煤焦油深加工現(xiàn)狀、新技術(shù)和發(fā)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(chǎn)的大國，焦炭產(chǎn)量在全世界產(chǎn)量占比達到40%左右，作為焦炭生產(chǎn)的副產(chǎn)物，煤焦油的加工越來越受到人們重視。我國煤焦油的年產(chǎn)量大約為600萬t，目前有較多項目與煤焦油相關(guān)，加工產(chǎn)品的種類和數(shù)量均提升。然而，煤焦油的生產(chǎn)加工較為分散，缺乏深加工力度，并且存在加工技術(shù)落后、污染環(huán)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(xiàn)狀，并結(jié)合最新思想和技術(shù)路徑，對產(chǎn)品加工與發(fā)展方向進行了探討。

1 煤焦油深加工現(xiàn)狀

1.1 生產(chǎn)規(guī)?，F(xiàn)狀

現(xiàn)階段，全世界煤焦油的年產(chǎn)量約為2 000萬t，其中可在其中提煉獲得各類化工產(chǎn)品500萬t。目前國外發(fā)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(guī)模效益越良好。目前，由于技術(shù)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(shè)年產(chǎn)50萬t以上的煤焦油加工裝置，以取得顯著的規(guī)模經(jīng)濟效益[1]。

英國是最早建立煤焦油蒸餾工廠的國家，并實現(xiàn)了在煤焦油中分離芳烴化合物、瀝青、防腐油等化學(xué)物質(zhì)。德國則最早對煤焦油產(chǎn)品附加值進行了開發(fā)，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(chǎn)線具有較高的經(jīng)濟效益與環(huán)保價值，目前，通過該生產(chǎn)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(fā)達國家在煤焦油深加工領(lǐng)域中的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)成熟，以日本為例，其鋼管公司的煤焦油蒸餾工藝線，已經(jīng)不再單獨設(shè)置閃蒸分離塔，而是通過一體化集成技術(shù)，完成蒸餾工藝，為煤焦油的深層次加工奠定了基礎(chǔ)。

目前，我國擁有大中型煤焦油加工企業(yè)約為46家，其中年產(chǎn)10萬噸以上的企業(yè)達到了25家，其中大部分企業(yè)均為簡單操作，未能對煤焦油進行深層次開發(fā)，使得產(chǎn)品附加值不足。此外，在產(chǎn)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(xiàn)現(xiàn)代化，粗放型加工的特征十分明顯。

現(xiàn)階段，我國單套煤焦油蒸餾裝置的規(guī)模程度雖然已經(jīng)達到了50萬t/a，但是總體規(guī)模有限，并且深加工不足，未能對相關(guān)配套產(chǎn)品進行深度開發(fā)，影響加工作業(yè)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(shè)備規(guī)模與總產(chǎn)量限制，導(dǎo)致煤焦油規(guī)模建設(shè)能力缺乏；②大規(guī)模的煤焦油加工技術(shù)水平不足；③環(huán)境保護和能源利用效率未能到達發(fā)達國家水平，影響了相關(guān)產(chǎn)品的深度加工。

1.2 產(chǎn)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(chǎn)品規(guī)格與等級相對較高；②精細加工。現(xiàn)階段，隨著工業(yè)加工與生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使得煤焦油的加工朝向縱深方向發(fā)展，產(chǎn)品不僅被應(yīng)用在煤炭產(chǎn)業(yè)，而且延伸到染料和醫(yī)用醫(yī)藥產(chǎn)品。

國內(nèi)煤焦油的加工產(chǎn)品主要包括酚類產(chǎn)品、萘類產(chǎn)品、洗油和瀝青等。由于各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)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(shù)與國外發(fā)達國家存在較大差距。分析造成以上問題的主要原因，應(yīng)考慮加工裝置落后，未能開展規(guī)?；庸?。

煤焦油含有的化合物種類達到1萬余種，在目前技術(shù)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(chǎn)品方案多樣化趨勢十分明顯，經(jīng)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(nóng)藥、紙張、紡織、交通、冶金等行業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。

