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干货分享│煤焦油加氢技术进展及应用

时间:2020-11-13    


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       煤焦油是煤炭在热解或气化过程中得到的液体产品。根据热解温度不同,煤焦油可分为低温煤焦油(450℃~650℃)、中低温煤焦油(600℃~800℃)、中温煤焦油(700℃~900℃)和高温煤焦油(1000℃左右)。


       2012年,国家能源局印发的《国家能源科技“十二五”规划》中将“煤焦油加氢制清洁燃料”列为重大技术研发项目。2014年,印发的《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》中明确指出:以新疆、内蒙古、陕西、山西等地为重点,稳妥推进煤制油技术研发和产业化升级示范工程,掌握技术,形成适度规模的煤基燃料替代能力。


       国家产业结构调整指导目录(2019年本)鼓励类项目“煤炭清洁高效利用技术”中提到煤焦油加氢是煤炭清洁高效及煤炭分级分质利用的重要组成部分,同时由发改委发布《西部地区鼓励类产业目录(2020年本,征求意见稿)》提出坚持以供给侧结构性为主线,坚定实施扩大内需战略,围绕推动形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,发挥优势促进实体经济发展,强化创新提高产业链稳定性和竞争力,推动农村一二三产业深度融合,推动发展中西部地区现代制造业和战略性新兴产业,加快发展现代服务业的鼓励和支持。

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煤焦油加氢技术

       煤焦油加氢是一种生产轻质燃料油工艺,即利用加氢精制、加氢裂化和加氢改质原理,脱除煤焦油中硫、氮、氧、氯和金属等杂质和不饱和烃,使煤焦油中大分子烃类裂解为小分子烃类,并异构化,生产出清洁的燃料油和液化气。煤焦油加氢技术是以高活性、高选择性和稳定性催化剂体系,通过多种技术组合来有效结焦、控制反应热、实现不同性质的煤焦油原料加氢改质。


几种加氢技术对比

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       煤焦油中含有一定量的杂质、水分和盐类物质,在加氢反应前,首先要对煤焦油进行预处理:由于煤焦油中金属含量高,要求合适的保护剂级配;氧含量高,要求催化剂水热稳定性好;氯含量高,对加氢系统材质要求高;氮含量高,要求催化剂活性高;胶质体、沥青质含量高,要求加氢催化能进行解聚,减缓生炭。


1、切割轻馏分加氢工艺技术
       此技术需增加常减压蒸馏预处理单元,通过蒸馏预处理去除煤焦油内的杂质、水分、胶质、沥青质等物质,以保证固定床加氢原料油的质量。煤焦油通过原料预处理-蒸馏装置,将约25~30%的煤沥青切割分离,剩余70%~75%(低于450℃的馏分,为轻油)作为加氢装置进料。该技术煤焦油利用率较低,轻油收率低,柴油油品密度大,十六烷值低,切除的沥青软化性强、延展度低,不适合在建筑材料的生产加工上使用。由于此工艺能保证后续加氢稳定运行,早先建设的煤焦油加氢装置基本采用减压蒸馏耦合固定床加氢工艺。该技术由于原料利用率低,近30%的切割重油沥青无法利用,进而影响煤焦油加氢总体效益。


2、延迟焦化加氢工艺技术
       延迟焦化+固定床加氢技术是在对中低温煤焦油进行全馏分裂解的过程中,为加快裂化反应并使反应彻底进行,把生成的胶质和沥青变成焦炭,然后通过固定床加氢反应产出柴油和汽油。煤焦油先焦化,产生约15%的焦炭、3%~8%的液化气+干气,剩余的77%~82%的油品进固定床加氢装置。从产品结构上来看,煤干馏炼焦得到副产品煤焦油,焦化工艺又把煤焦油变成了焦炭,相当于部分产品又回到了原点。该技术煤焦油的利用率较低,油品收率低;低附加值产品焦炭量较多。


3、悬浮床加氢工艺技术
       悬浮床预处理耦合固定床技术是将全馏分煤焦油经悬浮床加氢预处理,脱除金属、残碳、胶质、沥青质后,产出油中<530℃馏分油再进后续的固定床加氢处理,生产1#煤基氢化油和2#煤基氢化油,>530℃的重质裂化油循环再裂化。


