低温煤焦油生产加工利用的现状

5洁净煤技术62008年第14卷第5期

低温煤焦油生产加工利用的现状

孙会青,曲思建,王利斌

(煤炭科学研究总院北京煤化工分院,北京100013)

摘要:概述了低温煤焦油的研究以及生产、加工、利用的现状,分析了存在的问题并提出了解决问题的建议。

关键词:低温干馏;低温煤焦油;煤制油

中图分类号:TQ 523 文献标识码:A 文章编号:1006-6772(2008)05-0034-05

收稿日期:2008-06-20

作者简介:孙会青(1980-),男,河北辛集人,助理工程师,煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院在读硕士研究生。

/缺油、少气、富煤0是目前中国能源的基本情况,自1993年中国由石油输出国变为石油净进口国以来,石油安全问题已经逐渐演变为中国经济发展和能源安全中面临的突出问题,伴随着国民经济的持续快速发展,中国石油消费量不断大幅度增长,2006年石油表观消费量(包括原油表观消费量及油品净进口量)达到34655万,t 其中石油净进口量为16287万,t 原油净进口量为13884万,t 油品净进口量为2403万,t 2007年中国原油净进口量为15928万,t 对外依存度达到46105%。据预测,在未来一个较长的时期内,中国原油进口量仍有进一步增加的现实可能性,直接导致中国能源安全水平的不断下降,无疑增加了中国经济发展和社会进步的不确定性和受制于人的风险性。在石油资源有限的情况下,发展煤化工产业、提取低温煤焦油并发展煤焦油深加工产品显然具有重要的现实意义和战略意义。

1 低温干馏技术的发展

低温煤焦油主要是由褐煤和高挥发分的烟煤经低温(500~700e )干馏得到焦油,是煤受热分解的初级产物,因未受到深度裂解,所以也被称为初生焦油。干馏终温一般在900e 以下,如干馏产品以焦油为主要产品,则干馏终温低于600e ,即所谓的低温干馏;如干馏产品以半焦为主要产品,则干馏终温在800~900e ,即所谓的中温干馏。干馏产品质量主要受原料煤种类、品质、加热终温,加热速度、热解气氛、压力等因素影响。

低温煤焦油来自于煤的低温干馏,国内外主要的低温干馏工艺有美国的D isco 工艺、德国的鲁奇(Lurg-i spue l g as)工艺、固体热载体工艺(代表性的有美国的Toscoal 工艺和德国的鲁奇鲁尔(Lur g -i ruhr -gas)工艺)、煤炭快速热解工艺(代表性的有半焦-油-能法、西方研究公司热解法和加氢热解法)、中国的多段回转炉(M RF)热解工艺、辐射炉快速热解等工艺。煤的低温干馏是一种古老的技术,先后经历了明火焚烧、小规模箱式炉、立式炉、内热式直立炭化炉等几个发展阶段,简易改良炉如萍乡炉、吕梁炉等炼焦所获得的焦油也类似于低温煤焦油。早在1792年,英国就建立了煤的低温干馏装置,以生产煤气用于照明。19世纪初叶,为代替木炭作为冶金燃料和家庭无烟燃料,促进了低温干馏技术的发展。第一次世界大战后,由于液体和气体燃料需求增加,各种低温干馏工艺发展到上百种之多。第二次世界大战期间,德国建立了大型低温干馏厂,用褐煤为原料生产低温煤焦油,再高压加氢精制和裂化,制取高级液体燃料和航空汽油,以适应战争需求。20世纪50年代前,英国、波兰、捷克、苏联、美国、加拿大、日本、中国和新西兰等国家都先后建立了不同规模的低温干馏工业。到20世纪50年代后期,随着中东廉价石油和天然气的大量开采,使低温干馏工业陷于停滞状态。中国在开发了大庆油田后,煤低温干馏工业也相继停产而转炼石油。1973年和1979年两次世界石油危机以来,世界主要工业化国家又纷纷重视和加快了新一代煤低温干馏技术的研发和开

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发,如快速热解和快速氢化热解技术等,但低温煤焦油的深度加工技术和利用方式还有待进一步完善和提高。

2 低温煤焦油生产、加工利用的现状

低温煤焦油是以不粘煤和弱粘煤等非主焦煤为原料,通过低温干馏所得的产物,是一种优质的原料油,可以生产成品油,也是燃料油的替代产品。运用低温干馏工艺生产半焦和低温煤焦油是拓展不粘煤