1.3 工藝和環(huán)保技術(shù)發(fā)展情況

國內(nèi)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(shù)條件下，工藝技術(shù)單一。然而，在煤焦油生產(chǎn)與加工過程中，相關(guān)人員應(yīng)做好工藝流程升級工作，對國內(nèi)工藝設(shè)備、儀表裝置進行持續(xù)改進，以降低不良因素對蒸餾過程產(chǎn)生的不良影響。

焦油在蒸餾操作前必須將水分脫出，經(jīng)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(shè)備實際生產(chǎn)作業(yè)性能。相關(guān)脫水操作也降低了連續(xù)蒸餾加熱時系統(tǒng)阻力，對節(jié)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(shù)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(yù)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(chǎn)工藝與規(guī)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(xù)蒸餾工藝則使用管式爐。以管式爐脫水處理工藝為例，相關(guān)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(xù)加熱到120～130℃，隨后將加熱完成的焦油輸送到脫水塔中，實現(xiàn)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%?，F(xiàn)階段，我國煤焦油加工企業(yè)中，大部分選擇在管式爐的對流段完成脫水。

在生產(chǎn)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(chǎn)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(yán)重問題，部分工業(yè)廢水的排放甚至未能達到環(huán)保指標(biāo)。在我國相當(dāng)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(nèi)部散發(fā)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(huán)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(guān)環(huán)節(jié)進行精細化管理，會出現(xiàn)焦油渣隨意堆放的問題。

1.4 節(jié)能與自動化水平

在我國煤焦油的加工是高耗能產(chǎn)業(yè)，為踐行節(jié)能減排理念，相關(guān)行業(yè)在產(chǎn)品加工中，均能做到更新技術(shù)，注重在水、蒸汽、煤氣消耗方面進行控制，通過多級循環(huán)水利用、促進流體轉(zhuǎn)換、熱量回收裝置和低溫減壓蒸餾技術(shù)，使得目前節(jié)能生產(chǎn)目標(biāo)得以初步實現(xiàn)。針對目前國內(nèi)煤焦油加工控制領(lǐng)域而言，其自動化水平較低，相關(guān)加工設(shè)備的水平與行業(yè)領(lǐng)先水準(zhǔn)之間存在一定差別，其技術(shù)瓶頸主要是高溫運轉(zhuǎn)設(shè)備、耐腐蝕器材和高黏度介質(zhì)檢測儀表生產(chǎn)。相關(guān)設(shè)備從國外進口，會出現(xiàn)后期維修成本高、維護工作時效性較低的動問題。因此，相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要重點關(guān)注煤焦油自動化加工技術(shù)升級，提高行業(yè)整體生產(chǎn)效率。

2 煤焦油加工技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 優(yōu)化蒸餾技術(shù)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(nèi)已經(jīng)引進了先進的煤焦油裝置，通過連續(xù)脫水、脫輕油和餾分塔的方式，推廣減壓操作。通過上述技術(shù)應(yīng)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(shù)方法進行升級后，蒸餾工藝穩(wěn)定連續(xù)，余熱狀況良好。

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

現(xiàn)階段，在國內(nèi)大多數(shù)焦化廠的加工生產(chǎn)中，未能對95%的工業(yè)萘進行酸洗處理。只有需要對喹啉類物質(zhì)進行回收的廠家，方可酸洗工業(yè)萘。為提升深加工能力，需用對工業(yè)萘進行蒸餾處理，目前應(yīng)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(shù)的發(fā)展，目前精餾塔的實際塔板已經(jīng)從50層發(fā)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(xù)蒸餾工藝技術(shù)。隨著信息網(wǎng)絡(luò)與計算機控制技術(shù)進步，單爐、單塔連續(xù)精餾工藝具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2 洗滌與分解技術(shù)的應(yīng)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(guān)人員會結(jié)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(shù)應(yīng)用，使得洗滌與分解技術(shù)應(yīng)用更加有效，需要對原料進行合理選擇，應(yīng)根據(jù)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(yīng)用環(huán)節(jié)，根據(jù)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(guān)的洗滌設(shè)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(xù)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(guān)注的是，相關(guān)工藝技術(shù)應(yīng)用后，能夠?qū)Ψ逾c鹽起到凈化作用。而萘油則采用了三段脫酚技術(shù)，脫酚效率較高，為60%，期間脫酚設(shè)備則使用了靜態(tài)混合器。此外，在洗滌技術(shù)應(yīng)用中，相關(guān)人員也推廣了連續(xù)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(guān)設(shè)備則使用了靜態(tài)混合器。

