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，如何科學合理地利用這一資源一直是焦化行業(yè)較為關注的熱點課題。隨著煤焦油深加工技術的不斷成熟和完善，在開辟清潔能源領域已經(jīng)取得了新突破，同時對于企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保還具有重要的推動作用。本文將從煤焦油的組成、特性及對加氫反應的原理分析入手，進而闡述煤焦油專用加氫催化劑的設計分析，最后重點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，而石油資源相對貧乏。過去對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，其資源應用和開發(fā)價值極高。因此，煤焦油是否能夠實現(xiàn)科學合理的加工不僅關乎對煤炭資源的節(jié)約利用，同時還涉及到對生態(tài)環(huán)境的保護責任。隨著人們對煤焦油資源認知和重視的日益提升，煤焦油深加工技術逐漸成熟和完善。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，煤焦油深加工技術取得了突破性創(chuàng)新，即中低溫煤焦油加氫技術的實施與普及，從而使國內煤焦油行業(yè)步入了新的歷史發(fā)展階段，開辟了煤焦油加工轉換清潔燃料油產(chǎn)品的新篇章。中低溫煤焦油加氫技術在焦化行業(yè)的實施運用，不僅提升了煤焦油加工企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且極大緩解了國內能源供應的壓力。

1 煤焦油的組成、特性及加氫反應的原理

首先，煤焦油中含有大量成分復雜的化學混合物質，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性，且具有刺激性氣味和不穩(wěn)定化學性質，其安全性能和存儲性能也無法保障；最后，以往傳統(tǒng)煤焦油深加工技術是采用干餾或氣化的工藝，事實證明，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與煤焦油中各種化學物質發(fā)生化學反應，可以有效起到煤焦油內發(fā)生脫硫、脫氮、脫氧、脫金屬反應或烴類飽和反應，從而確保有效達到分類轉化、脫除和分離的終極目標，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 對煤焦油加氫催化劑的設計分析

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域取得了一定的進步和成效，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)，以至于對產(chǎn)品質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在必行。基于煤焦油特殊的物理和化學性質，因此對煤焦油專用加氫催化劑的選擇和設計必須要確保以下規(guī)律。首先，一旦煤焦油中氮的質量分數(shù)超過1%，加氫催化劑的設計一定要確?？沟卸?，這就需要對催化劑進行針對性的處理，尤其是對酸強度的調整；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計要確保能夠合理有效處理芳烴，尤其是針對芳烴的吸附能力，以達成加氫后平衡匹配的難點；最后，中低溫煤焦油加氫工藝生產(chǎn)的目標是輕質產(chǎn)品，這就需要加氫催化劑應該具有較強的開環(huán)活性能，以提高對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作為進一步的載體。

3 對中低溫煤焦油加氫工藝操作流程的分析

3.1 原料的預處理

首先要對煤焦油原料實施預處理，目的就是要脫除煤焦油中的水分、鹽類、雜質等物質，為接下來煤焦油加氫工藝做好準備。

3.2 加氫催化劑作用下與煤焦油的反應

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

3.3 分餾塔內的分離與再加工

加氫反應生成的餾分油要進入分餾塔內進行重新分離，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生成人們所熟知的汽油燃料。此外，分餾塔內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量和效率，使得煤焦油最大限度地轉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)?；彤a(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域，在一定程度上對于國內石油需求緊張的現(xiàn)狀下起到了積極的緩解和補充作用。然而煤焦油加工行業(yè)在實際生產(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)應該加大生產(chǎn)技術的創(chuàng)新與改進，尤其是針對加氫催化劑要不斷開發(fā)和持續(xù)研究，進而改良催化劑的活性，使之發(fā)揮最大的催化轉化效率。此外，煤焦油行業(yè)在注重燃料油產(chǎn)品質量和效益的同時，還應與時俱進，爭取研發(fā)出更多優(yōu)質的產(chǎn)品類型。

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