煤焦油的分离模拟
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[7] 高晋生，张德祥，万晨. 煤焦油加工技术的发展和建议[J]. 煤化工， 1999(1)：3–6.
[8] 王海燕，李峰，陈晓欢，等. 煤焦油分离技术发展与研究[J]. 天津 化工，2005，19(3)：1–2.
[9] 贺永德. 现代煤化工技术手册[M]. 北京：化学工业出版社，2003： 710–753.
参考文献
[1] 于剑锋，杜希林，王宝光. 煤焦油的净化、分离及应用浅析[J]. 煤 化工，2004，4(2)：29–31.
[2] 伍林，宗志敏，魏贤勇，等. 煤焦油分离技术研究[J]. 煤炭转化， 2001，24(2)：17–21.
[3] 姜玉山. 国内外煤焦油加工工业的发展探析[J]. 煤炭加工与综合 利用，2005(3)：40–43.
2 煤焦油分离新技术
煤焦油是复杂的多元组分混合物，由于其大多 数单体化合物相互溶解而形成低共溶混合物，给蒸 馏分离造成很大的困难。随着对煤焦油的深入研 究，人们又提出了几种新型分离技术，包括超临界 流体萃取、结晶分离法、压力晶析法、膜分离法、
收稿日期 2006–09–07；修改稿日期 2006–11–02。 第一作者简介 王立成（1980—），男，硕士研究生，研究领域为化 工工艺工程计算机模拟。联系人 孙津生，教授，博士生导师。电话 022–27404473；E–mail jssun2006@vip.163.com。
2007 年第 26 卷第 2 期
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
·281·
煤焦油的分离模拟
王立成 1，孙津生 1，2
（1 天津大学化工学院，天津 300072； 2 天津大学精馏技术国家工程研究中心，天津 300072）
摘 要：介绍了国内外煤焦油加工发展的现状和煤焦油分离的新技术，阐述了我国在该领域存在的不足，并以
F3 1NOIL
T4
44 523 502
T3 511
44
E1 S1
500 CON7502
WASH 510
图 1 两塔式连续蒸馏和萘的精制工艺流程
F1—闪蒸器 1；T1—馏分塔 1；F2—闪蒸器 2；T2—馏分塔 2；F3—闪蒸器 3；WASH—流股计算器；T3—酚油塔；T4—萘油塔
第2期
王立成等：煤焦油的分离模拟
Abstract: The paper introduces coal tar processing and new technology of coal tar separation both at home and abroad and the shortcomings of domestic technology. PRO/Ⅱ was used to simulate two-column continuous distillation and was found to be a good tool to improve the technology. Comparing the result with actual operation, the simulated technology could greatly improve the effect of separation and increase the yield of naphthalene. Key words: coal tar；separation；PRO/Ⅱ；simulation
PRO/Ⅱ为工具对煤焦油两塔式连续蒸馏进行了模拟研究。结果表明用PRO/Ⅱ进行模拟是改进工艺的有力工具，将
模拟结果与现场数据进行比较后，发现模拟的工艺能大大改善煤焦油的分离效果，提高了萘的收率。
关键词：煤焦油；分离；PRO/Ⅱ；模拟
中图分类号： TQ 522.63
文献标识码：A
文章编号：1000–6613（2007）02–0281–03
用 PRO/Ⅱ进行模拟所用的煤焦油有两部分 组成：一部分是有确定组分的轻组分，另一部分
1
203
303 301
201 101
PITCH COMP
OIL
F1
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T1
30 302
1 522
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R7102
STEAM1
T2 202
F2 304
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SP1 3MIX
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4结论