2.3 制取、分解與精制技術(shù)

國內(nèi)各焦化廠在粗蒽制取中，均使用了間歇操作法，制取設(shè)備選擇了結(jié)晶機。為全面提升工藝效率，提高粗蒽制取能力，相關(guān)人員也開發(fā)并應(yīng)用了連續(xù)結(jié)晶法，其中具有代表性的方法為兩段結(jié)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(xù)控制方案，通過中央控制系統(tǒng)，對整個工藝進行控制，控制范圍包括蒽油裝入、冷卻結(jié)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(dāng)時間達到44h后，改為自然冷卻和強制冷卻相結(jié)合。此時控制時間縮短為30h，產(chǎn)生的結(jié)晶顆粒較大。設(shè)備采用了立式冷卻結(jié)晶機，為以上連續(xù)操作提供了便利條件，經(jīng)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(tǒng)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(chǎn)生了大量濃酚水。雖然使用了煙道廢氣處理技術(shù)，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(tǒng)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(guān)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(guān)人員加工決策選擇提供了有益參考[3]。

目前，國內(nèi)在精萘的制取中獲得了較高的成就，通過技術(shù)升級，改善了以往技術(shù)存在的缺點。傳統(tǒng)技術(shù)方法主要是濃硫酸精制法，相關(guān)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(huán)保效益與經(jīng)濟效益較差[4]。隨后，相關(guān)人員開發(fā)并使用了間歇操作法，并推廣分步結(jié)晶，使得相關(guān)技術(shù)進一步升級。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，以自動化和程序化控制為主的“Praobd”工藝技術(shù)被大部分人員所認可，在技術(shù)應(yīng)用中，使用了箱式分部結(jié)晶法，使得精萘的制取率達到了90%，并且能夠滿足連續(xù)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(zhì)技術(shù)

在煤焦油中使用加氫技術(shù)，主要是去除油品中的硫元素、氧元素和金屬雜質(zhì)，通過該技術(shù)能夠優(yōu)化油品的燃燒性能，并確保其內(nèi)部穩(wěn)定性增加，使得顏色與氣味發(fā)生明顯改變。焦油加氫改質(zhì)后，油品的性質(zhì)與使用價值明顯提升，產(chǎn)品也具有較高的環(huán)保價值。

傳統(tǒng)加氫改質(zhì)技術(shù)存在一定局限性，例如，操作流程復(fù)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(guān)人員提出了漿態(tài)床加氫工藝，通過該項技術(shù)的應(yīng)用，焦油利用效率和輕油產(chǎn)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(shù)結(jié)合，以提高整體油收率。

現(xiàn)階段國內(nèi)煤焦油加工裝置規(guī)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(chǎn)的產(chǎn)品種類單一等問題比較嚴(yán)重，同時，產(chǎn)品質(zhì)量較差，缺乏高附加值產(chǎn)品，經(jīng)濟效益低。未來在焦油產(chǎn)品加工中，應(yīng)堅持大型化、集約化生產(chǎn)路線，通過技術(shù)革新，走產(chǎn)品深加工之路。

3 結(jié)束語

對煤焦油的深加工相關(guān)問題進行了說明，在明確產(chǎn)品加工現(xiàn)狀、技術(shù)局限和環(huán)保特征的基礎(chǔ)上，對煤焦油深加工技術(shù)的發(fā)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(guān)人員應(yīng)重視最新工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合行業(yè)發(fā)展特征，構(gòu)建以產(chǎn)品信息和技術(shù)協(xié)作為主要內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)體系，加強企業(yè)合作與科研交流，使得煤焦油資源得到高效合理應(yīng)用。