煤焦油减压深拔的技术分析

常伟先

(胜帮科技股份有限公司，上海 201210)

煤焦油是煤在干馏或气化过程中的副产物，黑色或黑褐色、粘稠状液体，具有刺激性臭味，主要由上万种芳香族化合物组成，根据干馏温度和方法的不同可得到以下几种煤焦油：低温煤焦油(450～650℃)、中低温煤焦油(600～800℃)、中温煤焦油(700～900℃)、高温煤焦油(900～1000℃)。目前，国内采用煤焦油加氢生产燃料油的企业越来越多，这些企业大多采用煤焦油蒸馏切除沥青，然后将切除沥青的馏分去固定床加氢生产燃料油。高温煤焦油沥青收率大约在55%～50%，中低温煤焦油沥青收率大约在25%～20%，由于沥青的市场价格低，影响到企业的效益。原油减压深拔技术在炼油行业非常成熟，煤焦油与原油具有相似性，均是烃类混合物，本文拟对该技术应用于煤焦油蒸馏，降低沥青收率的可行性和存在的问题进行分析和研究。

1 煤焦油深拔的馏分油收率

原油常减压蒸馏装置，国外减压渣油深拔切割点起点为565.6℃，高者达到620℃，当前国内统一认为的深拔切割点已提高至560℃[1]。目前，国内的煤焦油加氢企业，煤焦油馏分油切割点温度偏低，高温煤焦油的切割点小于400℃，中低温煤焦油的切割点小于460℃。表1为常见的几种煤焦油性质，结果显示大于500℃馏分，中低温煤焦油小于10%，高温煤焦油小于30%。根据原油减压深拔技术的切割点，从煤焦油的性质推断，通过采用减压深拔技术，理论上可以将高温煤焦油沥青收率降低到30%以下，中低温煤焦油沥青收率降低到10%以下。

表1 几种中低温煤焦油性质[2]

2 煤焦油减压蒸馏的工艺方案

一炉一塔方案，原料煤焦油经换热后进入闪蒸罐，闪蒸罐顶部气相去减压塔或冷凝后去油水分离罐脱除大部分水分，底部脱水煤焦油去减压炉加热，然后去减压塔，减压塔顶部脱除煤焦油中的水分，中部采出馏分油，底部采出煤沥青。

一炉两塔方案，原料煤焦油经换热后进入常压塔，常压塔顶部脱除水分，常压塔底油经减压炉加热后去减压塔，减压塔顶部和中部采出馏分油，底部采出煤沥青。

两炉两塔方案，原料煤焦油经换热后进入闪蒸罐，闪蒸罐顶部气相去常压塔，底部脱水煤焦油去常压加热炉加热后进入常压塔，常压塔顶部脱除水分，中部采出轻馏分油，常压塔底油经减压炉加热后去减压塔，减压塔顶部和中部采出重馏分油，底部采出煤沥青。

这几种工艺方案，都可以满足煤焦油深拔的要求，具体选择时要根据煤焦油原料的性质、原料加工量，通过投资和能耗综合平衡选择合理的加工方案。

一炉一塔方案：优点是流程简单，投资少，能耗较低。缺点是对煤焦油的含水量及原料性质稳定要求高，抗干扰能力差，原料性质的不稳定影响减压塔的操作；水进入减压塔后，减压塔顶不宜采用较高的真空度，影响减压馏分油拔出率；水的存在，增大了减压炉的负荷，容易引起炉管、减压系统设备和管道的腐蚀。采用带闪蒸罐的一炉一塔方案，可以缓解水对减压炉的影响，闪蒸气如果进入减压塔，原料性质波动同样会影响减压塔的操作；闪蒸气如果不进入减压塔，闪蒸气携带的重组分影响油水的分离。该方案适合中高温煤焦油原料、加工量较小的装置。

两炉两塔方案：优点是能耗低，抗干扰能力好。缺点是：流程较长，投资较大。该方案适合中低温煤焦油原料、加工量较大的装置。

一炉两塔方案：投资比较适中，可以满足减压塔较高的拔出率和操作稳定性。

3 减压深拔需要选择和解决的工艺问题

3.1 “湿式”和“干式”减压蒸馏工艺

煤焦油减压蒸馏工艺分为“湿式”和“干式”。“湿式”工艺向塔底和加热炉管内注入水蒸汽，提高炉管内油品流速，降低炉管和塔内油气分压，提高拔出率。该工艺塔顶冷却负荷大，产生了较多的含酚含油污水。该工艺由于有水蒸汽的存在，塔顶压力不能低于水蒸汽的饱和蒸气压，水30℃的饱和蒸气压为4.2kPa，为了保证塔顶气相中的水汽冷凝，降低抽真空设备负荷，塔顶压力一般为5.3～15kPa，较高的塔顶压力不利于拔出率的提高。

“干式”工艺减压塔塔底、炉管内不注入蒸汽，煤焦油中的水不进入减压塔脱除。减压塔采用高效规整填料，全塔压降低，塔顶采用三级抽真空，塔的闪蒸段一般在2～3.3kPa和较低的温度下操作。采用该工艺加工能耗低，难处理的含酚废水量少，工艺性能优于目前大多数煤焦油加氢企业采用的“湿式”减压蒸馏煤焦油预处理工艺。

