付君慧
乌海生态环境投资有限公司，内蒙古自治区、乌海市 016000
摘要：近年来，通过将煤焦油催化加氢处理制取清洁的燃料油成为煤焦油实现高效转化的有效路径。本文分别从煤焦油的组成及其特点、煤焦油加氢技术研究现状两个方面，综述了国内外对煤焦油催化加氢精制的研究现状，最后总结提出了煤焦油加氢技术的研究重点及建议。
关键词：煤焦油；加氢；产业发展
引言
在国家能源发展规划中，指出“着力提高清洁低碳化石能源和非化石能源比重，大力推进煤炭高效清洁利用，科学实施传统能源替代，加快优化能源生产和消费结构”，而煤化工是以煤炭为主要原料生产化工产品的行业，大力发展煤化工，以工业强国为举措，技术技能型人才为基础。新型煤化工是我国未来能源的发展方向，新型煤化工是指煤制烯烃、煤制天然气、煤制油、煤制二甲醚和煤制乙二醇等。煤焦油加工工业是随着传统的炼焦工业发展而发展起来的。煤焦油传统加工方法以物理分离、提取单组分或窄馏分产品为目标，从煤焦油中提炼洗油、轻油、蒽油、工业萘、粗酚及劣质沥青等产品。随着人们对环境的要求越来越高，在全世界都重视可持续发展的今天，所面临的形势严峻可想而知。煤焦油是煤炭在干馏过程中所得到的一种液体副产物，2018年煤焦油产量为1806万t，其中中低温煤热解油年产量已超过500万t。煤焦油加氢技术是一个新的探索，是开发新型煤焦油清洁利用技术探索的主要方向；可延长产业链，提高资源利用率，减少环境污染，提取高附加值产品。我国的车用燃料未来市场有很大缺口，煤焦油加氢制取燃料油将是煤焦油加工利用的一条新途径，对能源可持续发展也具有重要战略意义。本文结合煤焦油的发展，就煤焦油加氢的具体工艺简单论述。
1我国煤焦油加氢产业发展现状
将氨基甲基磷酸作为配体，合成了一系列含有金属Mo的催化剂前驱体，同时用硫磺粉进行预硫化。在悬浮床上对克拉玛依常压渣油进行加氢反应，反应条件为：搅拌转速600r·min-1，压力12MPa，温度430°C。活性测试结果表明，轻质产物的产率顺序为：2EAPA-Mo>2EAPA-2Mo>2EA-Mo>DEAPA–Mo。P/Mo原子比对于颗粒大小、裂解程度有一定的影响，催化剂的高活性主要归因于高度分散的小颗粒MoS2物种的形成。在2EAPA-Mo催化剂上，液体收率达到85.5%。简单示意图见图1。国内研究者岳园园等人[13]将廉价的天然铝土矿作为载体，并通过水热改性方法对其进行改性，进而制备了性能优异的SPHC催化剂-HMBC。同时将河南BMW化肥公司提供的高温煤焦油作为原料，在悬浮床反应器中进行加氢精制。研究结果表明，载体HMB表面的羟基较少，与MoO3的相互作用较弱，导致了HMBC催化剂中形成了加氢裂化的活性相MoS2，在高温煤焦油加氢过程中表现出了较好的催化性能，显著地提高了原料的转化率和产物的收率。具体操作过程见图2。中国矿业大学王永刚教授课题组选择常规的γ-Al2O3作为催化剂载体，将金属Ni、W作为活性组分，用等体积浸渍法制备了不同Ni/W原子比的催化剂，用于低温煤焦油的加氢反应，并采用色谱-质谱仪对加氢产物进行定量和定性分析，研究结果表明，Ni/W最佳的原子比为0.38，在此原子比的催化剂上，酚类化合物的转化率和加氢产物的选择性均达到最高值。太原理工大学闫飞飞[7]课题组采用完全液相法制备了NiW/AlOOH-TiO2浆状催化剂，并用于中低温煤焦油加氢研究，考察了反应温度对催化剂活性的影响和加氢产物的分布情况，通过GC-MS对产物进行检测分析。研究结果表明，反应温度对煤焦油加氢有显著的影响，380℃是最佳的反应温度，此时加氢性能最高，液体收率达到94.4%。同时，GC-MS检测结果显示，煤焦油加氢产物多达350多种，按照物质的结构类型可以大体分为17类，主要包括烷烃、环烷烃、芳烃等。
