煤焦油深加工現狀、新技術和發展方向

張志敏

（邢臺旭陽煤化工有限公司，河北邢臺 054000）

我國是焦炭生產的大國，焦炭產量在全世界產量占比達到40%左右，作為焦炭生產的副產物，煤焦油的加工越來越受到人們重視。我國煤焦油的年產量大約為600萬t，目前有較多項目與煤焦油相關，加工產品的種類和數量均提升。然而，煤焦油的生產加工較為分散，缺乏深加工力度，并且存在加工技術落后、污染環境和浪費大量資源的問題。在此背景下，本文分析了煤焦油深加工現狀，并結合最新思想和技術路徑，對產品加工與發展方向進行了探討。

1 煤焦油深加工現狀

1.1 生產規模現狀

現階段，全世界煤焦油的年產量約為2 000萬t，其中可在其中提煉獲得各類化工產品500萬t。目前國外發達國家單套煤焦油的蒸餾能力均保持在每年10萬t以上，其加工蒸餾能力越強，表明規模效益越良好。目前，由于技術條件的限制，只有在煤焦油收集總量相對較大的條件下，方可建設年產50萬t以上的煤焦油加工裝置，以取得顯著的規模經濟效益[1]。

英國是最早建立煤焦油蒸餾工廠的國家，并實現了在煤焦油中分離芳烴化合物、瀝青、防腐油等化學物質。德國則最早對煤焦油產品附加值進行了開發，其中具有代表性的公司為斯蒂爾公司與考波斯公司，這兩個公司均具有世界一流的加工工藝流程。此外，呂特格公司煤油加工能力較強，每年加工150萬t，并且自動化水平極高，其工藝生產線具有較高的經濟效益與環保價值，目前，通過該生產線分離出的微量組分最多，其煤油綜合利用率位居世界第一位。

實際上，以美國、日本、俄國、德國為主的發達國家在煤焦油深加工領域中的技術和設備已經相當成熟，以日本為例，其鋼管公司的煤焦油蒸餾工藝線，已經不再單獨設置閃蒸分離塔，而是通過一體化集成技術，完成蒸餾工藝，為煤焦油的深層次加工奠定了基礎。

目前，我國擁有大中型煤焦油加工企業約為46家，其中年產10萬噸以上的企業達到了25家，其中大部分企業均為簡單操作，未能對煤焦油進行深層次開發，使得產品附加值不足。此外，在產品加工與制造中，使用的主要工藝是常壓蒸餾、工藝未能完全實現現代化，粗放型加工的特征十分明顯。

現階段，我國單套煤焦油蒸餾裝置的規模程度雖然已經達到了50萬t/a，但是總體規模有限，并且深加工不足，未能對相關配套產品進行深度開發，影響加工作業能力。造成目前煤焦油深加工能力不足的主要原因：①加工廠受到自身設備規模與總產量限制，導致煤焦油規模建設能力缺乏；②大規模的煤焦油加工技術水平不足；③環境保護和能源利用效率未能到達發達國家水平，影響了相關產品的深度加工。

1.2 產品方案多樣化趨勢

我國煤焦油的加工主要有2種模式：①全方位品種的加工，其產品規格與等級相對較高；②精細加工。現階段，隨著工業加工與生產技術的發展，使得煤焦油的加工朝向縱深方向發展，產品不僅被應用在煤炭產業，而且延伸到染料和醫用醫藥產品。

國內煤焦油的加工產品主要包括酚類產品、萘類產品、洗油和瀝青等。由于各廠家生產的產品質量與數量大體上相同，使得目前我國煤焦油的總體加工水平落后，加工技術與國外發達國家存在較大差距。分析造成以上問題的主要原因，應考慮加工裝置落后，未能開展規模化加工。

煤焦油含有的化合物種類達到1萬余種，在目前技術條件下，可有效提取的種類約為200種，其中具有較高利用價值的化合物超過了50余種。產品方案多樣化趨勢十分明顯，經過對煤焦油的深加工，能夠獲得瀝青、輕油、酚、萘、咔唑等。此外，煤焦油也可作為合成纖維、塑料、染料、涂料、農藥、紙張、紡織、交通、冶金等行業產品的基礎原料。

1.3 工藝和環保技術發展情況

國內對煤焦油進行蒸餾的方法存在大同小異的問題，均在脫水、分餾的技術條件下，工藝技術單一。然而，在煤焦油生產與加工過程中，相關人員應做好工藝流程升級工作，對國內工藝設備、儀表裝置進行持續改進，以降低不良因素對蒸餾過程產生的不良影響。

