我国是煤炭大国, 煤炭的储量十分丰富, 煤炭不仅是我国的主要能源, 也是重要的化工原料。煤焦油是煤炭在干馏过程中产生的一种具有刺激性的物质, 煤焦油中含有碳元素、氢元素、氧元素、氮元素、硫元素等。依据不同温度对煤炭的热解, 煤焦油可以分为低温煤焦油 (<800℃) 、中温煤焦油 (800℃-1000℃) 和高温煤焦油 (>1000℃) 。高温煤焦油主要是炼焦工艺过程中产生的, 中温煤焦油主要是中温 (800℃-1000℃) 炼焦炉中产生的, 其中含有大量的苯酚及其衍生物, 而沥青相对含量较低, 低温煤焦油是低温炼焦炉中产生的, 用于生产半焦、褐煤干燥、褐煤提质等, 干馏条件不同产物组分也不同。煤焦油组分和性质的不同主要是取决于不同的热解工艺。
煤炭是不可再生的能源, 对于煤炭的高效利用一直是我国研究的热点, 煤焦油是石油化工过程的副产物, 其中含有大量的烯烃、芳香烃以及含硫含氮的化合物, 烯烃和芳香烃都是不饱和烃类化合物, 其中的碳氢比例低, 燃烧热值小, 直接燃烧原子利用率低, 含硫含氮的化合物燃烧也会造成硫氧化物和氮氧化物不仅造成环境污染, 而且浪费了资源。因此, 如何增大煤焦油中烃类化合物的饱和度、提高碳氢比例是科研工作者研究的主要方向。
煤焦油加氢的原理就是在氢气氛围下将其中的不饱和烃类化合物还原为饱和烃类, 与其中的硫元素、氮元素、氧元素发生加氢反应达到脱硫脱氮脱氧的目的。主要分为一下几类加氢工艺:
加氢饱和反应就是将不饱和的烯烃、炔烃或芳香烃加氢还原, 降低其不饱和度的过程, 例如:
加氢脱硫反应是将硫醇、硫酚、硫醚中硫元素转化为硫的氰化物的过程, 例如将硫醇加氢得到脂肪烃与硫化氢, 其他加氢脱硫反应如下所示:
加氢脱氮反应是将脂肪胺类、含氮杂环类化合物中的氮元素转化为氨气, 例如脂肪胺与氢气反应生成脂肪烃与氨气, 其他加氢脱氮反应如下:
加氢脱氧反应是将含氧化合物中的氧元素转为水, 例如苯酚与氢气反应生成苯与水, 苯与氢气可以继续反应生成环己烷等, 具体反应如下所示:
煤焦油加氢工艺相对简单, 只需加入相关催化剂即可高效地将煤焦油进行转化为化工原料, 实现了中低温条件下的煤焦油的高转化率。加氢工艺是一种清洁无污染的绿色环保工艺, 目前国内很多企业已经实现了大规模工业化。虽然煤焦油加氢工艺发展迅速, 但是由于不同的煤炭裂解条件下产生的煤焦油组成与性质存在差异, 加氢工艺也不具有普适性, 对催化剂的要求也各不相同, 最终会影响产品的质量。因此, 煤焦油加氢工艺以后的发展应该从以下三方面突破。
(1) 在煤焦油加氢精制方面投入更多的研究, 将煤焦油中含有的有机化合物进行提取, 加工成精细化工产品, 努力开发新型、高效地催化剂, 最终实现煤焦油加氢工艺的新突破。
(2) 对煤焦油现有工艺进行革新, 目前的煤焦油加氢工艺相对成熟, 基本能够实现煤焦油的高效转化, 但是有些高温煤焦油组分复杂, 对其转化有些难度, 因此, 在原有成熟工艺的基础上进行技术上的革新, 将煤焦油实现高效地转化。
(3) 开发新型催化剂, 实现煤焦油的高效转化, 优化工艺参数, 降低对生产设备的要求, 减少工业三废排放, 降低工艺成本, 争取产品利益最大化。
煤焦油是煤化工过程不可或缺的一部分, 同时煤焦油也是燃油的主要来源之一。我国是人口大国, 人均能源占有量比世界平均水平还要低, 因此, 在节约能源的同时, 要做好能源的高效转化, 本文主要介绍了煤焦油的产生过程, 煤焦油的加氢工艺以及煤焦油的未来发展方向, 为我国煤焦油冶炼企业提供借鉴, 希望我国能够积极地开发新的煤焦油转化工艺, 变废为宝, 造福人类。
摘要：煤焦油是煤炭干馏过程中产生的一种副产物, 其组成与性质因工艺条件的不同而不同, 煤焦油中主要含有不饱和烃类化合物、芳香类化合物及其胺类、硫醇类物质, 加氢还原工艺是将煤焦油高效地转化为化工原料的过程。本文主要阐述了煤焦油的产生过程, 煤焦油加氢工艺的目的及其基本原理以及煤焦油以后的发展方向, 为中国煤焦油企业的发展提供借鉴。
关键词：气相法,亚硝酸甲酯,负载型催化剂,草酸二甲酯
[1] 任明丹, 张端峰, 李涛, 等.中, 低温煤焦油加氢技术进展[J].河南化工, 2014, 31 (8) :21-25.
