煤焦油制燃料油技术原理

1、15煤焦油制燃料油技术原理上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 1 页前言煤焦油（即劣质燃料油）是焦炉副产品，是一种碳氢化合物的复杂混合物，大部分为价值较高的稀有种类，是石油化工难以获得的宝贵资源。煤焦油作为一种基础资源，国际市场对它的需求非常旺盛，以其不可替代性在世界经济中占有重要位置，各国均把本国煤焦油作为重要资源加以保护。加上提炼煤焦油对环境影响较大，发达国家很少自己提炼，宁可在国际市场上大量采购，而日本等资源缺乏国家更是采购煤焦油的大户。而国内现有的加工煤焦油工艺存在较多的弊端，大多数企业更是直接将煤焦油出售，不仅附加值低，而且给环境造成了很大的污染。于是如何合理利用煤

2、焦油资源，提高企业的经济效益变的越来越重要并且越来越迫切。通过采用高压加氢改质技术，可以降低煤焦油的硫含量、提高其安定性、并提高其十六烷值，产出满足优质燃料油指标要求的合格汽、柴油。我国优质燃料油短缺，燃料油进口数量逐年递增，随着国际原油价格的逐年提高，采用此工艺加工煤焦油将大大提高其附加值。下面以10 万吨/年规模的煤焦油加氢项目为例，做一个详细的介绍。项目主要工艺技术指标项目概况项目采用上海胜帮石油化工技术有限公司的成套煤焦油加氢工艺及催化剂，以焦炉副产煤焦油为原料，生产优质燃料油。充分考虑热量合理回收，降低装置能耗。为保证装置运转“安、稳、长、满、优”，关键设备设计充分考虑装置原料特点。

3、装置的氢气由净焦炉气氢提纯单元生产。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 2 页主要工艺、技术经济指标见表1-4-1主要工艺技术指标序号项 目 单位 指标 备注1主要原材料（1）原料油（2）净焦炉气（3）保护剂（4）加氢改质催化剂（5）缓蚀剂万吨/年104 Nm3/a吨/ m3吨/年13.00128002252(加氢进料按77%计)(氢气含量按60%计算)一次装入量，寿命1 年一次装入量，寿命3 年2 主要产品石脑油燃料油沥青万吨/年万吨/年万吨/年1.7428.323.000（含大于360未转化油）3456消耗指标燃料气循环水电净化风脱盐水蒸汽能耗指标装置总占地面积定员104

4、 Nm3/a104 t/a104kwh/a104 Nm3/a104 t/a104 t/aMJ/t 原料m2人296400.02427.26482.888.03845100000301.0MPa7 建设投资 万元 18000结 论 本项目采用上海胜帮石油化工技术有限公司的成套煤焦油加氢工艺和成熟的工程技术，投资合理，可确保装置 “安、稳、长、满、优”运转。装置环保、职业安全卫生及消防等设施的设计符合标准规范。本项目在技术上是可靠的。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 3 页 本项目各项经济评价指标远好于行业基准值，项目经济效益较好，并具有较强的抗风险能力，在经济上是完全可行的。

5、 本项目的建设不仅可以解决副产劣质煤焦油污染问题，同时也可部分解决国内油品紧张。总之，本装置的建设是必要的，应加快建设速度。原料来源、生产规模、产品方案原料来源及生产规模 原料来源煤焦油原料主要来自焦化厂的焦炉副产煤焦油13 万吨/年（不足时可考虑周边地区的煤焦油资源）作为原料（加氢进料10 万吨/年），其性质（假设）见表2-1-1。 生产规模：公称规模：10 万吨/年（单套装置处理能力）；加氢部分实际处理煤焦油馏分10 万吨/年。 年开工时数8000 小时。表 2-1-1 原料油全馏份性质表（假设）项目 全馏分原料油密度（20）/gcm-3 1.1380残炭，m% 19.59S, m% 0.

