煤焦油深加工现状、新技术和发展方向

张志敏

（邢台旭阳煤化工有限公司，河北邢台 054000）

我国是焦炭生产的大国，焦炭产量在全世界产量占比达到40%左右，作为焦炭生产的副产物，煤焦油的加工越来越受到人们重视。我国煤焦油的年产量大约为600万t，目前有较多项目与煤焦油相关，加工产品的种类和数量均提升。然而，煤焦油的生产加工较为分散，缺乏深加工力度，并且存在加工技术落后、污染环境和浪费大量资源的问题。在此背景下，本文分析了煤焦油深加工现状，并结合最新思想和技术路径，对产品加工与发展方向进行了探讨。

1 煤焦油深加工现状

1.1 生产规模现状

现阶段，全世界煤焦油的年产量约为2 000万t，其中可在其中提炼获得各类化工产品500万t。目前国外发达国家单套煤焦油的蒸馏能力均保持在每年10万t以上，其加工蒸馏能力越强，表明规模效益越良好。目前，由于技术条件的限制，只有在煤焦油收集总量相对较大的条件下，方可建设年产50万t以上的煤焦油加工装置，以取得显著的规模经济效益[1]。

英国是最早建立煤焦油蒸馏工厂的国家，并实现了在煤焦油中分离芳烃化合物、沥青、防腐油等化学物质。德国则最早对煤焦油产品附加值进行了开发，其中具有代表性的公司为斯蒂尔公司与考波斯公司，这两个公司均具有世界一流的加工工艺流程。此外，吕特格公司煤油加工能力较强，每年加工150万t，并且自动化水平极高，其工艺生产线具有较高的经济效益与环保价值，目前，通过该生产线分离出的微量组分最多，其煤油综合利用率位居世界第一位。

实际上，以美国、日本、俄国、德国为主的发达国家在煤焦油深加工领域中的技术和设备已经相当成熟，以日本为例，其钢管公司的煤焦油蒸馏工艺线，已经不再单独设置闪蒸分离塔，而是通过一体化集成技术，完成蒸馏工艺，为煤焦油的深层次加工奠定了基础。

目前，我国拥有大中型煤焦油加工企业约为46家，其中年产10万吨以上的企业达到了25家，其中大部分企业均为简单操作，未能对煤焦油进行深层次开发，使得产品附加值不足。此外，在产品加工与制造中，使用的主要工艺是常压蒸馏、工艺未能完全实现现代化，粗放型加工的特征十分明显。

现阶段，我国单套煤焦油蒸馏装置的规模程度虽然已经达到了50万t/a，但是总体规模有限，并且深加工不足，未能对相关配套产品进行深度开发，影响加工作业能力。造成目前煤焦油深加工能力不足的主要原因：①加工厂受到自身设备规模与总产量限制，导致煤焦油规模建设能力缺乏；②大规模的煤焦油加工技术水平不足；③环境保护和能源利用效率未能到达发达国家水平，影响了相关产品的深度加工。

1.2 产品方案多样化趋势

我国煤焦油的加工主要有2种模式：①全方位品种的加工，其产品规格与等级相对较高；②精细加工。现阶段，随着工业加工与生产技术的发展，使得煤焦油的加工朝向纵深方向发展，产品不仅被应用在煤炭产业，而且延伸到染料和医用医药产品。

国内煤焦油的加工产品主要包括酚类产品、萘类产品、洗油和沥青等。由于各厂家生产的产品质量与数量大体上相同，使得目前我国煤焦油的总体加工水平落后，加工技术与国外发达国家存在较大差距。分析造成以上问题的主要原因，应考虑加工装置落后，未能开展规模化加工。

煤焦油含有的化合物种类达到1万余种，在目前技术条件下，可有效提取的种类约为200种，其中具有较高利用价值的化合物超过了50余种。产品方案多样化趋势十分明显，经过对煤焦油的深加工，能够获得沥青、轻油、酚、萘、咔唑等。此外，煤焦油也可作为合成纤维、塑料、染料、涂料、农药、纸张、纺织、交通、冶金等行业产品的基础原料。

1.3 工艺和环保技术发展情况

国内对煤焦油进行蒸馏的方法存在大同小异的问题，均在脱水、分馏的技术条件下，工艺技术单一。然而，在煤焦油生产与加工过程中，相关人员应做好工艺流程升级工作，对国内工艺设备、仪表装置进行持续改进，以降低不良因素对蒸馏过程产生的不良影响。

