中低溫煤焦油加氫催化劑及工藝研究

李萬飛 賀彥峰(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司,陜西 榆林 719319)

中低溫煤焦油加氫催化劑及工藝研究

李萬飛 賀彥峰(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司,陜西 榆林 719319)

煤焦油是煤炭在熱解和氣化過程中所產(chǎn)生的一種重要能源，如何科學(xué)合理地利用這一資源一直是焦化行業(yè)較為關(guān)注的熱點(diǎn)課題。隨著煤焦油深加工技術(shù)的不斷成熟和完善，在開辟清潔能源領(lǐng)域已經(jīng)取得了新突破，同時(shí)對(duì)于企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保還具有重要的推動(dòng)作用。本文將從煤焦油的組成、特性及對(duì)加氫反應(yīng)的原理分析入手，進(jìn)而闡述煤焦油專用加氫催化劑的設(shè)計(jì)分析，最后重點(diǎn)探究中低溫煤焦油加氫工藝操作流程。

中低溫煤焦油；加氫催化；工藝

我國煤炭資源較為豐富，而石油資源相對(duì)貧乏。過去對(duì)于煤炭的利用僅作為一種燃料去使用，而煤炭在熱解和氣化過程中所產(chǎn)生的煤焦油并沒有實(shí)現(xiàn)有效利用。眾所周知，煤炭屬于不可再生資源。煤焦油作為煤炭加工的附屬產(chǎn)品，其資源應(yīng)用和開發(fā)價(jià)值極高。因此，煤焦油是否能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)合理的加工不僅關(guān)乎對(duì)煤炭資源的節(jié)約利用，同時(shí)還涉及到對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)責(zé)任。隨著人們對(duì)煤焦油資源認(rèn)知和重視的日益提升，煤焦油深加工技術(shù)逐漸成熟和完善。根據(jù)煤熱解溫度的不同，低于800℃稱為低溫，介于800—1000℃之間稱為中溫。近些年來，煤焦油深加工技術(shù)取得了突破性創(chuàng)新，即中低溫煤焦油加氫技術(shù)的實(shí)施與普及，從而使國內(nèi)煤焦油行業(yè)步入了新的歷史發(fā)展階段，開辟了煤焦油加工轉(zhuǎn)換清潔燃料油產(chǎn)品的新篇章。中低溫煤焦油加氫技術(shù)在焦化行業(yè)的實(shí)施運(yùn)用，不僅提升了煤焦油加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且極大緩解了國內(nèi)能源供應(yīng)的壓力。

1 煤焦油的組成、特性及加氫反應(yīng)的原理

首先，煤焦油中含有大量成分復(fù)雜的化學(xué)混合物質(zhì)，例如包括：大量的硫、氮、氧和金屬化合物以及烷烴、烯烴、芳烴等不飽和烴，其中以芳香族化合物所占比例最大；其次，煤焦油外觀上呈黑色或褐色、十分粘稠并具有流動(dòng)性，且具有刺激性氣味和不穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)，其安全性能和存儲(chǔ)性能也無法保障；最后，以往傳統(tǒng)煤焦油深加工技術(shù)是采用干餾或氣化的工藝，事實(shí)證明，分解效果無法滿足清潔燃料用油的需求。而利用中低溫煤焦油加氫技術(shù)與煤焦油中各種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以有效起到煤焦油內(nèi)發(fā)生脫硫、脫氮、脫氧、脫金屬反應(yīng)或烴類飽和反應(yīng)，從而確保有效達(dá)到分類轉(zhuǎn)化、脫除和分離的終極目標(biāo)，最終加工生產(chǎn)出的清潔燃料能源不僅安全可靠而且環(huán)保清潔。

