某煤化工项目10万吨/年高温煤焦油加氢工艺技术介绍

    10万吨/年高温煤焦油轻质化项目总投资2.3亿元，年加工煤焦油13万吨，生产精制洗油6万吨、煤沥青6.5万吨，产值3.2亿元，采用加氢精制和加氢裂化专利技术。项目一般由预处理、制氢、加氢3套主装置组成，采用甲醇合成驰放气联产高温煤焦油加氢制取油品的新工艺。该工艺用焦炉煤气制甲醇，从甲醇装置的驰放气中提取氢气，作为高温煤焦油轻质化的氢源。以高温煤焦油为加氢原料，在高温高压和催化剂存在的情况下进行加氢反应，实现煤焦油轻质化。
1   高温煤焦油轻质宽馏分加氢技术
1.1  主要化学反应
     高温煤焦油轻质宽馏分加氢为多相催化反应，加氢过程包括加氢精制和加氢裂化。加氢精制中发生的主要化学反应为：烯烃和芳烃的加氢饱和；加氢脱除氧、硫、氮；加氢脱金属。加氢裂化的主要化学反应为C-C链的断裂、大分子烃类转变成小分子烃类。
1.2  操作周期和产品质量的影响因素
     高温煤焦油轻质宽馏分加氢装置的运行过程中，影响装置操作周期、产品收率和质量的主要因素有反应压力、反应温度、体积空速、氢油体积比和原料油性质等，现分述如下。
1.2.1  反应压力
     提高反应器压力或循环氢的纯度，即提高反应氢的分压，不但有利于脱除煤焦油中的S、 N等杂原子及芳烃的加氢饱和，以改善相关产品的质量。而且可以减缓催化剂的结焦速率，延长催化剂的使用周期，降低催化剂的费用。不过反应氢分压的提高，也会增加装置建设的投资和操作费用。
1.2.2  反应温度
     提高反应温度会加快加氢反应的速率和加氢裂化率。但过高的反应温度会降低芳烃加氢饱和的深度，使稠环烃缩合生焦，缩短催化剂的使用寿命。
1.2.3  体积空速
     提高反应体积空速，会增加煤焦油加氢装置的处理能力。对于新设计的装置，高体积空速可降低装置的投资和购买催化剂的费用。较低的反应体积空速，可在较低的反应温度下得到所期望的产品收率，同时延长催化剂的使用周期，但是过低的体积空速将直接影响装置的经济性。
1.2.4  氢油体积比
     氢油体积比的大小主要是以加氢进料的化学耗氢量为依据，是指加氢进料的需氢量相对大小。与一般的石油类原料相比，煤焦油加氢要求有更高的氢油比。原因是煤焦油组成以芳烃为主，在反应过程中需要消耗更多氢气。另外，芳烃的加氢饱和反应是一种强放热反应，需要有足够的氢气将反应热从反应器中带走，以避免加氢装置“飞温”。
1.2.5  高温煤焦油性质
    （1）氮含量。氮化物主要集中在芳环上，它的脱除是先芳环加氢饱和，后C-N化学键断裂，因此，原料中氮含量的增加，对加氢催化剂活性有更高的要求。同时，反应生成的NH3也会降低反应氢的分压，影响催化剂的使用周期和加氢饱和能力。
    （2）硫含量。原料中的硫在加氢过程中生成H2S，因此，硫含量的增加会明显降低反应氢的分压，从而影响催化剂的使用周期和加氢饱和能力。
    （3）沥青质。沥青质对加氢装置的影响主要是造成催化剂结焦、积碳，引起催化剂失活，加速反应器的提温速度，缩短催化剂的使用寿命。
    （4）微量金属杂质。原料中的微量金属杂质主要有Fe、Cu、V、Pb、 Na、 Ca、Ni、 Zn等，这些金属在加氢过程中会沉积在催化剂上，堵塞催化剂的孔道，造成催化剂永久失活。
2   高温煤焦油的加氢工艺
     高温煤焦油经过减压蒸馏的预处理，得到轻质宽馏分，作为加氢精制的原料油，减压塔底的重油或沥青作为产品销售。
     经过加氢精制反应器后的轻质宽馏分，在高低压分离系统将馏分与氢气分离，氢气循环利用，馏分通过分馏系统的切割，分别切取燃料油调和组分，塔底的尾油作为加氢裂化的原料油进入加氢裂化反应器。加氢裂化反应器出来的油气经高压分离出氢气后，加氢裂化反应器的馏分与加氢精制的馏分一同进入分馏系统切取燃料油调和组分，完成对高温煤焦油轻质宽馏分的加工。高温煤焦油轻质宽馏分加氢工艺见图1。
                              图1 高温煤焦油轻质宽馏分加氢工艺框图

        3 高温煤焦油宽馏分加氢的举例与效益
        高温煤焦油宽馏分加氢后的产品性质见表1。由于洗油处于石油中的柴油沸程内，因此洗油加氢后只有柴油调和组分一种产品。由表1可看出，加氢生成柴油馏分的密度为0.873，十六烷值提高到33左右，是很好的柴油调和组分。宽馏分加氢的产品分布见表2。宽馏分油加氢石脑油（65～177℃) 的性质和组成见表3、表4。宽馏分加氢柴油馏分（>177℃) 的性质见表5

。
                          表1 洗油加氢后的产品性质


                          表2 焦油宽馏分加氢的产品分布


                              表3 焦油宽馏分加氢石脑油（65～177℃）的性质


                      表4 焦油宽馏分加氢石脑油（65～177℃）的组成（％）




    从表2～表4可看出，石脑油（65～177℃ )产品是优质的化工石脑油原料，尤其用作生产BTX的重整原料；而柴油馏分（> 177℃）则是优质的清洁柴油调和组分。煤焦油加氢技术主要包括煤焦油的预处理、煤焦油加氢和制氢装置。制氢装置按焦化厂的焦炉煤气作原料制氢来计算，以目前市场的价格，1套10万t/a煤焦油加氢项目的投资约16311万元，其中建设投资14300万元。年均销售收入50534万元，年均总成本费用32392万元，年均所得税后利润8868万元，投资利润率为81.14%，静态投资回收期为3.53年（含建设期1.5年）。各项经济评价指标远好于行业基准值，经济效益较好。
    4 项目特点
    （1）高温煤焦油的宽馏分加氢采用专有的加氢技术，约95％可转化为清洁燃料油，实现了加氢转化为轻质油品的目的。
    （2）高温煤焦油宽馏分油采用加氢精制／加氢裂化的组合工艺后，所得轻质油收率高，24.44％的石脑油馏分和70.74％的柴油馏分，分别是优质的重整原料和理想的低凝柴油调和组分。
    （3）高温煤焦油含50%～55％沥青，而沥青不能作为煤焦油宽馏分的加氢原料。因此，在规划高温煤焦油加氢项目时，应考虑沥青的综合利用。
    （4）煤焦油宽馏分油中含有高附加值的萘、酚类、甲基萘、芴、氧芴、蒽、咔唑等化工产品。在煤焦油宽馏分进行加氢之前，首先加工提取这些化工产品，再对剩余的油进行加氢，既不影响加氢原料油的质量，又能进一步提高焦油加工的效益。