第4章煤焦油加工技术

4.1前言资源分布：世界煤炭资源中，在总量约1.14万亿吨的炼焦煤资源中，肥煤、焦煤和瘦煤约占1/2，其经济可采储量约3500-4000亿吨，其中低灰、低硫的优质炼焦煤资源大约仅有600亿吨。世界炼焦煤资源中，约有1/2分布在亚洲地区，1/4分布在北美洲地区。其余1/4则分散在世界其他地区。中国炼焦煤资源量约占世界炼焦煤总资源量的13%，可采储量约占16.5%当前第1页\共有72页\编于星期五\20点中国山西省炼焦煤资源最多，占全国炼焦煤储量649亿多吨的51.3%。其他各省可采储量均不到60亿吨。炼焦煤储量占全国第二、三、四、五、六位的分别是安徽省54.32亿吨、贵州省39.14亿吨、山东省29.15亿吨、河北省27.61亿吨和黑龙江省25.68亿吨。炼焦煤储量超过20亿吨的还有河南省和内蒙古自治区。当前第2页\共有72页\编于星期五\20点当前第3页\共有72页\编于星期五\20点据中国煤田地质总局组织的第三次煤田预测结果，在已发现的炼焦煤资源量中，气煤占46.9%，肥煤、焦煤、瘦煤分别13.6%、24.3%、15.1%山西省炼焦煤资源量中气煤的资源量占48.6%，肥煤、焦煤、瘦煤的资源量分别占10.9%、20.9%、19.6%。张世奎（2005）曾明确提出炼焦用煤的主力煤种肥煤、焦煤和瘦煤等三煤种为稀缺煤种，它们的资源量分别只有373亿t、695亿t和445亿t。当前第4页\共有72页\编于星期五\20点炼焦工艺当前第5页\共有72页\编于星期五\20点无回收焦炉开发思想：针对传统的焦炉煤气处理及回收装置环保控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在21世纪80年代后期相继推出了新设计的无回收焦炉，将废热用于生产蒸汽和发电。优点：炼焦工艺流程简单，设计和基建投资费用低；取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环保有所改善;

负压操作，避免了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平，废热得到利用送去发电。产业化：美国、澳大利亚、中国等。当前第6页\共有72页\编于星期五\20点当前第7页\共有72页\编于星期五\20点焦炭生产过程中4%左右的煤焦油；石油价格的不断攀升,使得煤焦油越来越体现出其在化工产品中的价值,国内许多焦化厂、煤矿企业都在想办法如何发挥煤焦油加工产品的附加值;煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠状液体,简称焦油。煤焦油是炼焦化工的大宗产品,煤焦油的加工利用开创了近代有机化学工业的历史。煤焦油的加工当前第8页\共有72页\编于星期五\20点当前第9页\共有72页\编于星期五\20点50年代,鞍山钢铁公司建成两塔式方箱型管式炉常压连续蒸馏装置;在本溪钢铁公司、包头钢铁公司、武汉钢铁公司、上海焦化有限公司和南京梅山钢铁公司等地,也陆续建成一塔式或两塔式常压连续蒸馏装置;1985年,上海焦化有限公司建成了煤焦油减压连续蒸馏、萘区域熔融精制和沥青延迟焦化装置；国外,焦油加工先进发达国家,如日本、德国、法国、俄罗斯等其焦油单套蒸馏装置的能力都在10～50万t/a；国内单套焦油蒸馏的能力分别有0.6万t/a、1.2万t/a、3万t/a、5万t/a、7.5万t/a、10万t/a和15万t/a各种规模,3万t/a以上规模均为连续蒸馏装置,小于3万t/a的规模都是间歇蒸馏装置。当前第10页\共有72页\编于星期五\20点煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的液态产物。干馏温度在450~600℃可以得到低温焦油；干馏温度在700~900℃得到中温焦油；高温焦油的干馏温度在1000℃左右。煤焦油中所含物质上万种,已探明的有500多种,中性组分174种种(如苯、甲苯、二甲苯、萘、苊、蒽、芴和芘等)；酸性组分63种(如酚、甲酚和二甲酚等)；碱性组分113种(如吡啶、吲哚、喹啉和异喹啉等)能够提取或配制的产品,到目前为止大约200多种。4.2煤焦油的组成煤焦油属重质油类，其特点是密度高（约1.2g/cm3），C/H原子比高（约1.4），沸点高（轻馏分少，蒸馏残渣50%以上），组分多，种类多和易结焦等当前第11页\共有72页\编于星期五\20点煤焦油的组成结构当前第12页\共有72页\编于星期五\20点