和弱粘煤的应用领域、提高产品附加值和应用效率的重要途径之一,也是煤化工替代石油化工的重要发展方向。中国陕北、内蒙古、新疆、宁夏、山西大同等地不粘煤和弱粘煤储量相对丰富,如陕北榆林地区的神府煤田多数煤种可归结为该种类煤,其煤质具有三低一高的特点,即低灰、低硫、低磷、高发热量,其探明储量为1460亿t 。

图2 多段回转炉热解(MRF)工艺

初步估算,全国低温煤焦油总年产能约为400万,t 生产企业主要分布在晋、陕、蒙、宁四省区交界地带,以陕西榆林神府地区和内蒙鄂尔多斯市的伊旗、准旗最多,另外在山西大同、宁夏、新疆等地也有部分生产企业。由于对低温煤焦油生产在建设初期引导不够,缺乏整体规划,集中度低、污染严重、达不到环保要求,而且基本上以分散经营、规模较小的个体民营企业为主,以个人独资、股份制或合伙经营为主要方式,尚未形成有竞争优势的主导企业。根据06a 月国家发改委关闭落后小半焦生产的指示,大部分焦油年产能低于1万t 的小规模生产企业被关闭,目前低温煤焦油的实际年产量约为200万t 。以全国第一产煤大县陕西神木县为例,2007年全县对所有的143户小半焦企业进行了整合,组建了18户大型企业,建厂起始规模定位为半焦年产能60万,t 企业走向规模化,该年全县生产原煤超亿吨,干馏煤

产量800万,t 煤焦油产量约为80万t [1]

。

原煤根据煤炭的不同粒径可分为块煤(30mm 以上)、粒煤(小颗粒8~30mm )、末煤(或面煤,小于

8mm ),不同粒径的煤应采用不同的工艺进行煤加工。块煤采用直立炉加工,粒煤采用横流气燃式干馏炉,干馏工艺与直立炉相似,末煤采用固体热载体工艺,可以得到较高的油收率(约80%~90%),半焦质量好。通过几种工艺的结合,可以实现全部原料煤的就地深加工。直立炉生产工艺产生的剩余煤气可以作为自备电厂气源和固体热载体干馏工艺中半焦热载体加热的燃料气,而固体热载体产生的煤气可以用来做合成化工产品的原料气,可以合成甲醇等化工产品,也可以提纯其中的氢作为加工焦油的原料气。

以块煤为原料、气体热载体的立式方形干馏技术工艺及生产工艺包括备煤工段、炭化工段、筛运焦工段、净化工段和污水处理工段如图1所示。

图1 气体热载体干馏工艺

在总结了以往工艺的基础上,煤科总院北京煤化工分院立足于产煤地区的经济发展能力,以建立

中小型生产规模为出发点,自主研发了多段回转炉热解工艺,先后建立了1kg 、10kg 、100kg 规模的系统实验装置,并于上世纪90年代初建立了2万t/a 规模的示范工程。该工艺通过多段串联回转炉,对年轻煤进行干燥、热解、增炭等不同阶段的热加工,最终获得较高产率的焦油、中热值煤气及优质粒状半焦,从而较好地利用了煤炭资源。工艺流程如图2所示

[2]

。

以块煤为原料、固体热载体的快速热解工艺,产

品半焦为粉焦,焦油收油率高约为80%~90%。以该工艺为核心技术的神木富油煤焦油加工项目已在

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神木县锦界工业园区开工建设,这将充分利用约占神府地区全部煤炭产量70%以上的面煤。典型的工艺如大连理工大学的DG热解工艺。生产流程如图3所示[3]。

对于低温煤焦油加工利用,一大批科研开发机构和相关企业已经开展了大规模的的研究开发工作。研究领域从基础理论、反应机理到工艺开发、工程化开发,试验规模也从实验室小试到中试、直至工业性试验。但至今,世界上绝大部分的低温煤焦油只是作为液体燃料如汽油、柴油、燃料油和化学品的生产原料使用。

低温煤焦油的加工途径主要分为燃料型、燃料-润滑油型和燃料化工型3种工艺路线。燃料-润滑油-化工型工艺是发展的方向[4]。由褐煤低温煤焦油加工后可得到各种液体燃料、石蜡、沥青、电极焦、润滑油、酚和防腐油等,加工流程如图4所示。

