第4章煤焦油加工技术详解

• 煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭 味的黑色或黑褐色粘稠状液体,简称焦油。
• 煤焦油是炼焦化工的大宗产品,煤焦油的加 工利用开创了近代有机化学工业的历史。
• 50 年代,鞍山钢铁公司建成两塔式方箱型管式炉常压连续蒸 馏装置;
• 在本溪钢铁公司、包头钢铁公司、武汉钢铁公司、上海焦 化有限公司和南京梅山钢铁公司等地,也陆续建成一塔式或 两塔式常压连续蒸馏装置;
4.2 煤焦油的组成
• 煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的液态产物。 – 干馏温度在450~600℃可以得到低温焦油； – 干馏温度在700~900℃得到中温焦油； – 高温焦油的干馏温度在1000℃左右。
• 煤焦油中所含物质上万种,已探明的有500多种,
– 中性组分174种种(如苯、甲苯、二甲苯、萘、苊、蒽、芴和芘 等) ；
• 澳大利亚Koppers 公司专门在世界各地建设硬沥青装置, 并将硬沥青加工成各种电极、各种耐火材料的粘结剂,从 而提高沥青的附加值。
• 国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青 等七八种产品,而且各厂的产品质量和数量都基本类似,没 有属于本企业的拳头产品。
• 中国大中型煤焦油加工企业基本上都采用40～50 年 代的一次汽化、逐步冷却分离、管式炉加热的连续 蒸馏工艺。
第四章 焦油加工技术
周安宁 西安科技大学化学与化工学院
4.1 前言
• 资源分布：
– 世界煤炭资源中，在总量约1.14万亿吨的炼焦煤资 源中，肥煤、焦煤和瘦煤约占1/2，其经济可采储量 约3500-4000亿吨，其中低灰、低硫的优质炼焦煤 资源大约仅有600亿吨。
– 世界炼焦煤资源中， 约有1/2分布在亚洲地区，1/4 分布在北美洲地区。其余1/4则分散在世界其他地区。 中国炼焦煤资源量约占世界炼焦煤总资源量的13%， 可采储量约占16.5%
• 第三种模式的代表有日本三菱株式会社、美国的 Rilly 公司、澳大利亚Koppers 公司，都在煤焦油 沥青加工上有特色的产品。

• 日本三菱公司利用沥青加工的针状焦、浸渍沥青、碳纤维 等都是附加值非常高的产品,基本独占国际市场,很少有竞 争对手;
• 美国Rilly 公司有专门配方的沥青产品,配制的路面油、 沥青漆和屋面防漏剂等产品接近20 多个品级,可以满足各 种市场的要求。
– 酸性组分63种(如酚、甲酚和二甲酚等)； – 碱性组分113种(如吡啶、吲哚、喹啉和异喹啉等)
• 能够提取或配制的产品,到目前为止大约200 多种。
煤焦油属重质油类， 其特点是密度高（ 约1.2g/cm3），C/H 原子比高（ 约1.4），
沸点高（ 轻馏分少，蒸馏残渣50%以上），组分多，种类多和易结焦等
• 炼焦工艺
• 无回收焦炉
–开发思想：针对传统的焦炉煤气处理及回收装置环保 控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在21 世纪80年 代后期相继推出了新设计的无回收焦炉，将废热用于 生产蒸汽和发电。
–优点：
• 炼焦工艺流程简单，设计和基建投资费用低；
• 取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环保有所 改善;
• 负压操作，避免了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平 ，废热得到利用送去发电。
–产业化：美国、澳大利亚、中国等。
• 煤焦油的加工
• 焦炭生产过程中4 %左右的煤焦油； • 石油价格的不断攀升,使得煤焦油越来越体
现出其在化工产品中的价值,国内许多焦化 厂、煤矿企业都在想办法如何发挥煤焦油 加工产品的附加值;
• 大型装置的能耗一般为121～134 kJ / t 焦油,小型装 置的能耗普遍高达300 kJ / t 焦油以上。
– 中国山西省炼焦煤资源最多，占全国 炼焦煤储 量649亿多吨的51.3%。
– 其他各省可采储量均不到60亿吨。炼焦煤储量 占全国第二、三、四、五、六位的分别是安徽 省54.32亿吨、贵州省39. 14亿吨、山东省 29.15亿吨、河北省27.61亿吨和黑龙江省 25.68亿吨。
– 炼焦煤储量超过20亿吨的还有河南省和内蒙古 自治区。
• 据中国煤田地质总局组织的第三次煤田预测 结果， 在已发现的炼焦煤资源量中， 气煤 占46.9%， 肥煤、焦煤、瘦煤分别13.6%、 24.3%、15.1%
• 山西省炼焦煤资源量中气煤的资源量占 48.6%，肥煤、焦煤、瘦煤的资源量分别占 10.9%、20.9%、19.6%。
• 张世奎（2005）曾明确提出炼焦用煤的主力 煤种肥煤、焦煤和瘦煤等三煤种为稀缺煤种 ， 它们的资源量分别只有373 亿t、695亿t 和445 亿t。
煤焦油的组成结构
通常将煤焦油分成几个族类，即烃类化合物、含 氧化合物、含氮化合物、合硫化合物及不饱和化合物 来进行研究。
吲哚
咔唑
苯并咔唑
4.3 国外煤焦油加工厂提取产品的方式
• 一是全方位多品种,包括提纯和配制各种市 场需求不同规格、不同等级的产品。可以 根据市场要求,在同一装置上,改变不同的操 作参数,在不同的时期生产不同级别的产品, 达到同种装置的多功能性;
• 1985 年,上海焦化有限公司建成了煤焦油减压连续蒸馏、萘 区域熔融精制和沥青延迟焦化装置；
• 国外,焦油加工先进发达国家,如日本、德国、法国、俄罗斯 等其焦油单套蒸馏装置的能力都在10～50万t/ a ；
• 国内单套焦油蒸馏的能力分别有0.6 万t/ a 、1.2 万t/ a 、 3 万t/ a 、5 万t/ a 、7.5 万t/ a 、10 万t/ a和15 万t/ a 各种规 模, 3 万t/ a 以上规模均为连续蒸馏装置,小于3 万t/ a 的规模 都是间歇蒸馏装置。
• 二是在煤焦油加工产品的基础上,发展向精 细化工、染料、医药等方面延伸的深加工 产品;
• 三是重点加工沥青类产品。
• 第一种模式的代表是德国吕特格公司，从焦油中分 离、配制的产品有220 多种。萘有4 个级别，树脂 有5 个级别，蒽有7 个级别，沥青粘结剂及浸渍料 有20 个级别;
• 第二种模式的代表是日本的住金化学，仅对煤焦油 中纯化合物进行提纯或延伸，试制和生产的产品有 180 种。如酚类衍生物有21 种；喹啉及衍生物有 32 种；萘衍生物有60 种;