焦油在蒸餾操作前必須將水分脫出，經過脫水處理的煤焦油可降低蒸餾過程中的能源消耗，并增加設備實際生產作業性能。相關脫水操作也降低了連續蒸餾加熱時系統阻力，對節約能源投入意義重大。脫水工藝包括初步脫水與最終脫水。目前，受到技術條件限制，焦油的初步脫水一般使用靜置脫水法，即將煤焦油放在預先安置的儲罐中，使用蛇形管道對其進行加熱處理，并使得最終溫度保持在80℃，將焦油靜置36h以上，此時由于水和油的密度不同，焦油和水成功分離。實際上，目前使用的靜置脫水法，可將焦油中的水分初步脫至5%以下。此外，參考生產工藝與規模，焦油的脫水處理方式也可采用間隙釜、蒸汽加熱脫水、管式爐脫水。其中間隙焦油蒸餾工藝使用間隙釜，連續蒸餾工藝則使用管式爐。以管式爐脫水處理工藝為例，相關人員需要將初步脫水的焦油輸送到管式爐中，對其進行加熱操作，一般情況下，需求將其連續加熱到120～130℃，隨后將加熱完成的焦油輸送到脫水塔中，實現對輕油和部分水的再次脫離，此時焦油中水分的含量可降低到0.5%。現階段，我國煤焦油加工企業中，大部分選擇在管式爐的對流段完成脫水。

在生產與加工過程中，也需要考慮對廢水、廢氣與廢渣的處理。實際上，目前我國對焦油加工產生的廢水均為集中收集，并且受到水處理裝置的影響，使污水處理遭受到嚴重問題，部分工業廢水的排放甚至未能達到環保指標。在我國相當大一部分焦油加工時，對油槽頂部進行氮封，以達到理想的密封效果。然而這一處理方式使得內部散發的氣體難以排出，大部分裝置均在使用前自由放散氣體，增加了環境污染程度。此外，在加工過程也形成了焦油渣，倘若未能對相關環節進行精細化管理，會出現焦油渣隨意堆放的問題。

1.4 節能與自動化水平

在我國煤焦油的加工是高耗能產業，為踐行節能減排理念，相關行業在產品加工中，均能做到更新技術，注重在水、蒸汽、煤氣消耗方面進行控制，通過多級循環水利用、促進流體轉換、熱量回收裝置和低溫減壓蒸餾技術，使得目前節能生產目標得以初步實現。針對目前國內煤焦油加工控制領域而言，其自動化水平較低，相關加工設備的水平與行業領先水準之間存在一定差別，其技術瓶頸主要是高溫運轉設備、耐腐蝕器材和高黏度介質檢測儀表生產。相關設備從國外進口，會出現后期維修成本高、維護工作時效性較低的動問題。因此，相關領域研究人員需要重點關注煤焦油自動化加工技術升級，提高行業整體生產效率。

2 煤焦油加工技術的發展方向

2.1 優化蒸餾技術形式

以往在蒸餾工藝中，使用較多的方法為常壓式蒸餾、一塔式蒸餾和切取兩混式蒸餾工藝，其操作較為煩瑣、效率較低，影響了焦油深加工程度。為改善以上問題，目前，國內已經引進了先進的煤焦油裝置，通過連續脫水、脫輕油和餾分塔的方式，推廣減壓操作。通過上述技術應用，能夠在塔頂部分浸出萘油，其壓力等級達到14.2kPa，而塔底則生出軟瀝青，瀝青的軟化點為65℃。對蒸餾技術方法進行升級后，蒸餾工藝穩定連續，余熱狀況良好。

在加工過程中，軟瀝青能夠與煤焦油發生換熱效應，餾分操作中，選擇的蒸汽發生器產生0.3MPa的低壓蒸汽。相關操作具有可靠性與節能性優點，在加工過程中，相關人員可將抽出的尾氣與分離酚水進行技術處理后，輸送到管式爐中焚燒，并做好環保排放控制，以提高能源利用效率[2]。

現階段，在國內大多數焦化廠的加工生產中，未能對95%的工業萘進行酸洗處理。只有需要對喹啉類物質進行回收的廠家，方可酸洗工業萘。為提升深加工能力，需用對工業萘進行蒸餾處理，目前應用較為廣泛的蒸餾工藝為常壓間歇式精餾、減壓間歇式精餾或單爐單塔式蒸餾。隨著技術的發展，目前精餾塔的實際塔板已經從50層發展到63層、64層、70層。新時期，絕大焦化廠采用70層浮閥塔，并選擇使用兩混或三混餾分作為原料，并推出了常壓雙爐或雙塔為主要形式的連續蒸餾工藝技術。隨著信息網絡與計算機控制技術進步，單爐、單塔連續精餾工藝具有廣闊的發展前景。