通常将煤焦油分成几个族类，即烃类化合物、含氧化合物、含氮化合物、合硫化合物及不饱和化合物来进行研究。当前第13页\共有72页\编于星期五\20点吲哚咔唑苯并咔唑当前第14页\共有72页\编于星期五\20点当前第15页\共有72页\编于星期五\20点当前第16页\共有72页\编于星期五\20点4.3国外煤焦油加工厂提取产品的方式一是全方位多品种,包括提纯和配制各种市场需求不同规格、不同等级的产品。可以根据市场要求,在同一装置上,改变不同的操作参数,在不同的时期生产不同级别的产品,达到同种装置的多功能性;二是在煤焦油加工产品的基础上,发展向精细化工、染料、医药等方面延伸的深加工产品;三是重点加工沥青类产品。当前第17页\共有72页\编于星期五\20点第一种模式的代表是德国吕特格公司，从焦油中分离、配制的产品有220多种。萘有4个级别，树脂有5个级别，蒽有7个级别，沥青粘结剂及浸渍料有20个级别;第二种模式的代表是日本的住金化学，仅对煤焦油中纯化合物进行提纯或延伸，试制和生产的产品有180种。如酚类衍生物有21种；喹啉及衍生物有32种；萘衍生物有60种;第三种模式的代表有日本三菱株式会社、美国的Rilly公司、澳大利亚Koppers公司，都在煤焦油沥青加工上有特色的产品。当前第18页\共有72页\编于星期五\20点日本三菱公司利用沥青加工的针状焦、浸渍沥青、碳纤维等都是附加值非常高的产品,基本独占国际市场,很少有竞争对手;美国Rilly公司有专门配方的沥青产品,配制的路面油、沥青漆和屋面防漏剂等产品接近20多个品级,可以满足各种市场的要求。澳大利亚Koppers公司专门在世界各地建设硬沥青装置,并将硬沥青加工成各种电极、各种耐火材料的粘结剂,从而提高沥青的附加值。国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青等七八种产品,而且各厂的产品质量和数量都基本类似,没有属于本企业的拳头产品。当前第19页\共有72页\编于星期五\20点中国大中型煤焦油加工企业基本上都采用40～50年代的一次汽化、逐步冷却分离、管式炉加热的连续蒸馏工艺。大型装置的能耗一般为121～134kJ/t焦油,小型装置的能耗普遍高达300kJ/t焦油以上。中小型煤焦油加工装置大多只有工业萘、粗酚、洗油、燃油和沥青生产系统。单个企业加工品种多数达不到20种,有些还少于10种,而总计加工品种可达70余种。当前第20页\共有72页\编于星期五\20点4.4中低温煤焦油加工当前第21页\共有72页\编于星期五\20点当前第22页\共有72页\编于星期五\20点当前第23页\共有72页\编于星期五\20点当前第24页\共有72页\编于星期五\20点富油公司开发的FTH技术，通过对中低温煤焦油脱杂质、除重金属铁离子和脱水等预处理，净化煤焦油收率达98%以上；喹啉不溶物、盐和水脱除率达95%以上；脱铁率70.6%。其加氢单元通过加氢预处理、加氢精制、加氢脱芳、产品分离等工艺组合，实现了对中低温煤焦油的全馏分加氢，是一种全氢型、短流程、清洁新型工艺技术。同时，其自主开发的加氢催化剂及设备工艺，解决了煤焦油中沥青质、胶质难以加氢转化的世界性难题，成功开发了多台、多床层组合反应器及内构件；开发的智能化控制催化剂床层超温或飞温组合技术，实现精确控制反应床层温差，装备国产化率超过99%。FTH技术以过滤+电场净化+破乳脱水等投资省、能耗低的技术装备，替代投资大、装置运行耗能高的延迟焦化或切分装置，且液收及汽柴油收率均高出其他现有装置20%以上。其加氢过程所需的氢气，又全部从煤热解过程副产的尾气中提取，整套工艺具有投资小、资源利用充分、油品收率高、经济效益好等特点。当前第25页\共有72页\编于星期五\20点当前第26页\共有72页\编于星期五\20点当前第27页\共有72页\编于星期五\20点VCC技术为美国KBR专有技术，该技术的最大特点是在煤焦油预处理工艺中，采用了悬浮床技术，该技术可使焦油轻质化，能有效防止加氢工段催化剂结焦;同时收率在相关报道技术中最高。但该技术存在的问题是生产过程压力最高，达到了20MPa，同时该技术目前处于前期启动阶段，尚无工业化装置。当前第28页\共有72页\编于星期五\20点当前第29页\共有72页\编于星期五\20点将煤焦油采用蒸馏的方法分离为酚油、柴油和大于370℃重油3个馏分；对酚油馏分采用传统煤焦油脱酚方法进行脱酚处理，获得脱酚油和粗酚，粗酚可进一步精馏精制、精馏分离获得酚类化合物产品;大于370℃重油做为悬浮床加氢裂化的原料，悬浮床加氢反应温度320～480℃，反应压力8～19MPa，体积空速0.3～3.0h－1，氢油体积比500～2000；催化剂是配套研发的复合多金属活性组分的粉状细颗粒悬浮床(或鼓泡床或浆态床)加氢催化剂，其中高活性组分金属与低活性组分金属的质量比为1∶1000至1∶10，加入量为活性组分金属量与煤焦油原料质量比为0.1∶100至4∶100。悬浮床加氢反应产物分出轻质油后，含有催化剂的尾油大部分直接循环至悬浮床反应器，少部分尾油进行脱除催化剂处理后再循环至悬浮床反应器进一步轻质化，重油全部或最大量循环，实现了煤焦油最大量生产轻质油和催化剂循环利用的目的，大大提高了原料和催化剂的利用效率；该过程得到的全部轻质馏分油(悬浮床加氢反应产物小于370℃轻馏分油和蒸馏得到的柴油、脱酚油)再进行加氢精制，生产车用发动机燃料油和化工原料。当前第30页\共有72页\编于星期五\20点悬浮床/浆态床煤焦油加氢裂化技术特点在加氢之前脱除酚类化合物，既能得到一部分酚产品，又能降低后续加氢过程的氢耗;把几乎全部的煤焦油重油加氢裂化成了轻油产品，最大限度地提高了轻油收率;采用了适量比例的催化剂循环的方法，减少了催化剂的使用量;