烟煤低温煤焦油经加工后可以得到液体燃料、沥青、酚等。加工方式有先蒸馏后提酚或先碱洗脱酚后蒸馏等,工艺流程如图5、图6所示。

国外以低温煤焦油为原料生产化工产品为主要应用的近代化工厂中,典型的有英国的波尔索威尔(Bolsover)厂和法国马里诺(M arienau)的洛林厂。

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波尔索威尔厂的主要产品是:汽油、柴油、燃料油、酚和酚类化合物以及高沸点焦油酸、沥青、杂酚油、浮选油、橡胶溶剂等;马里诺低温煤焦油精炼厂的主要产品是:酚和酚类化合物、酚油、脱酚油、脱萘洗油、重油、沥青等。

早在1958年,为了适应当时的形势,贯彻执行党中央提出了/全民办油0和/煤综合利用0的方针,全国各地在重点建设大型炼油厂的同时,也在采用多种方法建立各种中小型的炼油厂。考虑到简单易行、收效快、收油多、成本低、产品合用等原则,研究者对低温煤焦油主要采用离心分离法、常减压蒸馏法、溶剂稀释沉淀法和蒸馏焦化法等加工方法,所得油品经引擎试验后,取得了满意的成果

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。在追求

煤炼油高产率的同时,人们也对从低温煤焦油中回收酚进行了试验研究,因其中的酚含量很大,可高达35%,而且酚又是重要的化工原料,所以酚的回收利用问题显得尤为重要。酚类化合物的分离提取方法归纳起来主要有化学法和选择溶剂抽提法,其中化学法主要包括碱洗法、碳酸钠溶液抽提法,硫氢化钠溶液抽提法;选择溶剂抽提法主要包括过热水抽提法、盐类水溶液抽提法和醇类水溶液抽提法。

煤科总院北京煤化工研究分院对在煤转化过程中影响酚类生成的因素、低温煤焦油中的酚类化合物生成机理、酚类组成和含量的分析与鉴定、以及酚类化合物的分离和利用进行了研究。另外也对气化焦油,加氢制汽油、柴油进行了系统研究,针对气化焦油机械杂质含量高,杂原子多、稠环芳香烃含量高的特点,提出了原料油预处理、预饱和加氢、加氢精制和加氢裂化的加氢工艺,汽、柴油产品符合国家标准。

中国化工黑化集团(股份)有限公司焦油车间以齐齐哈尔钢厂所产低温焦油为原料进行焦油加工,焦油在蒸馏釜中经初步蒸馏把水分和轻质油质蒸出,水蒸气经冷却进入酚水大井,轻质油质经冷却后进入接收槽回收利用;釜底的残渣经弱热聚合反应得到沥青,沥青与改质沥青混兑装车外卖。该装置工艺流程简单,操作简便

[6]

。

黑龙江化工厂采用热聚合法将脱水后的原料焦油蒸馏切取混合馏分,然后将蒸馏釜内的残留物进行热缩聚,生产得到软化点大于170e 、B 树脂含量大于38%、残碳量56%的特种沥青,以供滑板砖、铁沟料、镁碳砖、转炉补炉料等耐火材料生产用,同时也可用于碳素材料工业的粘结剂

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。

4 低温煤焦油加工利用中存在问题与建议

目前,国际原油期货价格的持续走高,低温煤焦油市场应用领域在不断扩大,社会、经济效益日益突显,但影响低温煤焦油及其相关产品发展的一些深

层次的矛盾和问题仍未得到有效解决,制约着产业的健康发展。

(1)政策风险,半焦产业一直没有行业准入标准。2007年国家发改委拟把半焦行业列入国家产业结构调整淘汰目录,并进行意见征求,同样,低温煤焦油的生产也受到了影响。

(2)产业组织结构集中度低,企业规模化程度低,布局分散。生产、加工利用研发滞后,工艺技术单一,技术装备水平落后,大型化技术设备不成熟,新旧工艺接续跨度大,关小快上大慢,产能无法衔接,给自身产业及其下游产品加工产业的稳定和发展造成严重影响,同时也影响了群众就业和社会稳定。

