典型煤焦油加氢工艺对比分析

典型煤焦油加氢工艺对比分析

傅仰帅 徐文静 王芳 崔联涛 侯西涛

山东荣信集团有限公司 山东省济宁市 273500

摘要：煤焦油具有干点高、沥青质和胶质含量高、馏程宽、机械杂质含量大等特点，现如今有五种典型的煤焦油加氢工艺广泛应用在工业中。本文将主要对这五种煤焦油加氢工艺进行对比分析，希望可以为实现全馏分煤焦油的完全转化提供参考。

关键词：煤焦油加氢工艺；对比分析

煤焦油是煤炭在热解和干馏过程中得到的液体产品，早在上世纪之初就有学者对煤焦油进行了加氢研究，并且成为二战期间石油短缺国家的主要燃油原料。在第二次世界大战结束以后，随着石油资源的大量开采，煤焦油加氢工艺日益成熟，并且逐渐朝向精细化提取方向发展。随着世界经济形势的不断变革，石油资源日渐紧缺，煤焦油加氢技术再次成为了科学家的研究热点，我国具有富煤少油的资源特征，因此对我国的作用与意义尤为明显。

一、煤焦油性质

煤焦油是一种碳氢化合物的复杂混合物，具有极高的芳香度，绝大多数为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和硫、氧、氮的杂环化合物，同时含有少量的不饱和烃、脂肪烃和环烷烃，有时还会夹带一些粒径在20 以下的焦尘、煤尘和热解炭。因为在煤焦油中存在着颗粒极细的焦粉，所以水分通常会和油形成稳定的乳化液。根据不同的热解温度，煤焦油又被划分为高温、中温、中低温以及低温煤焦油，不同热解温度的煤焦油具有不同的性质。通常情况来说，在加氢过程中，高沸程馏分具有一定的加氢裂化困难，煤焦油中的沥青质和胶质能够产生较大放热，所以容易导致催化剂床层局部温度过高，而且金属化合物和硫、氮、氧的化合物含量过高，也会对催化剂的使用寿命产生严重影响。与此同时，分布在煤焦油中的粒径小于10 的煤尘、焦尘和热解炭无法通过过滤器去除，这些颗粒最后会全部集中在催化剂床层上，会升高反应器的压降。

针对煤焦油的特点，在工业领域形成了不同的煤焦油加氢工艺，主要工艺包括以下5种：脱水脱渣+固定床加氢工艺；分馏切割+固定床加氢工艺；延迟焦化+固定床加氢工艺；悬浮床+固定床加氢工艺；沸腾床+固定床加氢工艺。

二、煤焦油加氢工艺对比

（一）脱水脱渣+固定床加氢工艺

工艺流程简述：原料油在电脱盐的作用下，将游离在液体中的无机化合物进行脱除，然后进入离心机去除机械杂质完成脱渣作业。然后在高压泵的作用下，将已经被脱渣的煤焦油压力提升至13~16MPa并与氢气进行混合，然后经过换热器和加热炉，将温度升至一定高度后进入加氢精制反应器，脱除液体中的硫氮氧化合物以及重金属，最后进入加氢裂化反应器，经过反应器出来的油气经过一段时间的冷却进入分馏塔，然后就可得到精制石脑油、轻质燃烧油和加氢尾油。

煤焦油经脱水脱渣后的收率在98%左右，加氢尾油的产量接近15%~20%，并且所得到的轻质燃料油和石脑油的含硫量小于20ppm，品质较高。但是由于应用此技术的装置加工规模较小，无法全面提高企业的整体经济效益，在使用过程中具有一定的应用局限。

（二）分馏切割+固定床加氢工艺

工艺流程简述：在进行减压闪蒸塔分馏切割后，原料煤焦油转变为煤沥青和轻质煤焦油，其中轻质煤焦油将会被直接输送至加氢装置，煤沥青则作为产成品直接销售。轻质煤焦油在经过高压泵后压力上升至13~17MPa并完成与氢气的混合，在经过换热器升温后流经加热炉，当温度上升到指定温度时进入固定床加氢精制反应器、进入加氢裂化反应器脱除重金属、硫氮氧化合物等，然后通过降温操作进入高压分离器，高分气在循环氢压缩机的升压作用后可以进行循环使用，高分油则会进入分馏系统完成产品分离。通过分离可以得到低硫煤制石脑油、轻质燃料以及加氢尾油。此技术的现有装置加工规模通常在20万t/a以下，轻质油收率大约为70%~75%，轻质燃料油和石脑油的含硫量控制在20ppm以下，粗煤沥青收率在25%左右。整体装置的轻质油液收率在65%左右。

