尾油循環的煤焦油加氫實驗研究

楊小彥，鄭化安，張生軍

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石油化工與催化

尾油循環的煤焦油加氫實驗研究

楊小彥1,2*，鄭化安1,2，張生軍1,2

(1.陜西煤業化工技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710065；

2.國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室，陜西 西安 710065)

摘要：利用小型固定床加氫實驗裝置，將煤焦油和其加氫后的尾油混合，在溫度(360～420) ℃、壓力(13～15) MPa、氫油體積比(1 500～1 700)∶1和液體體積空速0.25 h-1條件下進行加氫處理，所得產品切割得到的汽油餾分、柴油餾分和尾油餾分，分別占產物質量的16.12%、78.83%和5.05%，且產品中硫、氮含量很低，汽油中硫含量16.7 μg·g-1，氮含量36 μg·g-1，柴油中硫含量102.6 μg·g-1，氮含量97 μg·g-1，可用作清潔燃料。結果表明，尾油循環在煤焦油加氫過程中對煤焦油具有稀釋作用，不僅減輕了設備負荷，同時也可以提高汽油和柴油收率。因此，以煤焦油加氫尾油循環加氫是一種高效、綠色環保制備燃料油的方法。

關鍵詞：石油化學工程；煤焦油；尾油；加氫；循環；燃料油

CLC number:TE624.4+3;TQ524Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)04-0071-05

煤焦油是煤在熱解過程中產生的液體產物，2013年我國煤焦油產量已達20 Mt[1]。近年來，隨著對煤炭分質清潔領域的重視，我國已建成一些煤焦油加氫工業化生產裝置，但正式運行的裝置規模均較小，煤焦油仍未完全得到合理利用。

國內研究者對煤焦油加氫進行了研究[2-6]，但主要集中于煤焦油部分餾分的加氫，并未對其完全利用，造成資源浪費。煤焦油全餾分加氫技術雖得到認可，但產生的部分尾油仍未找到合理的加工利用途徑。周家順等[7]研究了尾油循環對渣油加氫裂解的影響，結果表明，尾油循環可極大提高柴油收率。本文利用小型固定床加氫實驗裝置，對尾油循環的煤焦油加氫工藝進行研究，以期對煤焦油加氫的工業化應用研究提供一定的參考。

1實驗部分

1.1實驗原料

實驗原料為中低溫煤焦油，性質見表1。

表 1　煤焦油性質

將加氫尾油和煤焦油混合，混合后的原料油性質見表2。實驗用催化劑為自制的加氫催化劑，性質見表3。

表 2　混合后原料油性質

表 3　加氫催化劑性質

1.2實驗方法

1.2.1預硫化

在小型固定床加氫反應器中加入200 mL催化劑，采用含有質量分數2%二硫化碳的直餾柴油在壓力(13～15) MPa、氫油體積比(1 500～1 700)∶1和液體體積空速1.5 h-1的實驗條件下，逐步升溫至250 ℃和360 ℃，分別硫化8 h，完成催化劑的預硫化實驗。

1.2.2加氫操作

將加氫尾油和煤焦油按質量比1∶5混合，混合油根據前期優化后的實驗條件進行加氫處理[8]，反應壓力(13～15) MPa，氫油體積比(1 500～1 700)∶1，液體體積空速0.25 h-1，反應溫度(360～420) ℃，采用自制的催化劑在200 mL加氫固定床裝置上進行脫硫、脫氮和脫金屬等反應，最后生成燃料油。工藝流程如圖1所示。

圖 1　煤焦油加氫工藝流程Figure 1　Process flow of coal tar hydrogenation

1.3測定方法

根據GB/T 1884-2000測定密度；根據GB/T 265-88測定黏度；根據GB/T 6536-1997測定餾程；根據SH/T0509-1992測定瀝青質、飽和烴、芳烴及膠質含量；根據GB/T17144-1997測定殘炭含量；根據GB/T 387-90測定硫含量；根據GB/T 17674-1999測定氮含量。

采用ICP等離子發射光譜儀和液相色譜儀分別測定金屬元素和族組成。

2結果與討論

2.1加氫物料衡算

以混合油為原料，在壓力(13～15) MPa、溫度(360～ 420) ℃、氫氣不循環單次通過、氫油體積比(1 500～1 700)∶1和液體空速0.25 h-1條件下，進行尾油循環的加氫單程物料平衡實驗，結果如表4所示。

表 4　單程物料平衡實驗結果(%)

從表4可以看出，尾油循環加氫的化學氫耗為6.34%，輕烴產率1.37%，C4以上產率96.12%，化學水高達7.24%，表明在選用的催化劑級配方案下液體收率高，此外，由于煤焦油中含氧量較高，導致生成水較多。