       悬浮床加氢工艺采用油溶性、水溶性铁系催化剂或添加物以细粉颗粒形式。同时,催化剂或添加物的存在,还会成为沉积焦炭的载体。其加氢工艺较为简单,反应温度在420~480℃之间,反应压力为10~20MPa,裂化转化率可达70%~90%,但其未转化残渣油中混合有催化剂,难以有效分离。其金属含量和残炭值很高,二次加工性能及经济价值差,悬浮床加氢技术进行大规模工业化需要进一步解决反应器及相关工程放大方面的技术难题。


4、宽馏分加氢工艺技术
       宽馏分煤焦油加氢技术主要对预处理单元做了升级改进,采用膜脱盐、轻油萃取,进一步提高了煤焦油原料中的尘、水、盐、金属和强极性有机物的脱除率,初步改善煤焦油加氢进料的稳定性,以保证后续加氢工段的连续运行。该技术预处理采用大量加氢油循环稀释,导致反应进料量变大。预处理膜脱盐和轻油萃取设施尺寸较大,反应器尺寸和催化剂装填量非常大,投资较大。目前该技术有待长周期稳定运行考验。

5、全馏分固定床加氢工艺技术
       全馏分固定床加氢技术主要是在原料煤焦油中通过添加絮凝剂,经预处理过滤单元,脱除煤焦油中的金属、杂质、沥青质、微量水分(煤焦油中金属质量分数<20×10-6),再配合固定床加氢技术,实现了煤焦油原料的全馏分加氢。因絮凝剂需连续注入,装置运行成本较高,且过滤单元需达到预期效果才能满足后段固定床加氢反应稳定长周期运行。该技术同样有待长周期稳定运行考验。

6、沸腾床加氢技术

       沸腾床加氢工艺优势是原料适应性广,既可加氢处理各种劣质煤焦油,也能处理金属Ni+V含量在150~800ppm的劣质原油、油砂沥青油、页岩油甚至溶剂抽提脱油沥青等。可以解决固定床加氢技术在处理高金属含量、高沥青质、高胶质原料时,存在催化剂失活快、易结焦、床层压力降增长快、装置运行周期短、原料适应范围相对较窄等弊端。且沸腾床加氢技术转化率高、轻油收率高,加工中低温煤焦油时目标产品1#煤基氢化油和2#煤基氢化油收率>90%,催化剂能够在线置换,整个装置连续运转周期超过2年,从而能降低企业运营成本,提升经济效益。

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       同时,沸腾床加氢技术可以解决煤焦油固定床加氢过程放热量大、易产生飞温现象、床层局部热点严重、反应器压降大等问题,国内首套煤焦油沸腾床加氢技术应用是河北新启元能源技术开发有限公司2015年7月投产的15万吨/年煤焦油沸腾床加氢装置。新疆天雨煤化集团有限公司2020年9月投产的30万吨/年煤焦油沸腾床加氢装置,整个沸腾床反应器床层温度均匀维持在380~410℃,且床层径向和轴向温差均小于3~5℃,催化剂整体活性较高、利用率高、空速较小,反应器体积较其他加氢技术中反应器均要小。
 
       沸腾床加氢技术自上世纪80年代至今,在国内外已经有很成熟的工业应用,之前主要是应用在渣油加氢领域。国内将沸腾床加氢技术应用于全馏分煤焦油加氢的是河北新启元能源技术开发有限公司2015年7月投产的15万吨/年煤焦油沸腾床加氢装置,连续稳定运行至今。该装置采用上海新佑能源科技有限公司的NUEUU®专利沸腾床加氢技术,并在2016年9月通过了中国和石油化学工业联合会组织的专家鉴定,该技术工艺先进,创新性强,加工全馏分中低温煤焦油,产品脱氮率>85%,脱硫率>90%,金属脱除率>94%,胶质脱除率>92%,沥青质脱除率>97%。
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       采用NUEUU®专利沸腾床加氢技术的已投产装置还包括河北英拓科技有限公司2018年9月投产的20万吨/年煤焦油加氢装置,河北新启元能源技术开发有限公司2019年投产的二期30万吨/年煤焦油沸腾床加氢改造装置,新疆信汇峡清洁能源有限公司2019年12月投产的60万吨/年煤焦油加氢装置和新疆天雨煤化集团有限公司2020年下半年顺利投产的30万吨/年煤焦油沸腾床加氢装置。

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