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图2改性催化剂上煤焦油加氢示意图
2我国煤焦油加氢产业发展策略
2.1分馏部分工艺单元
实现分馏过程的设备被称为分馏塔，或因其实际用途及分馏的精度不同可称为蒸馏塔、汽提塔或精馏塔。待分离的混合物在塔内被加热汽化为气相从下向上流动，遇到向下流动、温度相对较低的液相混合物后二者进行热交换形成温度相同的体系，气相温度降低而液相温度升高，气相中相对沸点较高的物质（或者说相对挥发度较低的物质）由于温度降低从气相变为液相而放出热量，同时液相由于吸收了气相放出的热量而温度升高，温度升高导致液相中沸点相对较低的物质吸收热量从液体变成气体。这一过程是一个气相向液相传递热量的过程--即传热过程；同时，气相中相对沸点较高的物质从气体变为液体进入液相、液相吸收热量后沸点相对较低的物质从液体变成气体进入了气相，就发生了气相与液相之间互相传递物质的过程--即传质过程。根据分馏的原料性质和分馏要求不同，在分馏塔中安装有许多塔盘。主要分为两大类即塔盘类和填料类。其中应用较广的就是浮阀塔盘。浮阀塔盘上开有许多孔，并在开孔处安装有可以上下活动的盖板（即浮阀），液体在塔盘上方流过，而气体由于压力的作用顶起浮阀通过塔盘上的开孔冲开液体向上流动。这样就完成了一次气液接触过程----即完成了一次传质传热的分馏过程。介质每通过一层塔盘就完成一次分馏过程，随着从塔底到塔顶温度由高到低的变化的同时，介质在塔盘上完成了混合物的沸点从高到低的分馏过程，这样从塔顶排出介质的沸点就低，而从塔底排出介质的沸点就高。
2.2装置大型化
合理的装置规模才能实现运行成本最低、经济效益最大。装置大型化的优点主要体现在：（1）能集中加工难于处理的重质沥青、含量较少的高附加值产品；（2）降低操作费用和能耗，易于实现自动化控制，提高产品收率和质量，提高劳动效率；（3）节约占地，可有效降低“三废”处理与综合利用的建设投资、综合成本，有利于环境保护[14]。由于煤焦油原料分布分散、产量较小，现有的加氢装置规模普遍偏小。根据国内外石油炼制工业经验推算，当煤焦油加氢规模由25万t/a增加到50万t/a时，规模增加1倍，投资增加0.7倍，生产运行费用降低10%左右，劳动生产率提高20%以上，占地面积和材料消耗也随之减少。考虑煤焦油产量半径的经济性，加氢装置规模宜为50万t/a~100万t/a。
2.3过程绿色化
过程绿色化在提高煤焦油的使用效率、减少污染、提升生产转化率方面都提出了新的方向和要求，对于煤焦油加氢行业的发展具有重要的意义。一方面要加大创新力度，重点包括开发新型绿色友好加氢催化剂、重质组分高效转化技术、过程清洁化技术、环保节能技术、VOCs治理技术等，同时应关注与煤间接制油、煤油混炼等技术的耦合；另一方面建立量化指标体系，如油品转化率、吨产品氢耗、综合能耗、吨产品“三废”排放、吨产品环保投资、吨产品利润、总资产收益率等方面内容。
结语
（1）低温煤焦油中的H/C与石油的更加接近，相比于中高温煤焦油，低温煤焦油更适合加氢，进而获得清洁的汽油、柴油等燃料油。（2）加氢催化剂的选择和制备是煤焦油加氢精制的关键,催化剂活性的高低直接关系到煤焦油加氢的效果。少量助剂的加入能够显著的改善载体的孔道和活性组分的分散程度；同时，加氢工艺条件的控制也对加氢反应有一定的影响。（3）相比于固定床加氢反应器，悬浮床加氢反应器具有加氢转化率和液体收率高的优势，悬浮床加氢工艺仍然是科研工作者今后研究的热点。
参考文献
[1]田春荣.2011年中国石油和天然气进出口状况分析［J］.国际石油经济，2012，20（3）:56-66.
[2]冶涛,吕雁琴.新疆煤炭资源开发与经济发展的关系研究［J］.前沿，2012,24:97-98.