焦油在蒸馏操作前必须将水分脱出，经过脱水处理的煤焦油可降低蒸馏过程中的能源消耗，并增加设备实际生产作业性能。相关脱水操作也降低了连续蒸馏加热时系统阻力，对节约能源投入意义重大。脱水工艺包括初步脱水与最终脱水。目前，受到技术条件限制，焦油的初步脱水一般使用静置脱水法，即将煤焦油放在预先安置的储罐中，使用蛇形管道对其进行加热处理，并使得最终温度保持在80℃，将焦油静置36h以上，此时由于水和油的密度不同，焦油和水成功分离。实际上，目前使用的静置脱水法，可将焦油中的水分初步脱至5%以下。此外，参考生产工艺与规模，焦油的脱水处理方式也可采用间隙釜、蒸汽加热脱水、管式炉脱水。其中间隙焦油蒸馏工艺使用间隙釜，连续蒸馏工艺则使用管式炉。以管式炉脱水处理工艺为例，相关人员需要将初步脱水的焦油输送到管式炉中，对其进行加热操作，一般情况下，需求将其连续加热到120～130℃，随后将加热完成的焦油输送到脱水塔中，实现对轻油和部分水的再次脱离，此时焦油中水分的含量可降低到0.5%。现阶段，我国煤焦油加工企业中，大部分选择在管式炉的对流段完成脱水。

在生产与加工过程中，也需要考虑对废水、废气与废渣的处理。实际上，目前我国对焦油加工产生的废水均为集中收集，并且受到水处理装置的影响，使污水处理遭受到严重问题，部分工业废水的排放甚至未能达到环保指标。在我国相当大一部分焦油加工时，对油槽顶部进行氮封，以达到理想的密封效果。然而这一处理方式使得内部散发的气体难以排出，大部分装置均在使用前自由放散气体，增加了环境污染程度。此外，在加工过程也形成了焦油渣，倘若未能对相关环节进行精细化管理，会出现焦油渣随意堆放的问题。

1.4 节能与自动化水平

在我国煤焦油的加工是高耗能产业，为践行节能减排理念，相关行业在产品加工中，均能做到更新技术，注重在水、蒸汽、煤气消耗方面进行控制，通过多级循环水利用、促进流体转换、热量回收装置和低温减压蒸馏技术，使得目前节能生产目标得以初步实现。针对目前国内煤焦油加工控制领域而言，其自动化水平较低，相关加工设备的水平与行业领先水准之间存在一定差别，其技术瓶颈主要是高温运转设备、耐腐蚀器材和高黏度介质检测仪表生产。相关设备从国外进口，会出现后期维修成本高、维护工作时效性较低的动问题。因此，相关领域研究人员需要重点关注煤焦油自动化加工技术升级，提高行业整体生产效率。

2 煤焦油加工技术的发展方向

2.1 优化蒸馏技术形式

以往在蒸馏工艺中，使用较多的方法为常压式蒸馏、一塔式蒸馏和切取两混式蒸馏工艺，其操作较为烦琐、效率较低，影响了焦油深加工程度。为改善以上问题，目前，国内已经引进了先进的煤焦油装置，通过连续脱水、脱轻油和馏分塔的方式，推广减压操作。通过上述技术应用，能够在塔顶部分浸出萘油，其压力等级达到14.2kPa，而塔底则生出软沥青，沥青的软化点为65℃。对蒸馏技术方法进行升级后，蒸馏工艺稳定连续，余热状况良好。

在加工过程中，软沥青能够与煤焦油发生换热效应，馏分操作中，选择的蒸汽发生器产生0.3MPa的低压蒸汽。相关操作具有可靠性与节能性优点，在加工过程中，相关人员可将抽出的尾气与分离酚水进行技术处理后，输送到管式炉中焚烧，并做好环保排放控制，以提高能源利用效率[2]。

现阶段，在国内大多数焦化厂的加工生产中，未能对95%的工业萘进行酸洗处理。只有需要对喹啉类物质进行回收的厂家，方可酸洗工业萘。为提升深加工能力，需用对工业萘进行蒸馏处理，目前应用较为广泛的蒸馏工艺为常压间歇式精馏、减压间歇式精馏或单炉单塔式蒸馏。随着技术的发展，目前精馏塔的实际塔板已经从50层发展到63层、64层、70层。新时期，绝大焦化厂采用70层浮阀塔，并选择使用两混或三混馏分作为原料，并推出了常压双炉或双塔为主要形式的连续蒸馏工艺技术。随着信息网络与计算机控制技术进步，单炉、单塔连续精馏工艺具有广阔的发展前景。