煤焦油中含有上万种组分，很难用常规方法分 离。国内外学者及企业对此都十分重视。如何提高各 组分的分离效率和产品的纯度依然是研究的重点。研 究者应该在深入理解其各组分间相互作用的基础上， 将先进的分离技术与传统工艺有机结合，力求在简化 工艺、节能降耗、减轻污染的条件下，提高煤焦油的 分离效果；同时注重市场推广和技术开发，提高加工 深度，充分发挥我国煤焦油加工项目的高效益。
能保证管式炉的正常操作[7]。 3.2 用 PRO/Ⅱ对煤焦油两塔式连续蒸馏模拟
流程如图 1 所示，预处理后的煤焦油进入闪蒸 器 1，在 105 ℃下进行闪蒸，水分、轻油组分等较 轻的组分进入馏分塔 1，蒽油、沥青等较重组分经 闪蒸器 3 加热到 405 ℃后进入馏分塔 2[8]。在馏分 塔 1 中进行蒸馏，塔顶冷凝后分离出水和轻油，侧 线采出有酚油、萘油、洗油组成的三混馏分[9]；塔 底馏分进入闪蒸器 2，在 80 ℃下分离出二蒽油；其 余组分进入馏分塔 2。在馏分塔 2 中蒸馏，塔顶逸 出水分，侧线采出一蒽油，塔底馏分为沥青。从馏 分塔 1 中蒸出的三混馏分进入流股计算器，萘油、 洗油及部分酚油从顶部逸出加热到 200 ℃后进入 酚油塔，塔底分离出酚油。酚油塔顶部冷凝后分离 出水分和酚油，塔底馏分进入萘塔精制。萘塔顶部 冷凝分离出水分和萘，塔底馏分为洗油。用 PRO/ Ⅱ模拟，结果表明这样精制的萘的精度可达到 99.97%，集中度可达到 90%～95%，从而提高了工 业萘的产率[10]。 3.3 PRO/Ⅱ模拟中沥青的处理
表 1 沥青实沸点的定义
蒸馏分率/%
温度/℃
0.00
360.00
1.00
417.60
5.00
480.97
10.00
507.40
30.00
568.49
50.00
608.99
70.00
631.08
90.00
705.69
95.00
726.75
98.00
736.75
749.51 671.61 593.71
—输入的 TBP 数据 绘制的 TBP 曲线
[4] 潘孔洲，叶烜. 国内外煤焦油加工工艺的比较[J]. 燃料与化工， 2002，33(5)：249–252.
[5] 徐翰初，韩永霞，宫玉秀. 煤焦油精制新技术[J]. 山东冶金，2004 (6)：65–68.
[6] 许晓海. 炼焦化工实用手册[M]. 北京：北京冶金工业出版社， 1999：268–280.
Simulation of separation of coal tar
WANG Licheng1，SUN Jinsheng1,2
(1 School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300072，China；2 Distillation Technology National Engineering Research Center of Tianjin University，Tianjin 300072，China)
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是无法具体定义其组成的虚拟组分——沥青。沥 青的组成极为复杂，大多数为三环以上的芳香族 烃类，还有含氮、氧、硫等元素的杂环化合物。 为了便于模拟，本文作者用炼油厂炼油塔底的减 压渣油来代替煤焦油中的沥青进行模拟，在 101.33 kPa 下定义蒸馏的实沸点 TBP(true boiling point)。这样就解决了虚拟组分的定义问题。如表 1、 图 2 所示。
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化工进展
2007 年第 26 卷
共沸精馏等[5]。对煤焦油进行分离时，应该了解研 究煤焦油中各组分间的相互作用，将先进的分离技 术与传统的分离工艺有机结合，改善煤焦油的分离 效果。
3 煤焦油的分离
3.1 煤焦油分离前的准备工作 煤焦油在蒸馏前要做些准备工作，包括脱渣、
质量均匀化、脱水和脱盐等步骤[6]。 粗煤气中带有较多的煤粉、焦粉和炭黑等固体
组分切割
515.81
437.90
360.00 0
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
80.0
蒸馏分数/%
图 2 沥青的化验处理图
100.0
温度/ ℃
3.4 两塔式连续蒸馏模拟与实际的比较 从表 2 可以看出：通过用 PRO/Ⅱ模拟两塔式连
续蒸馏的结果与现场操作参数的比较，可以看出模 拟结果与现场数据基本吻合。虽然有的参数差距较 大，但由于不同的模拟者所定义的煤焦油的组成不 同，模拟方法不同，数据的差异属于正常现象。从 而也可以看出，用 PRO/Ⅱ模拟煤焦油的蒸馏可以大 量的节省试验费用，对煤焦油蒸馏的实际操作具有 一定的参考价值。
煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的 黑色或黑褐色黏稠状液体，含有上万种有机化合物， 目前可以鉴定出的仅有500余种，约占煤焦油总量的 55％[1]。煤焦油中的很多化合物是塑料、合成橡胶、 农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料， 也有一部分多环烃化合物是石油化工所不能生产和 替代的[2]。因此，煤焦油产品在世界化工原料需求 中占有重要的地位。