6、26N, m% 1.13C, m% 86.77H, m% 6.44组成，m%烷烃 0上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 4 页环烷烃 0芳烃 87.7胶质及其他 12.3金属含量gg-1其中： Cu 0.20Ca 22.75Mg 2.67Ni 0.78V 0.01Fe 11.2Na 0.95 38.56产品方案根据该焦炉焦油分析数据，本装置以焦炉焦油为原料，主要产品石脑油（C5177）硫、氮、烯烃含量及其它杂质均很低，可作为石脑油出厂；燃料油（177）安定性好、硫含量低，可作为优质燃料油出厂；煤沥青作为沥青调和组分出厂或调和重质燃料油。产品市场分析根据周边地区市场调查，该地区

7、煤焦油产量丰富。该项目使用13 万吨/年煤焦油作为原料，其原料供应很有保证。该项目投产后，10 万吨/年煤焦油加氢改质单元，生产的的8.32 万吨/年轻质燃料油（柴油组分）及1.742 万吨/年石脑油（汽油组分）产品，其产量对当地及周边市场需求而言，可实现当地销售，不存在市场问题。该项目原料预分馏塔底重油约3 万吨/年作为煤沥青外销。10 万吨/年煤焦油加氢改质单元副产气体可作装置燃料气，内部使用。7000 Nm3/h 净焦炉气氢提纯单元尾气也可以作为装置自用燃料，也可外供原来的用户。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 5 页10 万吨/年煤焦油加氢改质单元工艺技术方案工艺技

8、术方案选择一、确定技术方案的原则1、采用上海胜帮石油化工技术有限公司提供的成套工艺技术。2、采用配套的工艺技术和成熟、可靠、先进的工程技术，确保装置设计的整体合理性、先进性和长周期安全稳定运转。3、合理用能，有效降低装置的能耗，合理回收装置余热，达到先进水平。4、提高环保水平， 加强安全措施，环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。5、在保证性能可靠的前提下，降低装置投资，最大限度实现设备国产化。6、提高装置操作灵活性，增强对市场的适应能力。二、原料加工目的焦炉副产焦油的汽、柴油馏份含有大量的烯烃、多环芳烃等不饱和烃以及硫、氮化合物，酸度高、胶质含量高。采用加氢改质工艺，可完成脱硫、不

9、饱和烃饱和、脱氮反应、芳烃饱和，达到改善其安定性、降低硫含量和降低芳烃含量的目的，获得优质石脑油和燃料油。三、该装置使用的加氢工艺技术主要操作条件根据煤焦油分析数据，该装置反应器主要操作条件如下：表3-1-1 工艺条件反应总压/MPa 15.7保护剂体积空速/h-1 0.75保护剂平均反应温度/ 345主精制剂体积空速/h-1 0.3主精制剂平均反应温度/ 375精制油硫含量/gg-1 179精制油氮含量/gg-1 954*注：采用上海胜帮专用煤焦油加氢裂化催化剂。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 6 页四、工艺流程选择分馏塔系统：采用“分馏塔+稳定塔”流程分馏塔设置重沸炉

10、，使分馏塔具备精馏段和提馏段，实现汽油与柴油的清晰分割，柴油收率高，与蒸汽汽提操作方式相比，可避免柴油雾浊问题，并因减少水存在量大大减弱或避免了分馏塔顶系统和稳定塔顶系统有液态水存在位置的湿硫化氢腐蚀，利于保证分馏部分的“安、稳、长、满、优”操作。主要核心工艺条件装置生产灵活性和可靠性的核心在于反应空速的控制及原料芳烃含量的控制。装置设计基础数据：试验提供原料基础数据，经优化试验后才能确定完整的装置工程设计基础数据。五、工程技术主要特点1、反应部分采用炉前混氢、冷高分流程。2、为尽量减少换热器结垢和防止反应器顶部催化剂床层堵塞，以及提高换热器传热效率和延长运转周期，要求罐区原料油储罐采用惰性气