2.2 洗涤与分解技术的应用

本次加工所用装置为碱洗脱酚和酸洗脱喹啉，通过该装置能够获得酚盐和硫酸喹啉。通常情况下，相关人员会结合工艺特点，选择首先脱酚，然后脱喹啉。也可只脱酚，不脱喹啉。为做好技术应用，使得洗涤与分解技术应用更加有效，需要对原料进行合理选择，应根据焦油蒸馏切取方式的不同，对差异化的馏分进行整合。实际应用环节，根据操作方法的不同，可将馏分工艺具体分为窄馏分与宽馏分两种。相关的洗涤设备包括空气搅拌、机械搅拌、泵混合与喷射混合器等。

目前，我国宝钢焦化厂引进了全连续碱洗脱酚工艺，后期碱液浓度十分低，仅为8%。其中，轻油与酚油均采取了一段脱酚工艺，其工作效率较高，分别达到了70%和80%。值得关注的是，相关工艺技术应用后，能够对酚钠盐起到净化作用。而萘油则采用了三段脱酚技术，脱酚效率较高，为60%，期间脱酚设备则使用了静态混合器。此外，在洗涤技术应用中，相关人员也推广了连续酸洗脱喹啉方法，将加酸浓度控制在30%以上，效率值达到了25%以上，相关设备则使用了静态混合器。

2.3 制取、分解与精制技术

国内各焦化厂在粗蒽制取中，均使用了间歇操作法，制取设备选择了结晶机。为全面提升工艺效率，提高粗蒽制取能力，相关人员也开发并应用了连续结晶法，其中具有代表性的方法为两段结晶法。以某焦油加工厂为例，在粗蒽制取过程中，引进了全连续控制方案，通过中央控制系统，对整个工艺进行控制，控制范围包括蒽油装入、冷却结晶和离心控制等多个方面。在上述工艺段完成后，对其进行计时操作，当时间达到44h后，改为自然冷却和强制冷却相结合。此时控制时间缩短为30h，产生的结晶颗粒较大。设备采用了立式冷却结晶机，为以上连续操作提供了便利条件，经过制取后，粗蒽的含蒽量明显提高，可达到40%以上。

在分解操作中，传统方式为硫酸分解法，该种方法的缺点明显，在具体处理过程中产生了大量浓酚水。虽然使用了烟道废气处理技术，但是仍然存在二次污染的问题。宝钢引进的工艺则为高炉煤气分解法，其中多采用两级分解操作法，其分解率为95%。并且在分解过程中，系统配备了苛化装置，能够获得浓度在10%左右的苛性碱液，苛化率可达到75%，由此有效避免了二次污染问题。相关分解操作过程也能够提高加工效率，有利于推动深加工进程，为相关人员加工决策选择提供了有益参考[3]。

目前，国内在精萘的制取中获得了较高的成就，通过技术升级，改善了以往技术存在的缺点。传统技术方法主要是浓硫酸精制法，相关方法存在的主要缺点是难以对废酸进行处理，并且具有较高的能源消耗，而且回收率较低，环保效益与经济效益较差[4]。随后，相关人员开发并使用了间歇操作法，并推广分步结晶，使得相关技术进一步升级。近年来，随着工业生产技术的发展，以自动化和程序化控制为主的“Praobd”工艺技术被大部分人员所认可，在技术应用中，使用了箱式分部结晶法，使得精萘的制取率达到了90%，并且能够满足连续操作要求，是目前精萘制取的先进方法，提高了焦油的深加工力度。

2.4 煤焦油加氢改质技术

在煤焦油中使用加氢技术，主要是去除油品中的硫元素、氧元素和金属杂质，通过该技术能够优化油品的燃烧性能，并确保其内部稳定性增加，使得颜色与气味发生明显改变。焦油加氢改质后，油品的性质与使用价值明显提升，产品也具有较高的环保价值。

传统加氢改质技术存在一定局限性，例如，操作流程复杂，对原料具有较高的要求。目前，随着非均相催化剂级煤焦油悬浮床研究的深入开展，相关人员提出了浆态床加氢工艺，通过该项技术的应用，焦油利用效率和轻油产品的收率均明显提高。未来，在高温煤焦油加工中，需要将加氢精制与裂化技术结合，以提高整体油收率。

现阶段国内煤焦油加工装置规模较小，自动化程度低，并且较为分散，在使用中具有较高的能源消耗特征，生产的产品种类单一等问题比较严重，同时，产品质量较差，缺乏高附加值产品，经济效益低。未来在焦油产品加工中，应坚持大型化、集约化生产路线，通过技术革新，走产品深加工之路。

3 结束语

对煤焦油的深加工相关问题进行了说明，在明确产品加工现状、技术局限和环保特征的基础上，对煤焦油深加工技术的发展方向进行了探索。未来在推进煤焦油深加工的进程中，相关人员应重视最新工业技术的应用，并结合行业发展特征，构建以产品信息和技术协作为主要内容的网络体系，加强企业合作与科研交流，使得煤焦油资源得到高效合理应用。