表 2 两塔式连续蒸馏用 PRO/Ⅱ模拟与现场主要操作参数表
操作参数
PRO/Ⅱ模拟
现场数据
闪蒸器1出口温度/℃ 馏分塔1顶部温度/℃ 三混馏分侧线温度/℃ 一蒽油馏分温度/℃ 馏分塔2顶部温度/℃ 二蒽油馏分侧线温度/℃ 酚油塔酚油馏分侧线温度/℃ 萘油塔萘油馏分侧线温度/℃ 洗油塔洗油馏分侧线温度/℃ 馏分塔1底部压力/kPa 馏分塔2底部压力/kPa 酚油塔底部压力/kPa 萘油塔底部压力/kPa
105 110.4 210.806 319.341 322.6 345.856 170.557 104 266.815 175.18 153.28 201.75 139.83
120～130 95～115 200～220 280～295 370～374 330～355 160～170 198～200 225～235 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150
颗粒，它们在煤气冷却时进入煤焦油，导致煤焦油 和沥青质量恶化，还会在蒸馏过程中堵塞管道，所 以必须脱渣。脱渣后的煤焦油进入油库进行质量均 匀化。煤焦油中含有 4%的水，由于水在焦油中能 形成稳定的乳浊液，在受热时乳浊液中的小水滴不 能立即蒸发，处于过热状态，在温度升高时这些小 水珠急剧蒸发，会造成突沸窜油事故，因此，煤焦 油蒸馏前必须脱水。煤焦油中所含的水实际上是氨 水，在这种稀氨水中，大部分氨以固定铵盐的形式 存在。为了减少焦油中铵盐的含量，在蒸馏前加入 碳酸钠溶液，与固定铵盐中和，形成稳定的钠盐。 脱盐后的焦油中，固定氨的含量应小于 0.01 g/kg 才
[10] 赵亮富. 煤焦油产品精制及下游产品开发的探析[J]. 太原科技， 2005(3)：26.
1 煤焦油加工发展的现状
国外煤焦油加工先进发达国家，如日本、德国、 法国、俄罗斯等其煤焦油单套蒸馏装置的能力都在 (1～5)×108 kg/a [3]。我国煤焦油年加工能力为5.4× 109 kg/a。尽管我国在煤焦油加工方面取得了一些成 绩，但与发达国家相比仍然存在科技力量薄弱、投 入少、现有装置规模小、工艺落后且过于分散、深 加工力度不够、严重污染环境等突出问题。
国外煤焦油加工工厂的生产有3种模式：一是全
方位多品种提纯和制备各种规格和等级的产品；二 是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染 料、医药等方面延伸深加工产品；三是重点加工沥 青类产品[4]。目前，我国煤焦油主要用来加工生产 轻油、酚油、萘油及改质沥青等，再经深加工后制 取苯、酚、萘、蒽等多种化工原料，能工业化生产 的不足30种，与德国、日本等国差距很大。
[8] 王海燕，李峰，陈晓欢，等. 煤焦油分离技术发展与研究[J]. 天津 化工，2005，19(3)：1–2.
[9] 贺永德. 现代煤化工技术手册[M]. 北京：化学工业出版社，2003： 710–753.
参考文献
[1] 于剑锋，杜希林，王宝光. 煤焦油的净化、分离及应用浅析[J]. 煤 化工，2004，4(2)：29–31.
[2] 伍林，宗志敏，魏贤勇，等. 煤焦油分离技术研究[J]. 煤炭转化， 2001，24(2)：17–21.
[3] 姜玉山. 国内外煤焦油加工工业的发展探析[J]. 煤炭加工与综合 利用，2005(3)：40–43.
2 煤焦油分离新技术
煤焦油是复杂的多元组分混合物，由于其大多 数单体化合物相互溶解而形成低共溶混合物，给蒸 馏分离造成很大的困难。随着对煤焦油的深入研 究，人们又提出了几种新型分离技术，包括超临界 流体萃取、结晶分离法、压力晶析法、膜分离法、
收稿日期 2006–09–07；修改稿日期 2006–11–02。 第一作者简介 王立成（1980—），男，硕士研究生，研究领域为化 工工艺工程计算机模拟。联系人 孙津生，教授，博士生导师。电话 022–27404473；E–mail jssun2006@vip.163.com。
2007 年第 26 卷第 2 期
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
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煤焦油的分离模拟
王立成 1，孙津生 1，2
（1 天津大学化工学院，天津 300072； 2 天津大学精馏技术国家工程研究中心，天津 300072）
摘 要：介绍了国内外煤焦油加工发展的现状和煤焦油分离的新技术，阐述了我国在该领域存在的不足，并以
F3 1NOIL
T4
44 523 502
T3 511
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E1 S1