11、体保护。原料油进装置经过滤器（反冲洗介质为自身原料油），脱除大于25 微米的固体杂质颗粒。3、反应进料加热炉采用纯辐射型圆筒炉。4、精制柴油高于100以上热量用于加热稳定塔重沸液和低分油。5、催化剂采用分级装填技术，有效降低反应器的压降，降低床层温差，提高催化剂效率。6、高压换热器采用混合原料，提高换热效率，减少换热面积。7、采用新型加氢反应器分布器技术，更均匀的分散物流，使催化剂床层的径向温差更小。8、高分液位控制采用高低液位开关方式，安全可靠，准确性高。9、催化剂预硫化采用湿法硫化方法。10、正常操作反应器入口温度通过调节换热器操作来实现，第二、第三反应器床层入口温度通过调节急冷氢量来控制

12、。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 7 页11、采用三相(油、气、水)分离的立式冷高压分离器。12、催化剂再生采用器外再生方式。13、分馏部分采用“分馏+稳定”流程，分馏塔按设重沸炉方式操作。产品的主要技术规格表 3-2-1 177汽油馏分性质 表 3-2-2 177360柴油馏分性质S/gg-1 0.5 密度(20) /gcm-3 0.8704N/gg-1 0.5 凝点/ -50组成分析/% 闪点/ 56烷 烃 2.6 十六烷值（计算值） 37.8环烷烃 90.0 S/gg-1 5芳 烃 16.0 N/gg-1 1.0芳 潜/% 92.75物料平衡表3-3-1 10 万吨

13、/年煤焦油加氢改质单元物料平衡wt% 万吨年 t/h入方原料油 100 10 12.5化学氢 6.31 0.631 0.789小计 106.31 10.631 13.289出方H2S 0.25 0.025 0.031NH3 1.25 0.125 0.156H2O 2.5 0.25 0.313C1 0.12 0.012 0.015C2 0.09 0.009 0.011C3 0.62 0.062 0.078iC4 0.5 0.05 0.063C4 0.36 0.036 0.045石脑油 17.42 1.742 2.177轻质燃料油 83.20 8.32 10.40小计 106.31 10.631

14、13.289上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 8 页工艺流程简述、生产流程简述装置主要包括原料预分馏部分（脱水和切尾）、反应部分和分馏部分。1、原料预分馏部分从罐区来的原料油经原料油过滤器除去25的固体颗粒，与预分馏塔顶汽换热升温后，与预分馏塔中段回流液换热升温，然后与预分馏塔底重油换热升温，最后经预分馏塔进料加热炉加热至180进入原料油预分馏塔（脱水），塔顶汽经冷凝后进入预分馏塔顶回流罐并分离为汽油和含油污水，一部分汽油作塔顶回流使用，一部分汽油作加氢单元原料使用；预分馏塔（脱水）的拔头油由塔底排出，再经过换热和加热炉加热达到360后进入预分馏塔（切尾），预分馏塔（切尾）

15、底重油，作为沥青出装置，而其他馏出馏分混合后作加氢单元原料使用。2、反应部分经过预处理后的煤焦油进入加氢原料油缓冲罐，原料油缓冲罐用燃料气气封。自原料油缓冲罐来的原料油经加氢进料泵增压后，在流量控制下与混合氢混合，经反应流出物/反应进料换热器换热后，然后经反应进料加热炉加热至反应所需温度，进入加氢改质反应器。装置共有三台反应器，各设一个催化剂床层，反应器间设有注入急冷氢的设施。自反应器出来的反应流出物经反应流出物/反应进料换热器、反应流出物/低分油换热器 、反应流出物/反应进料换热器依次与反应进料、低分油、反应进料换热，然后经反应流出物空冷器及水冷器冷却至45，进入高压分离器 。为了防止反应流

16、出物中的铵盐在低温部位析出，通过注水泵将冲洗水注到反应流出物空冷器上游侧的管道中。冷却后的反应流出物在高压分离器中进行油、气、水三相分离。高分气(循环氢)经循环氢压缩机入口分液罐分液后，进入循环氢压缩机升压，然后分两路：一路作为急冷氢进反应器；一路与来自新氢压缩机的新氢混合，混合氢与原料油混合作为反应进料。含硫、含氨污水自高压分离器底部排出至酸性水汽提装置处理。高分油相在液位控制下经减压调节阀进入低压分离器，其闪蒸气体排至工厂燃料气管网。低分油经精制柴油/低分油换热器和反应流出物/低分油换热器分别与精上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 9 页制柴油、反应流出物换热后进入分馏塔

