非沥青重质煤焦油临氢轻质化分析

2019-05-18 版权声明 举报文章

摘 要:加氢已成为非沥青重质煤焦油实现轻质化以及清洁化的一种有效方法。通过临氢技术不仅能够清除煤焦油金属、S、N、O等杂质,成为清洁燃料;同时也使得芳烃加氢饱和并裂解开环成为当前优质轻质油的重要组分。本文就结合现阶段煤焦油加氢技术的实际现状,对非沥青重质煤焦油难以加氢原因进行简单分析与介绍。

关键词:煤炭 煤焦油 临轻质化研究 氢 重质煤焦油

当前我国非沥青重质煤焦油的总量约为100万t左右,而这些煤焦油大都作为碳黑原料油、燃料油以及沥青调和油使用,从而分离获取菲、萘、苊、咔唑等产品,但因这些方法经济性相对较弱,特别是用作低档燃料油消耗时,不仅经济性差,更会对周围环境造成一定污染,所以,加氢就成为了实现煤焦油轻质化以及清洁化的最直接、有效方法。

一、煤焦油性质与加工流程

所谓煤焦油其实就是指煤焦化过程中所分离出来呈黑褐色以及黑色的粘稠状液体,多用作煤化学工业原料。它包含成分非常丰富,主要有蒽、二甲苯、笨以及甲苯等芳烃,此外还有酚类化合物与含氧化合物,如苯酚等,另包含氮与硫等杂环化合物,因此可选用分馏法将煤焦油逐渐分割为不同沸点的馏分。以我国某石油化工研究机构所应用的重焦油性质为例,见下表:

由上述表中我们可以得出,该研究机构中所使用的重焦油密度相对较大,且C/H较高;成分硫含量约为4 950ug/g,而其氮含量相对较高,其中芳烃加胶质约是100.0%,属于加氢难度相对较大的一种原料油。

针对该原料特点,以及两年来总结的小试结果,提出了相应的加工流程:先将重焦油进行加氢精制,得出相应的加氢精制油,再由高、低压分离器对气与水进行分离溶解后,进入到分馏塔中从塔顶将石脑油馏分分离出来,而与塔底尾油再经过加氢裂化反应器后,获取裂化生产先进油回分离系统,将上述过程中进行不断重复,分馏塔所获取的柴油馏在经过专业的柴油改质反应器后,可直接作最终产品引出。

二、重焦油加氢精制以及加氢裂化、柴油改质实验研究

依据重焦油成分构成特点,结合轻质油品柴油的高标准要求,即所含C/H相对较低,且包含相对较多分支度高烷烃,得出加氢的最终目的是在基于适宜催化剂以及环境条件下,可使得全部芳烃再经过加氢后,进行环饱和以及开环等反应。与此同时,将嵌在芳核中的H2s、S、N、O等形式进行脱除,并生成分支度相对较高、较好的烷烃柴油最佳组分,但因单环芳烃加氢自身的化学反应速率常数相对较小,因此对于重焦油来讲,其最有可能生成柴油最佳组分的是环烷烃与多烷基单芳烃。

上述所讲的某研究机构在获取煤焦油全馏分加氢工艺参数对产物性质影响趋势基础上,对重焦油进行多次实验,并对反应温度以及空速对部分加氢精制产品本身性质的多方位影响进行考察,同时对目前已经被推广适用的加氢裂化催化剂进行筛选,由于该类催化剂根本不能全部实现原材料完全转化目的,所以针对原料芳烃化合物像咔唑、菲、芘以及荧蒽含量相对集中的特点,专门设计开发了裂化催化剂,这种催化剂与传统在石油基原料基础上所开发研制成的裂化催化剂相比,可以100%实现将重焦油完全转化成轻组分目的。

三、加氢精制操作参数对于精制产物影响

应该说,选择合适的加氢工艺参数对于实现其既定目的有着十分重要作用,不但对产品最终质量产生影响,同时也对各段窄馏分产品的实际液收以及产品分布产生影响。此外,它也是决定重焦油本身加氢技术经济性好坏的关键因素。

通过相关数据以及研究所得,在重焦油试验过程中,随着反应温度不断提高,其含量密度也逐渐呈现出下降趋势,此外脱氮率也逐渐呈现出上升趋势,而当芳烃处于T+40°C时则呈现出最小值,这也是重焦油实现加氢精制的最佳温度。

在整个过程中,主要以加氢精制所产生的油全馏分作原料,并分别选择使用相应的三种裂化催化剂,即FC-14以及FC-28还有3974,而在同一裂化加氢条件下,所获取的裂化生成油其干点约在510°C左右,也就是说它与原料干点基本相同。而这种情况则说明该原料成分中仍留有部分重组分未转化成轻组分。因此为了能够实施全部转化目的,该研究机构针对该原料特点,制作出了专用的催化剂CN。这种催化剂同上述所讲的三种催化剂在同一工艺条件之下,所获取的裂化生产油颜色多呈现出黄色透明状态,这就说明该成分中已经不存在较重、颜色较深的大分子,即多环芳烃化合物。其干点分析约为335°C,也就是说其基本已经转化成轻质组分,因此为了能够确保实现完全转化目的,多选择使用工业催化剂以及CN催化剂。

此外,通过选择使用合适的工艺参数以及催化剂,对重焦油进行加氢处理,芳烃胶质几乎100%的转化成为轻质组分,其中芳烃则得到充分饱和并开环,且柴油选择性相对较好,由相应的物料平衡表可以看出,柴油收率相对较高,而石脑馏分芳潜较石油基石脑油芳潜高,因此是个不错的重整原料。

总结:

本文以某研究机构为例,对非沥青重质煤焦油临氢轻质化处理进行简单分析与讨论,为日后做好重质煤焦油临氢质化处理工作提供一定理论支持。

参考文献:

[1] 曲思建,关北锋,王燕芳,陈贵烽. 我国煤温和气化(热解)焦油性质及其加工利用现状与进展[J]. 煤炭转化. 2008(01)

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