在悬浮床加氢裂化过程中，粉状颗粒催化剂悬浮在煤焦油中，可以承载反应过程中缩聚生成的少量大分子焦炭，避免这些焦炭沉积在反应系统而影响设备的正常运行，延长装置的开工周期;

所得柴油产品质量好，十六烷指数在40以上。当前第31页\共有72页\编于星期五\20点煤焦油的初馏(除渣，分割富集，脱水）焦油初馏按蒸馏塔设置可分为一塔式、二塔式和多塔式等;按操作压力可分为常压、减压和常减压结合。迄今为止国内焦油加工基本上都属于一塔式类型，国外这几种形式都有，代表先进水平的大型焦油加工厂大多用常减压结合的多塔式。沥青的分级加工：喹啉不溶物（QI）约3-5%，又称树脂，苯（甲苯）不溶物（BI）与QI之差称树脂。它们对沥青的工艺性能影响很大，是重要的分析指标。当前第32页\共有72页\编于星期五\20点焦油脱水不同含水量焦油的蒸馏时间焦油含水量，%焦油蒸馏时间，h0.5~116~201~220~222~322~263~426~304~530~365~1036~40当前第33页\共有72页\编于星期五\20点目前广泛采用的焦油最终脱水方法是在管式炉的对流段及一次蒸发器内进行。当焦油在管式炉对流段被加热到120~130℃，然后在—次蒸发器内闪蒸脱水，使油水分可脱至0.5％以下。焦油加压脱水槽焦油轻油共沸脱水工艺1—脱水塔；2—冷凝器；3—油水分离器；4—焦油循环泵;5—焦油、沥青换热器；6—蒸汽加热器