500 CON7502
WASH 510
图 1 两塔式连续蒸馏和萘的精制工艺流程
F1—闪蒸器 1；T1—馏分塔 1；F2—闪蒸器 2；T2—馏分塔 2；F3—闪蒸器 3；WASH—流股计算器；T3—酚油塔；T4—萘油塔
第2期
王立成等：煤焦油的分离模拟
Abstract: The paper introduces coal tar processing and new technology of coal tar separation both at home and abroad and the shortcomings of domestic technology. PRO/Ⅱ was used to simulate two-column continuous distillation and was found to be a good tool to improve the technology. Comparing the result with actual operation, the simulated technology could greatly improve the effect of separation and increase the yield of naphthalene. Key words: coal tar；separation；PRO/Ⅱ；simulation
PRO/Ⅱ为工具对煤焦油两塔式连续蒸馏进行了模拟研究。结果表明用PRO/Ⅱ进行模拟是改进工艺的有力工具，将
模拟结果与现场数据进行比较后，发现模拟的工艺能大大改善煤焦油的分离效果，提高了萘的收率。
关键词：煤焦油；分离；PRO/Ⅱ；模拟
中图分类号： TQ 522.63
文献标识码：A
文章编号：1000–6613（2007）02–0281–03
用 PRO/Ⅱ进行模拟所用的煤焦油有两部分 组成：一部分是有确定组分的轻组分，另一部分
1
203
303 301
201 101
PITCH COMP
OIL
F1
M1 STEAM2
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30 302
1 522
521
200
2NOIL
R7102
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T2 202
F2 304
102 1
SP1 3MIX
503
501
4结论
煤焦油中含有上万种组分，很难用常规方法分 离。国内外学者及企业对此都十分重视。如何提高各 组分的分离效率和产品的纯度依然是研究的重点。研 究者应该在深入理解其各组分间相互作用的基础上， 将先进的分离技术与传统工艺有机结合，力求在简化 工艺、节能降耗、减轻污染的条件下，提高煤焦油的 分离效果；同时注重市场推广和技术开发，提高加工 深度，充分发挥我国煤焦油加工项目的高效益。
能保证管式炉的正常操作[7]。 3.2 用 PRO/Ⅱ对煤焦油两塔式连续蒸馏模拟
流程如图 1 所示，预处理后的煤焦油进入闪蒸 器 1，在 105 ℃下进行闪蒸，水分、轻油组分等较 轻的组分进入馏分塔 1，蒽油、沥青等较重组分经 闪蒸器 3 加热到 405 ℃后进入馏分塔 2[8]。在馏分 塔 1 中进行蒸馏，塔顶冷凝后分离出水和轻油，侧 线采出有酚油、萘油、洗油组成的三混馏分[9]；塔 底馏分进入闪蒸器 2，在 80 ℃下分离出二蒽油；其 余组分进入馏分塔 2。在馏分塔 2 中蒸馏，塔顶逸 出水分，侧线采出一蒽油，塔底馏分为沥青。从馏 分塔 1 中蒸出的三混馏分进入流股计算器，萘油、 洗油及部分酚油从顶部逸出加热到 200 ℃后进入 酚油塔，塔底分离出酚油。酚油塔顶部冷凝后分离 出水分和酚油，塔底馏分进入萘塔精制。萘塔顶部 冷凝分离出水分和萘，塔底馏分为洗油。用 PRO/ Ⅱ模拟，结果表明这样精制的萘的精度可达到 99.97%，集中度可达到 90%～95%，从而提高了工 业萘的产率[10]。 3.3 PRO/Ⅱ模拟中沥青的处理
表 1 沥青实沸点的定义
蒸馏分率/%
温度/℃
0.00
360.00
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417.60
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705.69
95.00
726.75
98.00
736.75
749.51 671.61 593.71
—输入的 TBP 数据 绘制的 TBP 曲线
[4] 潘孔洲，叶烜. 国内外煤焦油加工工艺的比较[J]. 燃料与化工， 2002，33(5)：249–252.
[5] 徐翰初，韩永霞，宫玉秀. 煤焦油精制新技术[J]. 山东冶金，2004 (6)：65–68.
[6] 许晓海. 炼焦化工实用手册[M]. 北京：北京冶金工业出版社， 1999：268–280.
