我国煤炭资源较为丰富,而石油资源相对贫乏。过去对于煤炭的利用仅作为一种燃料去使用,而煤炭在热解和气化过程中所产生的煤焦油并没有实现有效利用。众所周知,煤炭属于不可再生资源。煤焦油作为煤炭加工的附属产品,其资源应用和开发价值极高。因此,煤焦油是否能够实现科学合理的加工不仅关乎对煤炭资源的节约利用,同时还涉及到对生态环境的保护责任。随着人们对煤焦油资源认知和重视的日益提升,煤焦油深加工技术逐渐成熟和完善。根据煤热解温度的不同,低于800℃称为低温,介于800—1000℃之间称为中温。近些年来,煤焦油深加工技术取得了突破性创新,即中低温煤焦油加氢技术的实施与普及,从而使国内煤焦油行业步入了新的历史发展阶段,开辟了煤焦油加工转换清洁燃料油产品的新篇章。中低温煤焦油加氢技术在焦化行业的实施运用,不仅提升了煤焦油加工企业的经济效益,而且极大缓解了国内能源供应的压力。
首先,煤焦油中含有大量成分复杂的化学混合物质,例如包括:大量的硫、氮、氧和金属化合物以及烷烃、烯烃、芳烃等不饱和烃,其中以芳香族化合物所占比例最大;其次,煤焦油外观上呈黑色或褐色、十分粘稠并具有流动性,且具有刺激性气味和不稳定化学性质,其安全性能和存储性能也无法保障;最后,以往传统煤焦油深加工技术是采用干馏或气化的工艺,事实证明,分解效果无法满足清洁燃料用油的需求。而利用中低温煤焦油加氢技术与煤焦油中各种化学物质发生化学反应,可以有效起到煤焦油内发生脱硫、脱氮、脱氧、脱金属反应或烃类饱和反应,从而确保有效达到分类转化、脱除和分离的终极目标,最终加工生产出的清洁燃料能源不仅安全可靠而且环保清洁。
我国煤焦油采用加氢工艺处理的起步较晚,虽说近年来在清洁能源领域取得了一定的进步和成效,但也存在一些局部缺陷。例如:加氢功能依旧单一、产品缺乏创新、生产过程墨守成规,以至于对产品质量的控制能力较为依赖原料的馏分范围。因此,焦化企业开发煤焦油加氢专用催化剂势在必行。基于煤焦油特殊的物理和化学性质,因此对煤焦油专用加氢催化剂的选择和设计必须要确保以下规律。首先,一旦煤焦油中氮的质量分数超过1%,加氢催化剂的设计一定要确保抗氮中毒,这就需要对催化剂进行针对性的处理,尤其是对酸强度的调整;其次,芳烃在煤焦油中占有较大的比例,因此加氢催化剂的设计要确保能够合理有效处理芳烃,尤其是针对芳烃的吸附能力,以达成加氢后平衡匹配的难点;最后,中低温煤焦油加氢工艺生产的目标是轻质产品,这就需要加氢催化剂应该具有较强的开环活性能,以提高对煤焦油中高芳烃的裂解能力。因此,催化剂中要添加酸性硅铝等物质作为进一步的载体。
首先要对煤焦油原料实施预处理,目的就是要脱除煤焦油中的水分、盐类、杂质等物质,为接下来煤焦油加氢工艺做好准备。
煤焦油经过预处理后,要在加氢精制加热炉内进行加热,之后将氢气注入反应器。反应器内要提前准备好加氢催化剂,目的是加快反应器内氢气与煤焦油的反应速度和效率。接下来待反应结束后,这时煤焦油中的硫、氮、氧元素基本上都已经转化为硫化氢、氨气和水。此时反应器内温度很高,需要做冷却处理方可进行气液分离处理,其中分离出来的高纯度氢气仍可循环利用。
加氢反应生成的馏分油要进入分馏塔内进行重新分离,根据不同馏分油的温度可以生产出不同的清洁燃料。首先,分离后塔底部的黄色透明液体称为重油,重油经过再加工和重整处理进而生成柴油燃料;其次,分离后塔中的无色透明液体称之为石脑油,经过继续加工和重整处理将会生成人们所熟知的汽油燃料。此外,分馏塔内的分离和馏分过程离不开加氢裂化催化剂的使用,它可以确保裂化的质量和效率,使得煤焦油最大限度地转化为汽油和柴油等燃料用油。
总之,目前我国中低温煤焦油加氢工艺日趋成熟和稳定,逐渐向工业化、规模化和产业化方向拓展和延伸,而生产的品种主要集中于燃料用油和清洁能源领域,在一定程度上对于国内石油需求紧张的现状下起到了积极的缓解和补充作用。然而煤焦油加工行业在实际生产中还存在诸多不足,例如:氢耗高造成的成本压力、催化剂的活性和使用寿命问题以及固定床和悬浮床的堵塞等现象依然存在。这就需要焦化企业应该加大生产技术的创新与改进,尤其是针对加氢催化剂要不断开发和持续研究,进而改良催化剂的活性,使之发挥最大的催化转化效率。此外,煤焦油行业在注重燃料油产品质量和效益的同时,还应与时俱进,争取研发出更多优质的产品类型。
摘要：煤焦油是煤炭在热解和气化过程中所产生的一种重要能源,如何科学合理地利用这一资源一直是焦化行业较为关注的热点课题。随着煤焦油深加工技术的不断成熟和完善,在开辟清洁能源领域已经取得了新突破,同时对于企业实现节能环保还具有重要的推动作用。本文将从煤焦油的组成、特性及对加氢反应的原理分析入手,进而阐述煤焦油专用加氢催化剂的设计分析,最后重点探究中低温煤焦油加氢工艺操作流程。
关键词：中低温煤焦油,加氢催化,工艺
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