17、 。入塔温度用反应流出物/低分油换热器旁路调节控制。新氢经新氢压缩机入口分液罐经分液后进入新氢压缩机 ，经两级升压后与循环氢混合。3、分馏部分从反应部分来的低分油经精制柴油/低分油换热器 、反应流出物/低分油换热器换热至275左右进入分馏塔 。塔底设重沸炉，塔顶油气经塔顶空冷器和水冷器 冷凝冷却至40，进入分馏塔顶回流罐进行气、油、水三相分离。闪蒸出的气体排至燃料气管网。含硫含氨污水与高分污水一起送出装置。油相经分馏塔顶回流泵升压后一部分作为塔顶回流，一部分作为粗汽油去稳定塔。从分馏塔顶回流罐来的粗汽油经稳定汽油（精制石脑油）/粗汽油换热后进入汽油稳定塔 。稳定塔底用精制柴油作稳定重沸器热源，

18、稳定塔塔顶油气经稳定塔顶水冷器冷凝冷却至40，进入稳定塔顶回流罐进行气、油、水三相分离。闪蒸出的气体排至燃料气管网。含硫含氨污水与高分污水一起送出装置。油相经稳定塔顶回流泵升压后大部分作为塔顶回流，小部分作为轻油排入不合格油中出装置。塔底稳定汽油作为石脑油去罐区。为了抑制硫化氢对塔顶管道和冷换设备的腐蚀，在分馏塔和稳定塔塔顶管道采用注入缓蚀剂措施。缓蚀剂自缓蚀剂罐经缓蚀剂泵注入塔顶管道。分馏塔塔底精制柴油经精制柴油泵增压后与低分油换热至100左右,然后进入柴油空冷器冷却至50后出装置作为优质燃料油去罐区。、催化剂预硫化与再生部分1、催化剂预硫化流程为了使催化剂具有活性，新鲜的或再生后的催化剂在

19、使用前都必须进行预硫化。本设计采用气相硫化方法，硫化剂为CS2。2、催化剂再生催化剂在运转过程中将逐渐失去活性，为了使失活的催化剂恢复活性，本装置考虑器外再生方法。之所以不考虑催化剂器内再生方式，是为了保护装置设备安全，防止出现反应系统高压设备被腐蚀破坏，同时减少碱渣排放量。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 10 页、开工、停工条件开工时，开工油从罐区来，经原料油脱水、过滤后，经原料油缓冲罐 、加氢进料泵进入系统，待高分、低分建立液位后，反应部分建立循环。反应部分催化剂预硫化的同时，开工油引至柴油/低分油换热器 ，向分馏部分进油，待柴油汽提塔建立液位后，分馏部分可以建立循环

20、，这样可以缩短开工时间。停工时，原料油缓冲罐中存油经不合格油线出装置。反应部分油从低压分离器经不合格油线出装置。分馏部分油经产品线或不合格油线出装置。自动控制水平根据10 万吨/年煤焦油加氢改质单元工艺过程的特点、规模及目前国内外仪表生产及应用状况，该装置所设计的仪表自动控制系统将达到国内外同类型装置的先进水平，以实现集中控制、强化管理、平稳操作、安全生产，提高产品产量和质量，降低能耗，从而使工厂实现“安、稳、长、满、优”生产操作，提高经济效益，增强企业在市场上的竞争力。根据目前仪表自动化技术不断更新、仪表自动化水平不断提高的特点和今后仪表的发展趋势，结合该项目的具体情况，确定本装置的控制系统