Simulation of separation of coal tar
WANG Licheng1，SUN Jinsheng1,2
(1 School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300072，China；2 Distillation Technology National Engineering Research Center of Tianjin University，Tianjin 300072，China)
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是无法具体定义其组成的虚拟组分——沥青。沥 青的组成极为复杂，大多数为三环以上的芳香族 烃类，还有含氮、氧、硫等元素的杂环化合物。 为了便于模拟，本文作者用炼油厂炼油塔底的减 压渣油来代替煤焦油中的沥青进行模拟，在 101.33 kPa 下定义蒸馏的实沸点 TBP(true boiling point)。这样就解决了虚拟组分的定义问题。如表 1、 图 2 所示。
·282·
化工进展
2007 年第 26 卷
共沸精馏等[5]。对煤焦油进行分离时，应该了解研 究煤焦油中各组分间的相互作用，将先进的分离技 术与传统的分离工艺有机结合，改善煤焦油的分离 效果。
3 煤焦油的分离
3.1 煤焦油分离前的准备工作 煤焦油在蒸馏前要做些准备工作，包括脱渣、
质量均匀化、脱水和脱盐等步骤[6]。 粗煤气中带有较多的煤粉、焦粉和炭黑等固体
组分切割
515.81
437.90
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
80.0
蒸馏分数/%
图 2 沥青的化验处理图
100.0
温度/ ℃
3.4 两塔式连续蒸馏模拟与实际的比较 从表 2 可以看出：通过用 PRO/Ⅱ模拟两塔式连
续蒸馏的结果与现场操作参数的比较，可以看出模 拟结果与现场数据基本吻合。虽然有的参数差距较 大，但由于不同的模拟者所定义的煤焦油的组成不 同，模拟方法不同，数据的差异属于正常现象。从 而也可以看出，用 PRO/Ⅱ模拟煤焦油的蒸馏可以大 量的节省试验费用，对煤焦油蒸馏的实际操作具有 一定的参考价值。
煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的 黑色或黑褐色黏稠状液体，含有上万种有机化合物， 目前可以鉴定出的仅有500余种，约占煤焦油总量的 55％[1]。煤焦油中的很多化合物是塑料、合成橡胶、 农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料， 也有一部分多环烃化合物是石油化工所不能生产和 替代的[2]。因此，煤焦油产品在世界化工原料需求 中占有重要的地位。
表 2 两塔式连续蒸馏用 PRO/Ⅱ模拟与现场主要操作参数表
操作参数
PRO/Ⅱ模拟
现场数据
闪蒸器1出口温度/℃ 馏分塔1顶部温度/℃ 三混馏分侧线温度/℃ 一蒽油馏分温度/℃ 馏分塔2顶部温度/℃ 二蒽油馏分侧线温度/℃ 酚油塔酚油馏分侧线温度/℃ 萘油塔萘油馏分侧线温度/℃ 洗油塔洗油馏分侧线温度/℃ 馏分塔1底部压力/kPa 馏分塔2底部压力/kPa 酚油塔底部压力/kPa 萘油塔底部压力/kPa
105 110.4 210.806 319.341 322.6 345.856 170.557 104 266.815 175.18 153.28 201.75 139.83
120～130 95～115 200～220 280～295 370～374 330～355 160～170 198～200 225～235 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150
颗粒，它们在煤气冷却时进入煤焦油，导致煤焦油 和沥青质量恶化，还会在蒸馏过程中堵塞管道，所 以必须脱渣。脱渣后的煤焦油进入油库进行质量均 匀化。煤焦油中含有 4%的水，由于水在焦油中能 形成稳定的乳浊液，在受热时乳浊液中的小水滴不 能立即蒸发，处于过热状态，在温度升高时这些小 水珠急剧蒸发，会造成突沸窜油事故，因此，煤焦 油蒸馏前必须脱水。煤焦油中所含的水实际上是氨 水，在这种稀氨水中，大部分氨以固定铵盐的形式 存在。为了减少焦油中铵盐的含量，在蒸馏前加入 碳酸钠溶液，与固定铵盐中和，形成稳定的钠盐。 脱盐后的焦油中，固定氨的含量应小于 0.01 g/kg 才
[10] 赵亮富. 煤焦油产品精制及下游产品开发的探析[J]. 太原科技， 2005(3)：26.
1 煤焦油加工发展的现状
国外煤焦油加工先进发达国家，如日本、德国、 法国、俄罗斯等其煤焦油单套蒸馏装置的能力都在 (1～5)×108 kg/a [3]。我国煤焦油年加工能力为5.4× 109 kg/a。尽管我国在煤焦油加工方面取得了一些成 绩，但与发达国家相比仍然存在科技力量薄弱、投 入少、现有装置规模小、工艺落后且过于分散、深 加工力度不够、严重污染环境等突出问题。
国外煤焦油加工工厂的生产有3种模式：一是全
方位多品种提纯和制备各种规格和等级的产品；二 是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染 料、医药等方面延伸深加工产品；三是重点加工沥 青类产品[4]。目前，我国煤焦油主要用来加工生产 轻油、酚油、萘油及改质沥青等，再经深加工后制 取苯、酚、萘、蒽等多种化工原料，能工业化生产 的不足30种，与德国、日本等国差距很大。