中低温煤焦油加氢催化剂制燃料技术简介

中低温煤焦油加氢催化剂制燃料技术简介

【摘要】介绍了国外中低温煤焦油的利用现状及我国目前中低温煤焦油利用中存在的主要问题：没有产业化项目、研究单位分散、缺乏产学研结合的平台等。最后阐述了煤焦油加氢制

燃料的技术路线。

【关键词】煤焦油；加氢催化；技术路线

1.引言

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭储量远大于石油和天然气。在煤的利用途径中，煤的热解能提供市场所需的多种煤基产品，是洁净、高效和合理利用低阶煤资源，提高

煤炭产品附加价值的有效途径。煤的热解也称为干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下

进行加热，在不同温度下发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程。煤热解的结果是生成

煤气、焦油或称热解油、半焦或焦炭等产品，尤其是低阶煤热解能得到高产率的煤焦油和煤气。根据煤热解温度的不同，煤焦油可分为低温（<800℃）、中温（800℃~1000℃）和高温（>1000℃）三种。作为煤化工产业中重要副产品，煤焦油产量巨大且极具利用价值，是煤

炭清洁高效利用中不可回避的问题。近年，随着我国经济及煤化工产业的迅速发展，煤焦油

的产量也快速增长。中温煤焦油来源于600~800℃发生炉和900~1000℃的立式炉炼焦工艺，

与高温煤焦油的主要差别在于焦油的产率相对较高，其组成中酚类含量较高，沥青含量较低，对于中低温煤焦油，由于其成分集中度很低，主要研究方向是加氢制燃料油。

2.国外中低温煤焦油利用现状

对于中低温煤焦油，由于其成分集中度很低，主要研究方向是加氢制燃料油。就国外而言，

二十世纪二、三十年代德国曾出现过“煤及煤和焦油的高压加氢液化技术”，即所谓的古典加

氢技术，该技术涉及到煤和煤焦油混合体系的加氢，可看作石油加氢及煤焦油加氢技术最早

的起源。在随后的二十世纪四十年代，德国也曾对煤焦油加氢进行过研究，由于当时的工艺

条件中反应压力很高，没有实现产业化。以后几十年由于石油的发现和大量开采，老式加氢

技术的研究开发也就基本停止了。1986年的日本专利“昭61－103988”（申请了中国专利

CN851074411989和美国专利US4855037）以Mo、Co氧化物或Mo、Ni氧化物为催化剂，使

蒸去轻组分后沸点高于280℃的煤焦油组分加氢制得加氢产品。由上知国外直接关于煤焦油

加氢的文献报道较少，且多为专利，尤其二十世纪90年代后的报道更是难以见到。同时，

也未见产业化的报道或实例，这可能与国外一直限制煤焦油产量、将煤焦油加工向不发达国

家转移，煤焦油深加工多元化等产业状况有关。

3.我国目前中低温煤焦油利用中存在的主要问题

进入二十一世纪以来，由于低温干馏工业的发展，我国产生了大量的中低温煤焦油。囿于缺

少与之相适应的先进的加工技术，使得其利用方式相对粗放，不仅产生大量的污染，同时也

造成煤焦油的巨大浪费，这种现状促进了对煤焦油清洁利用技术的研究。由于中低温煤焦油

成分集中度很低，主要研究方向是加氢制燃料油。煤焦油本身成份复杂再加上来源不一使得

煤焦油制燃料油技术的研究变得较为复杂，不同组份和来源的煤焦油可能需要不同的工艺和

相应的催化剂才能实现向燃料油的转化。目前，我国中低温煤焦油利用主要问题在于缺乏集

成化和高效清洁的大规模处理技术。主要原因：

（1）实验室研究以模型化合物为主，煤焦油加氢研究较少且往往在只有加氢单元的小装置

上进行简单评价，以基础研究为主，距离中试放大及工业化所需集成化技术要求相去甚远。

（2）研究单位分散，研究驱动力不足，难以持续。大多以项目为节点，技术无法在团队化

组织下持续积累。

（3）缺乏产学研平台，无法形成科研人员、工程技术人员、生产部门、市场等各方合作、

协同、凝聚的一体化操作体系。

4.煤焦油加氢制燃料油技术路线

煤焦油加氢制燃料油技术以煤焦油为原料，首先进行预分馏切割，切出的煤焦油馏分进入连

续操作固定床反应器，在加氢专用催化剂上进行大分子裂化、烯烃及部分芳烃饱和，脱硫、氮、重金属等一系列反应，改变油品的组成、稳定性、颜色、气味、燃烧性能等，再经过分

离得到轻质化、清洁化、高值化的燃料油产品。切割剩余的部分经调和改质后可以作为高等

级道路沥青也可做碳材料。

煤焦油加氢工艺技术路线具体主要由原料预处理、加氢反应和产品分离三大部分组成。原料

预处理部分的设置主要基于中低温煤焦油组成较为复杂，除了芳烃、烷烃、烯烃等外，还存

在着沥青重组分、重金属、机械杂质及水分等。沥青是煤焦油蒸馏提取馏分后的残留物，常

温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化继而熔化，密度为 1.25~1.35g/cm3。杂质主要由煤粉、焦油碱、焦油酸及在加工过程中混入的一些固体颗粒物等组成。沥青重组分、重金属的存在会使焦油流动性下降，同时易堵塞管路、使催化剂失活；而机械杂质的存

在也易堵塞进料泵，因此需在进料泵和加氢反应器之前对煤焦油进行预处理。根据煤焦油主

体组分与沥青、杂质性质上的差异，可通过预分馏处理除去沥青重组分、重金属及杂质固体

颗粒。加氢反应是技术路线的核心，加氢反应器可以使用固定床和悬浮床两种反应器，由于

固定床反应器对流体的压力流速等无特殊要求，且对催化剂造成的机械损耗小、催化剂活性

更易维持，因此在现有的研究中，主流使用的是固定床反应器。基于上述的考虑并结合实验

室的经验积累，本研究工作的技术路线中采用固定床反应器。本部分发生了化学反应，同时

也伴随动量、能量和质量传递等的物理过程，该部分在工程化放大过程中的情况在各个单元

中是最为复杂的，因为在放大过程中物理规律的影响往往会变得极为显著。该部分研究将会

直接影响到中试、工业性试验的成败，这就要求既得考虑如何方便的研究反应体系化学行为，又得考虑物理方面的因素，为工程化放大打下良好的基础。产品分离是指产品与其它物料的

分离，是一般化工过程中必要的组成部分。由固定床反应器出来的物料是气液混合体系，气

体主要是氢气，也可能含有加氢生成的水气化后的水蒸气和少量油品气化后的油气（C1-C4

烃类）。液体主要是加氢改质后的清洁燃料油产品，因此需要必要的操作单元将产品分离出来。

参考文献：

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[2] 付晓东.煤气化副产品焦油的加氢转化[J].化学工程师，2005.

[3] 高玉兰.方向晨.加氢处理催化剂器外预硫化技术研究与展望[J].化工进展.2010.

作者简介：白炯烨（1985—），女，汉.陕西榆林人.现就职于陕西东鑫垣化工有限责任公司，主要从事煤炭综合利用方面的生产和科研工作.