2.2加氫餾分分析

將積累產品切割為不同餾分，各餾分所占的質量比如表5所示。

表 5　實沸點蒸餾產品分布

將表5尾油循環加氫所得產品的實沸點切割餾分分布與煤焦油加氫產品[8]進行對比，可以看出汽油餾分(16.12%)大于煤焦油加氫制的汽油餾分(9.82%)，柴油餾分(78.83%)比煤焦油加氫所得的柴油餾分(73.12%)高，尾油循環的煤焦油加氫所得尾油含量比煤焦油加氫所得尾油低約10%。

所得汽油餾分性質見表6。

表 6　汽油餾分性質

從表6可以看出，在加氫尾油循環條件下，加氫產品中汽油餾分的硫含量接近于無硫狀態，族組成以異構烷烴和環烷烴為主，芳烴體積分數小于40%，烯烴體積分數遠遠低于35%，研究法辛烷值小于90，除餾程10%外，其他均達到城市車用汽油GB17930-1999標準，可作為優質的汽油調和組分。其中，環烷烴和芳烴體積分數高達59.41%，是重整和芳構化的優質原料。

所得柴油餾分性質見表7。

表 7　柴油餾分性質

從表7可以看出，在加氫尾油循環的條件下，加氫產品中柴油餾分密度略高于柴油GB/T19147-2003標準要求，硫含量低于車用柴油GB/T19147-2003標準，十六烷值接近柴油GB252-2000標準，其他指標僅達到城市車用柴油標準，該柴油添加少量十六烷值改進劑后，可作為優質柴油使用。

所得尾油餾分性質見表8。從表8可以看出，在加氫尾油循環條件下，加氫產品中尾油餾分的硫、氮、膠質、芳烴、殘炭含量低，族組成以飽和烴和芳烴為主，表明在煤焦油加氫工藝過程中，尾油循環對煤焦油具有較好的稀釋作用，不僅可以緩解設備負荷，加氫產品性能也得到較好的改善。

表 8　尾油餾分性質

3結論

(1) 對中低溫煤焦油與其加氫尾油混合加氫工藝進行了研究，結果表明，煤焦油加氫尾油對原料具有一定的稀釋作用，可改善加氫原料性質，減輕設備負荷，同時可提高加氫產品的性能。

(2) 在反應壓力(13～15) MPa、反應溫度(360～420) ℃、氫油體積比(1 500～1 700)∶1和液體體積空速0.25 h-1的條件下，得到質量分數16.12%的汽油餾分和質量分數78.83%的柴油餾分，較好地提高了煤焦油加氫制汽油和柴油收率，產品中硫和氮含量較低，汽油中硫含量16.7 μg·g-1，氮含量36 μg·g-1，柴油中硫含量102.6 μg·g-1，氮含量97 μg·g-1，可用作清潔燃料。

參考文獻:

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Experimental research on coal tar hydrotreating of residue recycling

YangXiaoyan1,2*，ZhengHuaan1,2，ZhangShengjun1,2

(1.Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co.,Ltd., Xi’an 710065, Shaanxi, China;2. State Energy Key Lab of Clean Coal Grading Conversion， Xi’an 710065, Shaanxi, China)

Abstract:The hydrotreatment of the mixture of coal tar and its tail oil after hydrogenation was studied in a small fixed bed hydrogenation unit under the process condition as follows:reaction temperature (360-420) ℃,reaction pressure (13-15) MPa,volume ratio of hydrogen to oil (1 500-1 700)∶1 and LHSV 0.25 h-1.In the obtained product,mass fractions of gasoline,diesel oil and hydrogenation tail oil were 16.12%,78.83% and 5.05%,respectively.And the contents of sulfur and nitrogen in the product were very low.The contents of sulfur and nitrogen in gasoline were 16.7 μg·g-1and 36 μg·g-1, respectively.The sulfur content was 102.6 μg·g-1and the nitrogen content was 97 μg·g-1in diesel oil,which could be used as clean fuel.The results showed that the recycling of tail oil had dilute effect during coal tar hydrotreating,which not only reduced the load of equipment,but also enhanced the yield of gasoline and diesel oil.So coal tar hydrotreating of residue recycling was a kind of efficient and benignly environmental preparation method of fuel oil.

Key words:petrochemical engineering; coal tar; tail oil; hydrogenation; recycling; fuel oil

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：楊小彥，1986年生，女，碩士，工程師，研究方向為煤化工。

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.04.014 10.3969/j.issn.1008-1143.2016.04.014

中圖分類號：TE624.4+3;TQ524

文獻標識碼：A

文章編號：1008-1143(2016)04-0071-05

通訊聯系人：楊小彥。