加氢尾油在中低温煤焦油萃取中的应用

许建云，周青龙，张秀星(鄯善万顺发新能源科技有限公司，新疆 吐鲁番 838000)

0 引言

目前，煤焦油加氢行业日益成熟，很多工业化装置都已投产[1]，但煤焦油的预处理存在较大难度。胶质、沥青质、机械杂质以及金属灰分难以脱除干净，使后续煤焦油加氢催化剂出现中毒失活现象，需要提前更换催化剂，造成巨大的经济损失。

工业规模化运用的煤焦油预处理工艺有减压蒸馏预处理法、延迟焦化法预处理法和电脱盐脱水预处理法三种[2]。传统减压蒸馏法作为煤焦油分离精制的主要手段，应用最为广泛，减压蒸馏法通过原料过滤和减压蒸馏脱沥青，蒸馏后沥青产量大，不易利用，原料油回收率为70%～80%，且能耗较高，经济效益差。延迟焦化预处理采用煤焦油全馏分进料或重组分进料，经过热裂化反应，生成轻馏分油和焦炭，再将轻馏分油用于加氢生产石脑油和柴油产品，生产工艺较复杂，部分煤焦油转化为焦炭，没有得到充分利用。电脱盐脱水预处理工艺将稳定的乳化液体系统破坏掉，使水微滴聚集长大，达到油水分离的目的，同时将溶于水的盐类物质脱除，但胶质和沥青质等高沸点组分未脱除，容易使后续加氢工艺换热器结焦、反应器催化剂结焦提前失效。

近年来，萃取法预处理技术开始受到重视。萃取法可以脱除煤焦油中的大部分灰分、水分、残炭及含氧化合物等杂质，有效保留其轻、重组分，具有煤焦油利用率高、工艺简单、能耗低、容易实现等优点。衍生出溶剂萃取、超临界流体萃取、萃取结晶等多种新技术，孙鸣等用石油醚进行超声波和索式萃取，对中低温煤焦油萃取分离 ，姚婷等对淮南中温煤焦油用PE/丙酮和石油醚、甲醇、乙醇分别萃取，并用GC-MS分析分离后的产物成分；李宇等用N, N二甲基亚砜，甲苯-正庚烷混合溶剂对煤焦油全馏分进行萃取，以上技术存在工业试剂成本高，萃取后的煤焦油中的萃取剂再生，未脱除的萃取剂影响加氢催化剂活性等问题。

加氢尾油是煤焦油加氢工艺副产品，价格低，生产过程中可以作为循环油使用。为此，本研究采用对比实验法，找出最适用于新疆哈密地区中低温煤焦油的加氢尾油作为萃取剂，具有来源方便，不需要进行反萃取回收萃取剂等特点。实验结果表明，密度为850～880 kg/m3的加氢尾油，可与水和胶质重组分产生密度差，从而方便分离。本研究体系安全环保，工艺简单，经济适用，易于工业化实现。

1 基本原理

对于煤焦油残炭(电炉法)主要为煤焦油中大于520 ℃的重馏分，包括沥青质和胶质组分，以及所有的金属盐、灰分、机械杂质。通过残炭研究可以确定煤焦油预处理产品是否能达到加氢工段的进料要求。由于煤焦油中的胶质、沥青质多数含极性基团，当用加氢尾油萃取时，加氢尾油为非极性物质，煤焦油中含有的氮、硫、氧等极性官能团都被氢取代。煤焦油中的非极性烃类物质可以与加氢尾油相似相溶，胶质、沥青质等组分由于极性不同被分离出来。煤焦油与加氢尾油的萃取相跟萃余相和少量水分由于密度、黏度差异可通过物理沉降等方式分离。

2 操作流程

根据项目实际情况选取合适的萃取剂，对煤焦油中的胶质和残炭进行萃取分离。

2.1 萃取剂选择

主体原材料来源于新疆哈密某厂中低温煤焦油，作为萃取剂的加氢尾油来源于新疆鄯善万顺发新能源科技有限公司产品。为便于比较分析，选取的萃取剂分别为加氢尾油、重芳烃和酚油。煤焦油与萃取剂的性能指标数据如表1所示。

表1 煤焦油样品与三种萃取剂的性质数据

称取126 g煤焦油三份，分别加入加氢尾油、重芳烃、酚油各54 g，2 mL表面活性剂制成样品，置于水浴锅中72 ℃恒温保持30 min，再用漩涡振荡器将样品震荡摇匀，震荡时间为20 min，震荡结束后继续将样品放入水浴锅中静置2 h分层，最后取上层萃取液测定残炭数据，取底部残渣测定灰分。三种萃取剂的萃取结果如表2所示。

表2 三种萃取剂的萃取结果比较

从上表可以看出，采用加氢尾油作萃取剂，煤焦油与萃取液的混合物残炭含量最低，萃取效果最好。采用重芳烃作萃取剂，萃取效果次之。采用酚油作萃取剂，由于酚油来源于煤焦油蒸馏产品，未经过加氢工艺，与煤焦油完全互溶，杂质不能分离，萃取效果最差。

2.2 萃取剂用量对萃取结果的影响

以煤焦油样品2作原材料(煤焦油样品2性质如表3所示)，采用同样规格的加氢尾油添加相同比例表面活性剂为萃取剂。加氢尾油萃取剂的加入量分别为10%、15%、20%、25%、30%和50%时，经过同样的恒温保持、震荡摇匀和静置分层流程后，进行萃取数据测定，萃取剂加氢尾油用量10%、20%、30%、40%、50%、60%，萃取后上清液残炭分别为：2.99%、2.19%、2.24%、1.4%、0.27%、0.27%。以此说明萃取剂加氢尾油用量10%、20%、30%时底部仅有少量残渣，而到40%、50%、60%时候，底部残渣状态依次出现残渣明显分层但较少、残渣明显分层、残渣明显分层 。

由此数据分析可见，当加氢尾油萃取剂的用量从50% 递增至60% 时，残炭含量明显降低；当加氢尾油用量从10% 递增至40%时，残炭含量随萃取剂增加而降低；当加氢尾油用量达到30%后，萃取液中的残炭值降至极小值，即可明显分离出煤焦油中的沥青质和胶质组分。

2.3 萃取温度对萃取结果的影响

以煤焦油样品3作实验原材料(煤焦油样品3性质如表3所示)，采用同样规格的加氢尾油添加相同比例表面活性剂为萃取剂。选取萃取剂加入量为30%，设定70 ℃、80 ℃、85 ℃和90 ℃四种萃取温度，经过同样的恒温保持、震荡摇匀、静置分层实验流程后，进行萃取数据测定，四种温度条件下的萃取结果比较可见，70 ℃水浴对煤焦油萃取分离度效果最好，既能将胶质组分析出，又能实现异相分离。

表3 不同实验条件下的原材料与萃取剂性质对比表

由表3可见，中低温煤焦油萃取预处理方法，最合适的萃取剂为加氢尾油，其次为重芳烃，酚油没有萃取效果；最佳萃取剂用量比例为50%～60%，最佳萃取温度为70 ℃。

3 结语

本研究将加氢尾油用于中低温煤焦油萃取中，确定了最佳萃取剂用量比例和最佳萃取温度。由于加氢尾油是加氢进料循环油，萃取剂不需要再生，可直接作为循环油与处理后的煤焦油一同进入加氢装置。采用加氢尾油萃取煤焦油预处理方法，取代传统减压蒸馏预处理，既降低了能耗，减小了预处理脱沥青过程的结焦问题，又增加了可利用馏程范围，提高了煤焦油利用率，工艺简单，经济适用，易于工业化实现。