3.2 减压塔的抽真空系统和抽空设备

减压塔的抽真空系统有两种工艺方案。抽空设备前设预冷器，如图1，来自减压塔顶的不凝气、水蒸汽及少量油气首先进入冷凝器，水蒸汽和油气冷凝冷却后进入凝液罐中，没有冷凝的不凝气进入抽空设备。抽空设备前不设预冷器，如图2，来自减压塔顶的不凝气、水蒸汽及少量油气不经冷凝，直接进入抽空设备。 “湿式”工艺采用图1的工艺流程，大量油气、水蒸汽需要先冷凝下来，目的是降低抽真空设备负荷；“干式”工艺采用图2的工艺流程，塔内水蒸汽量较少，可以通过降低塔顶温度，控制抽真空设备负荷。

图1 设预冷凝器的减压塔真空系统

图2 不设预冷凝器的减压塔真空系统

要实现煤焦油减压深拔，抽真空设备的选择也非常关键。通常减压塔顶抽真空系统为蒸汽抽真空系统，采用三级蒸汽抽空器工艺可以实现塔顶压力为1～2kPa。蒸汽喷射泵没有运行部件，具有维护工作量小、可靠性高、抽气量大等优点，但其缺点在于效率低，能耗高且易受蒸汽压力波动影响，特别是如果用于煤焦油减压深拔抽真空系统，由于煤焦油中含有多种酚类，水蒸气冷凝后形成大量的含酚污水，处理含酚污水的难度大、费用高，势必影响到企业的生产成本。近年来，机械抽真空技术逐渐应用于常减压蒸馏装置上，其中许多常减压蒸馏装置利用罗茨真空泵和液环真空泵串联组合工艺替代蒸汽抽真空，达到了降低装置蒸汽消耗、减少污水排放、节约生产成本的目的，节能减排效果明显。事实证明罗茨真空泵+液环真空泵组合机械抽真空工艺完全替代蒸汽抽真空是可行的[3]。

3.3 油水分离

煤焦油中含水3%左右，而煤焦油加氢原料对含水有一定要求，因此，为煤焦油加氢提供原料的煤焦油蒸馏要脱除煤焦油中的水分。煤焦油比重与水接近，煤焦油还含有苯酚、甲酚等，上述原因造成煤焦油脱水塔顶油水分离罐分水难度大，设计时除了增大油水分离罐体积，使油水分离时间满足30～60min，还可以采用如图3的流程。图3中油经过两次分水，使油水分离时间增长，实践表明油水可以实现分离，同时防范了回流带水引起冲塔的风险。

图3 两级油水分离示意流程图

3.4 预防减压炉管结焦

煤焦油减压深拔，预防加热炉管结焦是保证装置长周期运行的关键。首先，选择适宜的加热炉出口温度。煤焦油加工行业加热炉出口温度一般控制在(405±5)℃[4]，炼油行业油品在炉子内不发生分解时控制加热炉出口温度<395℃[5]。因此，煤焦油减压深拔时，加热炉出口温度宜控制在380～400℃范围之内。其次，可以采用炉管逐级扩径技术，大直径低速转油线技术，100%减压炉管吸收转油线热膨胀技术降低转油线压降，优化油品在炉管内的流型，控制炉管内油品的油膜温度，减少油品在炉内的停留时间等措施预防炉管结焦。

3.5 减压塔底沥青管道防堵塞

煤焦油沥青的性质与炼油减压渣油性质有较大区别，没有实施减压深拔的煤焦油减压预处理装置，减压塔底的沥青软化点为90℃左右，塔底沥青管线采用1.0MPa蒸汽夹套伴热。使用减压深拔工艺后，塔底沥青的软化点将大于120℃，如果利用1．0MPa 蒸汽夹套伴热存在管道堵塞的风险，预防沥青管道堵 塞的办法是采用较高温度的导热油伴热或3． 5MPa 蒸汽夹套 伴热。

塔底沥青管道堵塞的另一个原因是减压炉管结焦后，焦块进入减压塔，进而堵塞沥青管道，预防此种情况的沥青管道堵塞风险，首先是预防炉管结焦，其次可采用在减压塔底部设置过滤网的方法，预防焦块进入沥青管道。

4 结语

减压深拔技术是炼油行业成熟的技术，现有煤焦油馏分油加氢企业可以采用该技术对装置进行改造，新建企业可以在设计时就选用该技术。在使用该技术时，可以根据原料性质和加工量，选择合理的加工工艺方案，选用“干式”减压蒸馏工艺，抽真空系统采用机械抽真空，油水分离采用两次分水，减压加热炉炉管采用逐级扩径，沥青管道采用导热油伴热。煤焦油减压深拔技术与传统的减压蒸馏相比，煤焦油馏分油收率高10%，沥青收率低10%，含酚污水排放少，蒸汽消耗少，装置能耗低，每年能为企业带来可观的收益。