煤焦油加工工藝進展及其應用發展方向

魏江濤，權亞文，張啟科，李增勃

（陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術研究中心，陜西西安 710000）

煤焦油是煤焦化過程的副產品，含有上萬種組分，已從中分離并確認的組分含500 多種。由于煤焦油在提供多環芳烴等方面有著不可替代的作用，隨著煤炭深加工技術研究的不斷進步，市場對煤焦油質量的要求不斷嚴格。當前，以煤焦油為原料的深加工技術發展局限性較大，技術研究深度不夠，相關技術的發展存在不平衡的現象。本文對目前國內外有代表性的煤焦油加工技術進行綜述，并對相關技術的產業化應用前景進行分析。

1 煤焦油加工產業的現狀[1]

我國煤炭加工生產過程中副產物煤焦油的資源相對非常豐富，以煤焦油為原料的深加工技術發展局限性較大，技術研發深度不夠，需要進一步提高煤焦油加工技術。目前我國的煤焦油資源利用現狀如下[2-5]。

1.1 產品結構單一、資源浪費較嚴重

按照目前的煤焦油加工技術水平，我國煤焦油綜合利用技術能從煤焦油中提取四十多種產品，主要是蒽、酚、瀝青等，產品的質量和種類都很相似，高附加值產品少，這就造成在煤焦油加工業方面帶來的效益不是很突出，而國外能從煤焦油中提取兩百多種產品，呂特格集團是歐洲領先的煤焦油加工企業，在全球有7個生產基地，以硬煤（如生煤，無煙煤）焦化過程中產生的煤焦油為原料，提純、加工出兩百余種化工中間體。日本的新日鐵住金經過工藝改進和探索，實現了對煤焦油中一百余種高純度中間體的提純分離。中國大多數煤焦油加工裝置的規模都不大，也是造成此差異的原因之一，同時在加工過程中不能合理的對資源進行配置，造成了不必要的浪費和污染。

1.2 解決技術研發、產業化應用問題

煤焦油深加工技術需要綜合物理化學、煤化工、煉焦化學、儀器分析等多學科的優勢。專業院校在學科集成上具有先天優勢，但是在技術產業化上還存在若干技術壁壘。例如伍林博士以上海焦化廠的煤焦油為原料進行分離技術研究，研發了兩相結晶法工藝，從焦油餾分中分離出95 %的精芴；鄭水山等[6]研制了一種以煤焦油提取酚為原料的鎂碳、鋁碳成型劑。以上研究技術如何與生產型單位相結合，得到合格產品，都需要生產單位提供相關條件和資金。各研究單位的工藝研發目前均處于技術研發的初步階段，未見中試實驗規模的報道，產業化應用需要高校的技術與企業的技改項目密切結合。

1.3 煤焦油生產成本較高、規模建設分散

雖然我國煤焦油資源豐富，但煤焦油加工技術的產業化還沒有得到全面改善，技術研發深度不夠，具體表現為：（1）煤焦油加工業發展緩慢，設備落后。煤焦油的加工企業大量依附于煉焦企業發展，當前的環保形勢下，煉焦企業的發展舉步維艱，使得煤焦油加工發展呈現極度的不平衡現象。（2）煤焦油深加工是高污染行業，生產工藝涉及多項危險化學品處置和高污染化合物管理，環保壓力很大。因此，企業規模小，以小作坊的形勢居多，難以形成規模化生產，很容易造成資源浪費和環境污染。

1.4 煤焦油加工技術有待提高

在國家經濟產業持續發展和規模擴大的過程中，煤焦油加工技術引起了人們的廣泛關注，對煤焦油的需求也在不斷增加。但當前國家煤焦油加工技術不能很好的滿足經濟發展和環境保護法規的需要，急需對煤焦油加工和工藝條件進行優化和改良。

近年來，隨著我國煤焦油生產能力不斷增加，相關的加工技術、生產規模和深加工能力也迅速發展。但是與發達國家相比仍存在較多差異，國內煤焦油行業缺少市場，高品質、高附加值產品較少，技術的創新度不高，在煤焦油深加工工業化裝置成功開車的情況較少。國內工業化煤焦油深加工裝置，低于10×104t/a 的加工裝置普遍存在，同時整體規模較低。企業中對于煤焦油深加工程度不夠，體現在產品的品質和種類以及性質過于相似，例如萘、瀝青、酚類等領域[5]。因此，為了提高企業生產效益和能力，必須逐步擴大工業化深加工裝置的規模和不斷創新、研究開發新產品的專業技術。

2 煤焦油深加工工藝研發現狀[8]