（三）延迟焦化+固定床加氢工艺

工艺流程描述：煤焦油在加热后进入延迟焦化塔，转化成焦化轻质煤焦油和针状焦。焦化轻质煤焦油在高压泵中将压力升至15~17MPa后与氢气混合，然后进行换热升温，在加热炉的作用下将温度加至指定温度时进入固定床加氢精制反应器与加氢裂化反应器，完成重金属以及硫氮氧化合物的脱除，然后通过降温进入高压分离器。在循环压缩机的作用下氢气可以进行循环使用，反应油则会直接进入分馏系统完成产品分离，经过分离可以得到精制石脑油、轻质燃料油和加氢尾油。此工艺的固体床加氢规模为20万t/a，延迟焦化的加工规模为30万t/a，随着针状焦加工利用率的不断提高，延迟焦化的经济效益起到了明显变化，但是延迟焦化工艺的轻质油收率较低，只有70%左右，并且装置在运行过程中能耗较大，同时会产生严重的环境污染，具有很大的污水处理难度，装置总液收为60%左右，加氢装置的液收为90%左右。

（四）悬浮床+固定床加氢工艺

工艺流程简述：在经过分馏塔的简单脱水后，煤焦油与悬浮床催化剂混合并在升压泵的作用下将压力升至22MPa，然后与经由压缩机作用的氢气进行混合，并经过换热器和加热炉将温度上升至指定温度后，分别依次进入三台上流式悬浮床反应器，并且由反应器中冷部氢和反应器出口冷氢、冷油来具体控制反应温度。在经过悬浮床的作用后，反应浆液进入热高分进行气液固三相分离，热高分气相待下降至一定温度后进入固定床加氢反应器完成精制裂化，热高分液相则进入减压塔完成液固分离。在减压塔底部的产品多为减压渣油并且含有催化剂，通过减压塔分离出的轻质馏分油则会进入固定床反应器进行加氢裂化精制。悬浮床反应油气也会进入固定床反应器进行加氢反应精制后进入分馏塔，通过分离后得到精制石脑油、轻质燃料和加氢尾油。此工艺与其他加氢工艺相比，具有工艺流程短，装置液收率高等优势，其液收率高达90%以上，同时对于原料的重金属、沥青质和固含量等要求较小，所产出的减压渣油可以直接作为锅炉燃料，因此具有很高的应用价值。

（五）沸腾床+固定床加氢工艺

工艺流程简述：在经过分馏塔的简单脱水后，煤焦油与悬浮床催化剂混合并在升压泵的作用下将压力升至22MPa，然后与经由压缩机作用的氢气进行混合，并经过换热器和加热炉将温度上升至指定温度后，分别依次进入两台上流式悬浮床反应器，并且由反应器出口的冷氢和冷油来控制反应器出口温度，反应器温度则由底部循环油泵来控制，催化剂经过专用泵注入到沸腾床反应器中，并经由专用卸出口卸出，其余步骤与悬浮床加氢工艺一致，并最终分离出精制石脑油、轻质燃料油以及加氢尾油。此工艺所采用的催化剂多为重金属氧化物，能够进行再生利用，装置验液率高达90%以上，同时对原料中的重金属、沥青质和固含量要求较小，但是具有较大的含催化剂油品处理难度。

综上所述，通过上述分析不难发现，这5种加氢工艺都有着较好的应用前景，沸腾床和悬浮床加氢工艺原料适应性良好，但是具有操作复杂、资金投入量大等问题，因此适合大大规模的加氢处理，其余三种加氢工艺投资较小并且操作简单，更加适合小规模的加氢装置。

参考文献：
[1]夏良燕. 多联产中低温煤焦油加氢工艺及催化剂研究[D].浙江大学,2015.

[2]次东辉,崔鑫,王锐,郜丽娟,郭小汾. Aspen模拟中低温煤焦油加氢制燃料油工艺流程[J]. 现代化工,2016,36(11):183-187.

傅仰帅.1990年10月6日,男,汉,山东省济宁市邹城市大束镇董岭村,助理工程师,生产管理，工程技术