21、采用当前技术先进、成熟可靠的集散控制系统（以下简称DCS），工艺装置DCS 的操作站、控制站及附属设备全部置于中心控制室，进行集中操作、控制和管理。1、10 万吨/年煤焦油加氢改质单元采用 DCS 进行集中监视、控制和操作。DCS 融合了计算机技术、通讯技术和图形显示技术，以微处理器为核心，对生产过程进行集中操作管理和分散控制，具有精确度高，可靠性好和维护工作量少等特点，可为实现先进控制和优化控制创造良好的环境。2、根据工艺特点和要求，设置性能可靠、技术先进的紧急停车及安全联锁系统（ESD&SIS，以下简称ESD）及事故预报警、报警信号，以确保生产操作人员及设备的安全。3、根据工艺装置的特点、

22、生产操作安全的需要及防爆要求，在有易燃、易爆及有毒气体存在的危险场所，设置性能可靠的可燃气体和有毒气体检测报警系统。4、进出生产装置的原料及产品，辅助系统及公用工程等设置相应的计量上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 11 页仪表。控制室1、中心控制室装置内设中心控制室， 按10 万吨/年煤焦油加氢改质单元、7000Nm3/h净煤气氢提纯单元的需要考虑。主要仪表清单主要仪表清单（参考）序号 仪表名称 单位 数量一 温度测量仪表1 双金属温度计 支 152 铠装热电偶 支 903 多点热电偶 支 3二 压力表1 普通压力表 块 802 膜盒压力表 块 10三 流量仪表1 法兰取压

23、节流装置 台 122 普通转子流量计 台 123 高压转子流量计 台 34 高压法兰取压节流装置 台 6四 液位仪表1 双色玻璃板液位计 台 25五 电动单元组合仪表1 变送器(1) 智能压力、差压变送器 台 55(2) 外浮筒液位变送器 台 18(3) 高压外浮筒液位变送器 台 3上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 12 页2 安全栅 台 1183 报警设定器 个 30六 分析仪表1 可燃气体检测报警仪 点 15七 执行器1 调节阀(含电气阀门定位器)台 282 自力式调节阀 台 33 气缸闸阀(含电磁阀) 台 14 气动切断球阀(含电磁阀)台 65 高压调节阀(含电气阀门

24、定位器)台 66 三通调节阀(含电气阀门定位器)台 5八 仪表盘箱台1 安全栅端子柜 台 22 电源柜 台 14 24VDC 直流稳压电源（冗余）台 15 仪表箱 个 55九 DCS(含PSA) 套 1十 ESD 套 1十一 机组部分控制仪表第六节 主要设备选择一、主要设备选则原则上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 13 页1、反应器：八十年代初，国内的设计、科研、制造、使用单位共同开始对引进的热壁加氢反应器技术进行了消化吸收与技术开发，在“七五”期间被列为国家重点科技项目攻关。并在1988 年生产出第一台国产锻焊结构热壁加氢反应器。通过技术攻关锻炼了一大批科技人员，并在反应

25、器的科研、设计、制造、检测、维护等方面积累了大量的宝贵经验。近年来该项技术在我国发展很快，我国设计的锻焊热壁结构反应器基本上都在国内制造，最大内径为4215mm，最大壁厚为281mm，反应器单台重量约961 吨。通过对上述锻焊结构热壁加氢反应器技术的攻关和设计制造工作，国内已掌握了Cr-Mo 钢材料锻焊反应器的设计、制造、检测等关键技术。国内为反应器内构件技术的开发、研究专门建立了必要的试验架，并取得了较多的研究经验。这一切都为现在开展大型化、高强度铬钼钢加氢反应器的研究打下了良好的基础。以前国内热壁加氢反应器的材质采用SA336-F22CL3，从国际加氢反应器所用材质的发展看，已经研制出更新

26、的材质SA336-F22V，与SA336-F22CL3 相比，新材质在抗氢腐蚀、抗损伤、抗氢剥离、抗回火脆性和强度等方面都有较大提高。本设计考虑设置精制反应器三台，主体材质选用0Cr18Ni10Ti，目的在于缩短制造周期。二、加热炉本装置共有三台加热炉：预分馏塔进料加热炉，设计热负荷约3.0 Mw；反应进料加热炉设计热负荷为 2.0 Mw；分馏塔底重沸炉,设计热负荷为2.0 Mw。炉型选择预分馏塔进料加热炉炉型为辐射-对流圆筒形加热炉。由于其余两台加热炉热负荷均较小，为节省投资、方便操作，所以反应进料加热炉与分馏塔底重沸炉炉型均为纯辐射型圆筒炉。主要材料选择炉体主要材料选择Q235-B。上海胜