(3)产业资源浪费严重,吨焦耗煤、水、电量大,煤气直接排空而未综合利用,煤焦油回收率低,粉尘污染和生态破坏问题突出。

(4)低温煤焦油加工产业链条短,加工深度不够。

根据当前产业发展面临的形势,建议如下:(1)国家有关部门高度重视这一产业的健康、持续、快速发展,保证这一产业的市场稳定和区域经济和谐发展。

(2)在目前国家还没有出台半焦行业规范性标准的前提下,半焦和低温煤焦油的生产要变被动为主动,参照国家相关环保标准,组建节约型、清洁型、循环型、有市场竞争力的大型企业。

(3)积极鼓励国内外科研机构开发生产、加工、利用工艺技术的研究攻关,研发新的生产系统,并不断推广、扩大低温煤焦油的加工、应用领域。

(4)合理规划产业工业集中区,积极引导现有企业联合重组,实现产业集约化、集群化发展,形成/煤-焦-油-气-电-化-材0一体化的煤化工产业基地,实现煤炭资源的就地转化、综合利用,提高综合竞争实力。

5 总 结

中国低温煤焦油的生产基本上已经形成了一套相对比较完善的技术、工艺和设备体系,`并且具有广阔的市场空间,更具有雄厚的煤炭资源基础。煤

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制油有助于缓解石油供应日趋紧张的局面,也是煤焦油产业发展的有效途径。在能源战略中,国家煤炭工业/十一五0规划中业已提出对煤要/深度加工,洁净利用0,/大力发展煤化工,开发煤基液体燃料,推进煤炭气化、液化示范工程建设,弥补油气供应不足,提高国家能源安全保障程度0。所以低温煤焦油的研发、生产、综合利用应给予相当的重视。在科学高效、节能环保的前提下,做强做大低温煤焦油生产、加工利用产业,带动相关产业发展,为中国的丰富的煤炭资源增值转化,地区的经济发展发挥重要的作用。

参考文献:

[1]兰炭产业发展政策研究.国家发展和改革委员会产业

经济与技术经济研究所,2007.

[2]曲思建,关北锋,王燕芳,等.中国煤温和气化(热解)

焦油性质及其加工利用现状与进展[J].煤炭转化,

1998,21(1),16.

[3]郭树才.年轻煤固体热载体低温干馏[J].煤炭转化,

1998,21(3),53~54.

[4]水恒福,张德详,张超群.煤焦油分离与精制[M].北

京:化学工业出版社,2007.

[5]北京石油炼制研究所筹建处.低温煤焦油简易加工方

法初步试验[J].石油炼制与化工,1958,07,32~37. [6]张连明.黑化集团公司低温焦油的开发利用[J].鸡西

大学学报,2002,2(2),54~55.

[7]朱秀梅,徐秀萍,丁亚静.低温煤焦油的合理开发利用

[J].一重技术,2002,(1):125~126.

Present situati on on production and processi ng

use of lo w te mperature coa-l tar

S UN H u-i qi n g,QU S-i jian,WANG L-i b i n

(Beijing R esearch Instit u te of Coal Che m istry,Chi na Coal Research Instit ute,B eijing100013,China)

Abst ract:This article outli n es the research o f lo w te m perature coa-l tar as w ell as the presen t situation of the pr oduc-ti o n and utilization,and it ana l y ses t h e ex i s tence question then proposes the suggesti o n of solv i n g the m.

K eywords:l o w-te m perature pyro lysis;lo w te m perature coa-l tar;coal transfor m o il

(上接第26页)

The m easure m ent of Shenhua coa-l oil sl urry

viscosity at coal direct li quefacti on condition

YAN B ing-feng,S H I Sh-i dong,LIW en-bo

(Beijing R esearch Instit u te of Coal Che m istry,Chi na Coal Research Instit ute,B eijing100013,China)

Abst ract:I n or der to study variation of coa-l o il sl u rry v iscosity at coa l direct li q uefaction condition,w e m easured v i s cosity of Shenhua coa-l o il sl u rr y i n250~450e by analyzi n g its sheari n g strength.W e found t h a,t as a whole,the v i s cosity w as decreasing before340e,then i n creasi n g and atta i n ed m ax i m um va l u e at380e,then decreasi n g.W e analyzed t h e infl u ence o f te m perature-i n creasi n g ve l o c ity,and found t h a,t the te m perature at wh ich the peak value appeared i n creased as te m perature-i n creasing ve l o c ity risi n g.

K eywords:coa-l o il sl u rr y;direct liquefacti o n;high te m perature and pressure;v iscosity

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