2.1 萃取精餾技術

萃取蒸餾是一種揮發性和常沸點分離的混合物。通過煤焦油處理加工的研究顯示，在使用二乙醇胺可以精制改善萘的技術工藝，提高萘的精煉和分離效果。從興順、柳雨春等均報道，將煤焦油與濃硫酸混合無機萃取，可以得到高純度的萘和菲，接著使用DMF 精制，發現80 %的咔唑可以在精蒽中結晶分離。

2.2 超臨界流體萃取技術

超臨界流體就是溫度和壓力高于臨界溫度和壓力下的液體，這種液體具有不同于通常流體的特殊性質，其溶解性更好，且具有氣體和液體的雙重特性。利用超臨界技術萃取煤焦油效果較好，隨著溫度和壓力的變化，其中的目標化合物會自然析出。但是這種技術需要建立超臨界流體環境，生產成本較高，工藝技術困難，很難實現工業化生產。

2.3 共沸精餾技術

共沸蒸餾技術是在一種或多種組分的液體混合物中加入一種反應產生新的常沸點混合物揮發物，從蒸餾塔頂部提取輕質組分，從底部產出重組分。利用這一技術將2-甲基萘和喹啉等混合物從20 個理論上的蒸餾塔分離出來，揮發性物質是無毒的，可循環利用，因此整個過程不會產生廢液。

在煤焦油深加工工藝發展進程已有較多技術得到應用，如一，二塔式蒸餾、反應分離、膜分離過程、多重結晶等技術，在醫藥、化工、能源、環境、皂化等多方面得到應用，經濟效益前景可觀。

3 煤焦油深加工的應用方向

3.1 發展煤焦油深加工技術

在國家經濟、工業高速發展的情況下，煤焦油加工技術還需要很大程度的提升，提高產品的質量以及加強煤焦油先進技術的學習和融入，同時需要對煤焦油資源進行合理配置和整合利用，對加工技術和設備進行改進，提高工作人員的素質，引進一些高才能人員，為促進煤焦油新技術的加工做好保障，不斷對新技術進行優化和創新，最大程度上合理、科學的利用煤焦油資源。延長石油碳氫中心引進了懸浮床加氫裂化裝置，將煤焦油進行脫水，對煤焦油全餾分能很好的實現加氫改質，為煤焦油深加工燃料化起到了重大作用。

3.2 生產新型材料和瀝青中的應用

近年來煤焦油加工生產的新材料需求量逐漸增加，而產生的高聚物新型材料的單體大部分是從單環到三環的芳烴類化合物，如萘、酚、蒽等[4]，這些都可作為比較簡單的轉化為高品質、高價值的新型材料，進而來滿足國家工業和人民生活的需要，例如鎂合金[3]的研究對于國家來說具有很大的潛力，需要不斷的去創新和研究，逐步的從實驗室向生產方向轉化，為煤焦油深加工和新型材料的發展提供有利的方向。

同時，在今后的發展過程中要充分的利用煤焦油在瀝青工業領域的應用。瀝青是煤焦油經過蒸餾后剩余的殘渣物，而在我國煤焦油加工生產中，瀝青的產量也是很大的，這樣將瀝青利用起來，不僅減少了資源浪費，也保護了環境，同時有效的提高了煤焦油的利用率。在高附加值的產品生產方面，可以從煤焦油中生產軟化點在200 ℃以上的超硬瀝青[2]。

3.3 醫藥和染料中間體的應用

煤焦油下游產品在醫藥、染料等領域都有應用。如其中的1-8-萘二甲酐成分是染料中間物質，能夠生產出熒光增白劑、熒光劑等熒光物質，在醫藥、染料含與之類似的芳環中間體成分，都是將煤焦油進行提取而得到的合成物[7]。根據醫藥、染料等行業的不斷發展，需要不斷完善、增強煤焦油加工技術和產品運用范圍，加快煤焦油資源的開發利用研究和技術發展。

4 結論

隨著煤焦油深加工技術的不斷發展和新方向的應用，需要不斷提升煤焦油資源的有效利用率，產品結構的多樣化，減少浪費以及環境的污染。重點是要不斷加快煤焦油資源產業鏈加工的創新和開發，將其更好的運用在新材料和其他新領域，達到促進企業與國民經濟的更好發展。

我國以直接燃燒和單一轉化為主的煤炭資源利用方式，基本上只利用了煤炭的燃燒屬性，不僅造成煤炭分子中大多數有用成分的浪費和經濟損失，還將部分資源轉變成污染環境的排放物。因此，大力提升對煤焦油深加工的利用技術研究水平，是提升煤熱解焦油利用經濟性的重要途徑。碳氫研究中心研發的煤熱解和氣化一體化裝置自產焦油產品，開發一種緊密結合于CCSI 技術的煤焦油深加工技術，充分利用產物蒽、酚、萘油的高附加值，可以實現煤炭轉化過程中污染物的集中、綜合治理，提升煤炭轉化利用過程的經濟和社會效益。