当前第34页\共有72页\编于星期五\20点焦油脱盐N—碳酸钠溶液消耗量，1／h；V——进入管式炉一段的焦油量，kg／h；G——按固定铵盐含量，换算为每kg焦油中含氨克数，3.1一按化学反应计算求得的碳酸钠理论需要量，即焦油中固定铵含量换算为每克氨所耗碳酸钠克数，C——碳酸钠溶液的浓度，％，γ——碳酸钠溶液的密度，g／cm3；脱盐后的焦油中，固定铵含量应小于0.01g／kg，才能保证管式炉的正常操作。实际加入量其计算式如下：当前第35页\共有72页\编于星期五\20点一次气化温度的确定1．焦油的实沸点蒸馏当前第36页\共有72页\编于星期五\20点2．焦油的一次气化

一次气化温度是指经管式炉加热后的焦油进入二次蒸发器闪蒸时，气液两相达到平衡状态时的温度。该温度低于管式炉二段出口温度，而略高于沥青由二段蒸发器排出的温度。一次气化温度对馏分产率和沥青软化点的影响一次气化温度，℃360380400馏分产率，%40.047.555.0沥青产率，%60.052.545.0沥青软化点，℃526887焦油馏分产率同一次蒸发温度的关系为直线关系，经验公式：

t＝683–k（174.5–v）式中t：一次蒸发温度，℃；v：—馏出物的产率，％；k：蒸发直线斜率；k＝-0.008026P+3.24，P：二段蒸发器内油汽的分压（绝对压力），kPa。沥青软化点同焦油加热温度之间的关系也近似成直线关系，可用下列关系式表示：

Tp=0.835t-250式中t—焦油加热温度，℃；Tp—沥青软化点，℃。例如：焦油加热温度为380℃时，则沥青软化点为:Tp=0.835×380-250＝67.3℃为了分馏出焦油所有馏分，减少沥青产率，防止管式炉管结焦，需向系统中加入过热蒸汽气提，其量为送入蒸馏焦油的0.5％，以降低焦油一次气化温度并保证馏分产率。

当前第37页\共有72页\编于星期五\20点工艺流程当前第38页\共有72页\编于星期五\20点当前第39页\共有72页\编于星期五\20点当前第40页\共有72页\编于星期五\20点当前第41页\共有72页\编于星期五\20点当前第42页\共有72页\编于星期五\20点投资从小到大排列为：Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ能量消耗（包括水、电、煤气、蒸汽等综合指标），从小到大排列为：Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ<Ⅳ馏分质量（包括集中度和纯度），从好到次排列为：Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ各种规模的适应性。第Ⅱ种工艺能完全适用于各种规模；第Ⅰ种工艺可适用于各种规模；第Ⅳ种工艺仅适用于大规模的焦油加工；第Ⅲ种工艺仅适用于小规模的焦油加工。当前第43页\共有72页\编于星期五\20点4.5煤焦油产品的深加工中低温焦油提酚发展粗苯加氢精制；焦油馏分利用重点在洗油；从目前焦油馏分利用程度看，轻油、酚油、萘油一般都已加工利用，Ⅰ蒽油、Ⅱ蒽油除生产粗蒽外主要用做炭黑原料油、燃料油和沥青调合油。洗油中集中了许多重要化合物：甲基萘、苊、芴和氧芴（其数量在煤焦油中占1%以上），另外还有喹啉、异喹啉、吲哚和联苯等。重视萘和甲基萘的烷基化，为制取2，6-萘二甲酸提供原料；2，6-萘二甲酸是一种新的高分子单体，用途广泛，目前主要用于生产2，6萘二甲酸乙二醇酯（PEN）。与现有大规模工业产品对苯二甲酸乙二醇酯（PET）相比，性能更好当前第44页\共有72页\编于星期五\20点酚类化合物的分离与精制