2 對(duì)煤焦油加氫催化劑的設(shè)計(jì)分析

我國煤焦油采用加氫工藝處理的起步較晚，雖說近年來在清潔能源領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)步和成效，但也存在一些局部缺陷。例如：加氫功能依舊單一、產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新、生產(chǎn)過程墨守成規(guī)，以至于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力較為依賴原料的餾分范圍。因此，焦化企業(yè)開發(fā)煤焦油加氫專用催化劑勢(shì)在必行。基于煤焦油特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此對(duì)煤焦油專用加氫催化劑的選擇和設(shè)計(jì)必須要確保以下規(guī)律。首先，一旦煤焦油中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%，加氫催化劑的設(shè)計(jì)一定要確保抗氮中毒，這就需要對(duì)催化劑進(jìn)行針對(duì)性的處理，尤其是對(duì)酸強(qiáng)度的調(diào)整；其次，芳烴在煤焦油中占有較大的比例，因此加氫催化劑的設(shè)計(jì)要確保能夠合理有效處理芳烴，尤其是針對(duì)芳烴的吸附能力，以達(dá)成加氫后平衡匹配的難點(diǎn)；最后，中低溫煤焦油加氫工藝生產(chǎn)的目標(biāo)是輕質(zhì)產(chǎn)品，這就需要加氫催化劑應(yīng)該具有較強(qiáng)的開環(huán)活性能，以提高對(duì)煤焦油中高芳烴的裂解能力。因此，催化劑中要添加酸性硅鋁等物質(zhì)作為進(jìn)一步的載體。

3 對(duì)中低溫煤焦油加氫工藝操作流程的分析

3.1 原料的預(yù)處理

首先要對(duì)煤焦油原料實(shí)施預(yù)處理，目的就是要脫除煤焦油中的水分、鹽類、雜質(zhì)等物質(zhì)，為接下來煤焦油加氫工藝做好準(zhǔn)備。

3.2 加氫催化劑作用下與煤焦油的反應(yīng)

煤焦油經(jīng)過預(yù)處理后，要在加氫精制加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，之后將氫氣注入反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)要提前準(zhǔn)備好加氫催化劑，目的是加快反應(yīng)器內(nèi)氫氣與煤焦油的反應(yīng)速度和效率。接下來待反應(yīng)結(jié)束后，這時(shí)煤焦油中的硫、氮、氧元素基本上都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為硫化氫、氨氣和水。此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)溫度很高，需要做冷卻處理方可進(jìn)行氣液分離處理，其中分離出來的高純度氫氣仍可循環(huán)利用。

3.3 分餾塔內(nèi)的分離與再加工

加氫反應(yīng)生成的餾分油要進(jìn)入分餾塔內(nèi)進(jìn)行重新分離，根據(jù)不同餾分油的溫度可以生產(chǎn)出不同的清潔燃料。首先，分離后塔底部的黃色透明液體稱為重油，重油經(jīng)過再加工和重整處理進(jìn)而生成柴油燃料；其次，分離后塔中的無色透明液體稱之為石腦油，經(jīng)過繼續(xù)加工和重整處理將會(huì)生成人們所熟知的汽油燃料。此外，分餾塔內(nèi)的分離和餾分過程離不開加氫裂化催化劑的使用，它可以確保裂化的質(zhì)量和效率，使得煤焦油最大限度地轉(zhuǎn)化為汽油和柴油等燃料用油。

總之，目前我國中低溫煤焦油加氫工藝日趨成熟和穩(wěn)定，逐漸向工業(yè)化、規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化方向拓展和延伸，而生產(chǎn)的品種主要集中于燃料用油和清潔能源領(lǐng)域，在一定程度上對(duì)于國內(nèi)石油需求緊張的現(xiàn)狀下起到了積極的緩解和補(bǔ)充作用。然而煤焦油加工行業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中還存在諸多不足，例如：氫耗高造成的成本壓力、催化劑的活性和使用壽命問題以及固定床和懸浮床的堵塞等現(xiàn)象依然存在。這就需要焦化企業(yè)應(yīng)該加大生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)，尤其是針對(duì)加氫催化劑要不斷開發(fā)和持續(xù)研究，進(jìn)而改良催化劑的活性，使之發(fā)揮最大的催化轉(zhuǎn)化效率。此外，煤焦油行業(yè)在注重燃料油產(chǎn)品質(zhì)量和效益的同時(shí)，還應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，爭(zhēng)取研發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品類型。

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