27、帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 14 页炉管材料：预分馏塔进料加热炉炉管材料为1Cr5Mo，反应进料加热炉炉管材料为TP321H，分馏塔底重沸炉炉管材料为20#钢。三、主要设备该装置共有主要设备约80 台，详见设备规格表 (表3-6-1)，其中：反应器 3 台塔 器 4 台换热器 20 台空冷器 68 片容 器 16 台加热炉 3 座往复式压缩机 2 台泵 26 台过滤器 2 套上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 15 页加氢装置消耗指标及能耗一、消耗指标与化学药剂耗量消耗指标与化学药剂耗量（参考）序号 项目 单位 数量 备注1 脱盐水 t/h 1.6 连续2

28、 循环水 t/h 200 连续3 燃料气 Nm3/h 370 连续4 电 kW 9905 氮气 Nm3/h 6000 间断6 净化压缩空气 Nm3/h 800 连续7 非净化压缩空气 Nm3/h 4000 间断8 保护催化剂 t 2 寿命1 年9 精制催化剂 m3 25 1 年再生一次,寿命3 年10 瓷球BL m3 2 寿命1 年11 CS2 t 4 开工一次用量12 阻垢剂 t 半年用量13 缓蚀剂 t/a 2 连续14 1.0MPa 蒸汽 t/h 7.0 连续二、能耗分析 节能原则1、采用先进的工艺技术2、采用新型高效机泵3、充分回收热物流余热，提高加热炉效率 节能措施1、尽量回收热物流

29、热能。2、采用新型高效机泵，提高能量转换效率。3、设备及管道布置尽量紧凑合理，从而减少散热损失和压力损失。4、加强设备及管道保温，从而减少散热损失。上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 16 页机械一、加氢进料泵加氢改质设置两台原料油增压泵（一开一备），其工作条件如下：表3-10-1 预计装置各生产阶段泵运行参数项目 精制工况流量 Nm3/h 12.0入口/出口压力MPa 0.03/16.0轴功率KW 50驱动机功率KW 74二、氢气压缩机组组合机组（引进）方案根据装置操作条件，设置新氢循环氢组合压缩机组，国内供货，该机组可从沈阳气体压缩机厂、上海气体压缩机厂、无锡压缩机有限公

30、司择优选购。机组操作参数见表3-10-5。表3-10-5 组合机组参数项目 新氢部分 循环氢部分设计流量 Nm3/h 7000 12000入口/出口压力MPa 1.55/16.0 15.0/16.0轴功率KW 300 150轴功率合计KW 450驱动机功率KW 560运行方式 一开一备上海胜帮煤化工技术有限公司 煤焦油加氢装置工艺简介第 17 页第五章 总 结我公司的煤焦油加氢裂化技术作为煤焦油深加工的一种途径，与现有的其他方法相比具有极大的优势。首先在投资方面相较国外技术更低廉，而在技术路线及产品方案方面又比国内技术更先进、更符合目前的市场情况。值得一提的是，装置所产出的煤沥青可以利用现有的

31、乳化技术生产乳化燃料，其热值与250、380 燃料油相似，可做为重质燃料油使用。附公司简介、设计资质及业绩一、大连市化工设计院大连市化工设计院（曾用名大连三株化工设计院）是一家综合性设计单位，拥有化工工艺、化工设备、建筑、结构、自控、给排水、电气、供热、采暖通风、技术经济、概预算、计算机、总图等专业。建院三十多年来，相继承担了数百项工程项目，其设计足迹遍及全国十几个省市。本院坚持质量第一、信誉第一的职业道德，以用户至上为宗旨，精心搞好每一项设计。在设计管理方面，坚持全面质量管理，具有完善的工作标准、管理标准、技术标准和质量保证体系；在专业队伍建设方面，专业技术力量强、设计队伍结构上海胜帮煤化工技