酚在煤焦油各馏分中分布馏分名称馏分产率（对无水焦油）%含酚量，%占馏分量占焦油量占焦油中酚量轻油0.422.50.0110.85酚油1.8423.70.43635.1萘油16.232.90.47938.6洗油6.72.40.16113.0一蒽油22.00.60.14111.3二蒽油3.230.40.0131.04合计50.4232.51.24100当前第45页\共有72页\编于星期五\20点酚类化合物占该馏分中酚类量,%在焦油中平均含量，%轻油酚油萘油洗油一蒽油苯酚90.361.95.485.290.520.4邻甲酚5.1414.55.463.340.330.2间对甲酚3.4023.044.2014.702.080.4(间)0.2(对)2,6-二甲酚0.691.860.330.122,5-和2,4-二甲酚17.304.221.420.1(2,4-二甲酚)3,5-和2,3-二甲酚19.705.742.460.1(3,5-二甲酚)3,4-二甲酚4.082.601.73未知1.843.605.263-甲基-5-乙基酚0.864.942,3,5-三甲基酚0.694.05α-萘酚20.0028.72β-萘酚12.4122.50其它24.3225.34

各馏分中酚类化合物含量当前第46页\共有72页\编于星期五\20点

粗酚的提取粗酚质量标准名称指标酚及其同系物含量（无水基），%>83馏程（按无水基计算）

210℃前（容），%>60230℃前（容），%>85中性油含量（含水成品中），%<2硫酸钠含量，%<0.3水分，%<10PH值5~6

馏分洗涤C6H5OH+NaOHC6H5ONa+H2OC6H4CH3OH+NaOHC6H4CH3ONa+H2O当馏分中同时存在盐基和酚时，则吡啶盐基与酚生成络合物，对碱洗不利，其反应式如下：C5H5N+C6H5OHC5H5N●HOC6H5

当前第47页\共有72页\编于星期五\20点馏分洗涤工艺图3-2间歇洗涤工艺流程1—洗涤器；2—视镜；3—净油槽；4—碱性酚钠槽；5—中性酚钠槽；6—中性硫酸吡啶槽；7—酸性硫酸吡啶槽；8—稀酸槽；9—稀碱槽；10—原料油槽；11—原料泵；12—碱泵;13—酸泵一、馏分间歇洗涤工艺当前第48页\共有72页\编于星期五\20点馏分连续洗涤工艺

泵前混合式连续洗涤工艺流程1—一次脱酚分离器；2—一次脱吡啶分离器；3—二次脱吡啶分离器；4—次脱酚分离器；5—一次脱酚缓冲槽；6——次脱吡啶缓冲槽；7—二次脱吡啶缓冲槽；8—稀碱槽；9—中性酚钠槽；10—碱性酚钠槽；11—中性硫酸吡啶槽；12—酸性硫酸吡啶槽；13—稀酸槽；14—稀碱高位槽；15—碱性酚钠高位槽；16—酸性硫酸吡啶高位槽；17—稀酸高位槽；18—连洗用碱泵；19—连洗用酸泵；20—碱泵；21—酸泵；22—液面调节器当前第49页\共有72页\编于星期五\20点酚萘洗混合分新碱液已洗混合分粗酚钠溶液混合器分离塔混合器分离塔经由混合器的连续洗涤脱酚工艺流程当前第50页\共有72页\编于星期五\20点酚钠溶液的净化和分解酚钠溶液的净化

酚钠蒸吹工艺1—蒸吹釜和柱；2—冷凝冷却器和换热器；3—油水分离器；4—酚钠冷却器

酚钠蒸吹脱油工艺流程1—粗酚钠泵；2—净酚钠泵；3—换热器；4—脱油塔；5—冷凝冷却器；6—重沸器;7—轻油泵；8—油水分离槽；9—吹出油槽；10—重沸器当前第51页\共有72页\编于星期五\20点酚钠分解硫酸分解法