2.2 洗滌與分解技術的應用

本次加工所用裝置為堿洗脫酚和酸洗脫喹啉，通過該裝置能夠獲得酚鹽和硫酸喹啉。通常情況下，相關人員會結合工藝特點，選擇首先脫酚，然后脫喹啉。也可只脫酚，不脫喹啉。為做好技術應用，使得洗滌與分解技術應用更加有效，需要對原料進行合理選擇，應根據焦油蒸餾切取方式的不同，對差異化的餾分進行整合。實際應用環節，根據操作方法的不同，可將餾分工藝具體分為窄餾分與寬餾分兩種。相關的洗滌設備包括空氣攪拌、機械攪拌、泵混合與噴射混合器等。

目前，我國寶鋼焦化廠引進了全連續堿洗脫酚工藝，后期堿液濃度十分低，僅為8%。其中，輕油與酚油均采取了一段脫酚工藝，其工作效率較高，分別達到了70%和80%。值得關注的是，相關工藝技術應用后，能夠對酚鈉鹽起到凈化作用。而萘油則采用了三段脫酚技術，脫酚效率較高，為60%，期間脫酚設備則使用了靜態混合器。此外，在洗滌技術應用中，相關人員也推廣了連續酸洗脫喹啉方法，將加酸濃度控制在30%以上，效率值達到了25%以上，相關設備則使用了靜態混合器。

2.3 制取、分解與精制技術

國內各焦化廠在粗蒽制取中，均使用了間歇操作法，制取設備選擇了結晶機。為全面提升工藝效率，提高粗蒽制取能力，相關人員也開發并應用了連續結晶法，其中具有代表性的方法為兩段結晶法。以某焦油加工廠為例，在粗蒽制取過程中，引進了全連續控制方案，通過中央控制系統，對整個工藝進行控制，控制范圍包括蒽油裝入、冷卻結晶和離心控制等多個方面。在上述工藝段完成后，對其進行計時操作，當時間達到44h后，改為自然冷卻和強制冷卻相結合。此時控制時間縮短為30h，產生的結晶顆粒較大。設備采用了立式冷卻結晶機，為以上連續操作提供了便利條件，經過制取后，粗蒽的含蒽量明顯提高，可達到40%以上。

在分解操作中，傳統方式為硫酸分解法，該種方法的缺點明顯，在具體處理過程中產生了大量濃酚水。雖然使用了煙道廢氣處理技術，但是仍然存在二次污染的問題。寶鋼引進的工藝則為高爐煤氣分解法，其中多采用兩級分解操作法，其分解率為95%。并且在分解過程中，系統配備了苛化裝置，能夠獲得濃度在10%左右的苛性堿液，苛化率可達到75%，由此有效避免了二次污染問題。相關分解操作過程也能夠提高加工效率，有利于推動深加工進程，為相關人員加工決策選擇提供了有益參考[3]。

目前，國內在精萘的制取中獲得了較高的成就，通過技術升級，改善了以往技術存在的缺點。傳統技術方法主要是濃硫酸精制法，相關方法存在的主要缺點是難以對廢酸進行處理，并且具有較高的能源消耗，而且回收率較低，環保效益與經濟效益較差[4]。隨后，相關人員開發并使用了間歇操作法，并推廣分步結晶，使得相關技術進一步升級。近年來，隨著工業生產技術的發展，以自動化和程序化控制為主的“Praobd”工藝技術被大部分人員所認可，在技術應用中，使用了箱式分部結晶法，使得精萘的制取率達到了90%，并且能夠滿足連續操作要求，是目前精萘制取的先進方法，提高了焦油的深加工力度。

2.4 煤焦油加氫改質技術

在煤焦油中使用加氫技術，主要是去除油品中的硫元素、氧元素和金屬雜質，通過該技術能夠優化油品的燃燒性能，并確保其內部穩定性增加，使得顏色與氣味發生明顯改變。焦油加氫改質后，油品的性質與使用價值明顯提升，產品也具有較高的環保價值。

傳統加氫改質技術存在一定局限性，例如，操作流程復雜，對原料具有較高的要求。目前，隨著非均相催化劑級煤焦油懸浮床研究的深入開展，相關人員提出了漿態床加氫工藝，通過該項技術的應用，焦油利用效率和輕油產品的收率均明顯提高。未來，在高溫煤焦油加工中，需要將加氫精制與裂化技術結合，以提高整體油收率。

現階段國內煤焦油加工裝置規模較小，自動化程度低，并且較為分散，在使用中具有較高的能源消耗特征，生產的產品種類單一等問題比較嚴重，同時，產品質量較差，缺乏高附加值產品，經濟效益低。未來在焦油產品加工中，應堅持大型化、集約化生產路線，通過技術革新，走產品深加工之路。

3 結束語

對煤焦油的深加工相關問題進行了說明，在明確產品加工現狀、技術局限和環保特征的基礎上，對煤焦油深加工技術的發展方向進行了探索。未來在推進煤焦油深加工的進程中，相關人員應重視最新工業技術的應用，并結合行業發展特征，構建以產品信息和技術協作為主要內容的網絡體系，加強企業合作與科研交流，使得煤焦油資源得到高效合理應用。