢精制后,产物中的水与有机氮可能使加氢裂化催化剂中毒,反应器难以实现长周期的可靠运转.因此,在加氢精制生成油类经过换热冷却经过高压和低压分离器,分离出的液体物通过气提塔分离生成出水,在进入加氢处理反应段,这样可以进一步改善产品质量.

2.加氢裂化—加氢处理工艺

加氢裂化—加氢处理工艺的目的是把煤焦油中的重油在高温下裂解转为轻质油类,以此提高轻质油类的产品回收率.此工艺一般设置两个串联使用的反应段,前一个反应段填充高抗水、结焦率较低和高脱氮等加氢精制催化剂,用于新鲜原料和第二个反应段中反应产物的深度加氢处理.第二反应段的填装应根据特定需要优选的加氢裂化催化剂,用于循环油料的深度加氢转化,生成轻质油料.与加氢精制工艺相比,第一反应段相似,不同的就是增加了加氢裂化的第二反应段.虽然此工艺煤焦油的利用率较高,能够大幅提高轻质油料的出油率,但由于增加了反应段,其工艺操作的稳定性相对较低,维护成本相对较高.

四、结语

煤焦油是煤炭在干馏气化或者热分解过程中的产物,其中含有的苯、萘、烯烃、芳香烃等具有较高工业价值.就目前我国的煤炭深加工来说,对中低温煤焦油的利用率还处于较低的阶段,大部分都作为粗燃料直接燃烧,造成较大的资源浪费和环境污染.因此对煤焦油的加氢技术研究具有很高的经济、社会与环境价值.