硫酸分解酚钠工艺1—酸泵；2—喷射混合器；3—管道混合器；4—1#分离槽；5—2#分离槽；6—粗酚泵；7—净酚钠泵；8—粗酚中间槽；9粗酚贮槽当前第52页\共有72页\编于星期五\20点二氧化碳分解法C6H5ONa+CO2+H2O=C6H5OH+NaHCO32C6H5ONa+CO2+H2O=2C6H5OH+Na2CO3当前第53页\共有72页\编于星期五\20点

精酚的生产不同来源粗酚及混合粗酚组成粗酚来源含量，%（无水基）苯酚邻位甲酚间位甲酚对位甲酚二甲酚高级酚轻油馏分23142416158酚油馏分352521145—萘油馏分983424169含酚废水59—38—3—混合粗酚401132116苯酚质量标准指标苯酚工业酚I级II级外观无色至淡红色淡红色至棕褐色—结晶点，℃≥39.738.632.0中性油，%≤0.10.30.5吡啶碱，%≤0.050.10.2水分，%≤0.30.51.0当前第54页\共有72页\编于星期五\20点

邻甲酚质量标准（GB2279-80）项目指标邻甲酚含量，%（干基）≥95苯酚含量，%≤22，6-二甲酚含量，%≤2水分，%≤0.5间、对甲酚质量标准（GB2280-80）项目指标外观无色至褐色透明液体密度（20℃），g/L1030~1040蒸馏试验（1.01MPa）195~205馏出量（容），%≥95水分，%≤0.5中性油含量，%≤1.0间甲酚含量，%≥45当前第55页\共有72页\编于星期五\20点精酚生产工艺粗酚的预处理

粗酚脱水脱渣工艺流程1—脱水釜；2—脱水填料柱；3—冷凝冷却器；4—油水分离器；5—酚水槽；6—酚水泵；7—馏分接受槽；8—全馏分贮槽；9—真空捕集器；10—真空罐；11—真空泵；12—真空排气罐；13—酚渣泵

当前第56页\共有72页\编于星期五\20点粗酚的精馏苯酚及其同系物的物理化学性质化合物分子量相对密度沸点,℃熔点,℃外观苯酚94.111.0708(25℃)182.240.8针状晶体邻甲酚108.141.0465(20℃)191.032.0晶体间甲酚108.141.0338202.710.8液体对甲酚108.141.0341202.536.5菱形晶体2，6-二甲酚122.17—201.045.0针状晶体2，4-二甲酚122.171.0276(14℃)211.026.0针状晶体2，5-二甲酚122.171.1690(15℃)211.275.0针状晶体3，4-二甲酚122.171.0230(17℃)227.065.0针状晶体当前第57页\共有72页\编于星期五\20点间歇精馏

脱水粗酚或全馏分的间歇精馏工艺流程1—抽渣泵；2—脱水粗酚槽；3—蒸馏釜；4—精馏塔；5—冷凝冷却器；6—回流分配器；7—酚水接受槽；8—油水分离器；9—馏分或产品接受槽当前第58页\共有72页\编于星期五\20点全馏分生产工业酚并提取邻甲酚馏分的切换制度产品，馏分名称回流比馏分接受槽真空度，kPa馏分切换条件开始终了开始终了轻馏分03800~880—结晶点达到10~15℃工业酚68800~880结晶点10~15℃结晶点上升后又降到30℃中间馏分I88800~880结晶点下降到30℃185℃前馏出量<20%邻甲酚馏分88800~880185℃前馏出量<20%195℃前馏出量<20%中间馏分II1212800~880195℃前馏出量<20%195~205℃馏出量95%二混甲酚1212800~880195~205℃馏出量95%195~205℃馏出量<95%中间馏分III35800~880195~205℃馏出量<95%干点216~217℃二甲酚0.50.5最大干点216~217℃225℃前馏出量<80%当前第59页\共有72页\编于星期五\20点邻位甲酚馏分二次精馏切取制度产品，馏分名称回流比真空度kPa馏分切换条件开始终了轻馏分1800~880—结晶点达到10~15℃工业酚