煤焦油減壓深拔的技術(shù)分析

常偉先

(勝幫科技股份有限公司，上海 201210)

煤焦油是煤在干餾或氣化過程中的副產(chǎn)物，黑色或黑褐色、粘稠狀液體，具有刺激性臭味，主要由上萬種芳香族化合物組成，根據(jù)干餾溫度和方法的不同可得到以下幾種煤焦油：低溫煤焦油(450～650℃)、中低溫煤焦油(600～800℃)、中溫煤焦油(700～900℃)、高溫煤焦油(900～1000℃)。目前，國內(nèi)采用煤焦油加氫生產(chǎn)燃料油的企業(yè)越來越多，這些企業(yè)大多采用煤焦油蒸餾切除瀝青，然后將切除瀝青的餾分去固定床加氫生產(chǎn)燃料油。高溫煤焦油瀝青收率大約在55%～50%，中低溫煤焦油瀝青收率大約在25%～20%，由于瀝青的市場價格低，影響到企業(yè)的效益。原油減壓深拔技術(shù)在煉油行業(yè)非常成熟，煤焦油與原油具有相似性，均是烴類混合物，本文擬對該技術(shù)應(yīng)用于煤焦油蒸餾，降低瀝青收率的可行性和存在的問題進行分析和研究。

1 煤焦油深拔的餾分油收率

原油常減壓蒸餾裝置，國外減壓渣油深拔切割點起點為565.6℃，高者達到620℃，當前國內(nèi)統(tǒng)一認為的深拔切割點已提高至560℃[1]。目前，國內(nèi)的煤焦油加氫企業(yè)，煤焦油餾分油切割點溫度偏低，高溫煤焦油的切割點小于400℃，中低溫煤焦油的切割點小于460℃。表1為常見的幾種煤焦油性質(zhì)，結(jié)果顯示大于500℃餾分，中低溫煤焦油小于10%，高溫煤焦油小于30%。根據(jù)原油減壓深拔技術(shù)的切割點，從煤焦油的性質(zhì)推斷，通過采用減壓深拔技術(shù)，理論上可以將高溫煤焦油瀝青收率降低到30%以下，中低溫煤焦油瀝青收率降低到10%以下。

表1 幾種中低溫煤焦油性質(zhì)[2]

2 煤焦油減壓蒸餾的工藝方案

一爐一塔方案，原料煤焦油經(jīng)換熱后進入閃蒸罐，閃蒸罐頂部氣相去減壓塔或冷凝后去油水分離罐脫除大部分水分，底部脫水煤焦油去減壓爐加熱，然后去減壓塔，減壓塔頂部脫除煤焦油中的水分，中部采出餾分油，底部采出煤瀝青。

一爐兩塔方案，原料煤焦油經(jīng)換熱后進入常壓塔，常壓塔頂部脫除水分，常壓塔底油經(jīng)減壓爐加熱后去減壓塔，減壓塔頂部和中部采出餾分油，底部采出煤瀝青。

兩爐兩塔方案，原料煤焦油經(jīng)換熱后進入閃蒸罐，閃蒸罐頂部氣相去常壓塔，底部脫水煤焦油去常壓加熱爐加熱后進入常壓塔，常壓塔頂部脫除水分，中部采出輕餾分油，常壓塔底油經(jīng)減壓爐加熱后去減壓塔，減壓塔頂部和中部采出重餾分油，底部采出煤瀝青。

這幾種工藝方案，都可以滿足煤焦油深拔的要求，具體選擇時要根據(jù)煤焦油原料的性質(zhì)、原料加工量，通過投資和能耗綜合平衡選擇合理的加工方案。

一爐一塔方案：優(yōu)點是流程簡單，投資少，能耗較低。缺點是對煤焦油的含水量及原料性質(zhì)穩(wěn)定要求高，抗干擾能力差，原料性質(zhì)的不穩(wěn)定影響減壓塔的操作；水進入減壓塔后，減壓塔頂不宜采用較高的真空度，影響減壓餾分油拔出率；水的存在，增大了減壓爐的負荷，容易引起爐管、減壓系統(tǒng)設(shè)備和管道的腐蝕。采用帶閃蒸罐的一爐一塔方案，可以緩解水對減壓爐的影響，閃蒸氣如果進入減壓塔，原料性質(zhì)波動同樣會影響減壓塔的操作；閃蒸氣如果不進入減壓塔，閃蒸氣攜帶的重組分影響油水的分離。該方案適合中高溫煤焦油原料、加工量較小的裝置。

兩爐兩塔方案：優(yōu)點是能耗低，抗干擾能力好。缺點是：流程較長，投資較大。該方案適合中低溫煤焦油原料、加工量較大的裝置。

一爐兩塔方案：投資比較適中，可以滿足減壓塔較高的拔出率和操作穩(wěn)定性。

3 減壓深拔需要選擇和解決的工藝問題

3.1 “濕式”和“干式”減壓蒸餾工藝

煤焦油減壓蒸餾工藝分為“濕式”和“干式”。“濕式”工藝向塔底和加熱爐管內(nèi)注入水蒸汽，提高爐管內(nèi)油品流速，降低爐管和塔內(nèi)油氣分壓，提高拔出率。該工藝塔頂冷卻負荷大，產(chǎn)生了較多的含酚含油污水。該工藝由于有水蒸汽的存在，塔頂壓力不能低于水蒸汽的飽和蒸氣壓，水30℃的飽和蒸氣壓為4.2kPa，為了保證塔頂氣相中的水汽冷凝，降低抽真空設(shè)備負荷，塔頂壓力一般為5.3～15kPa，較高的塔頂壓力不利于拔出率的提高。

“干式”工藝減壓塔塔底、爐管內(nèi)不注入蒸汽，煤焦油中的水不進入減壓塔脫除。減壓塔采用高效規(guī)整填料，全塔壓降低，塔頂采用三級抽真空，塔的閃蒸段一般在2～3.3kPa和較低的溫度下操作。采用該工藝加工能耗低，難處理的含酚廢水量少，工藝性能優(yōu)于目前大多數(shù)煤焦油加氫企業(yè)采用的“濕式”減壓蒸餾煤焦油預(yù)處理工藝。

3.2 減壓塔的抽真空系統(tǒng)和抽空設(shè)備

減壓塔的抽真空系統(tǒng)有兩種工藝方案。抽空設(shè)備前設(shè)預(yù)冷器，如圖1，來自減壓塔頂?shù)牟荒龤?、水蒸汽及少量油氣首先進入冷凝器，水蒸汽和油氣冷凝冷卻后進入凝液罐中，沒有冷凝的不凝氣進入抽空設(shè)備。抽空設(shè)備前不設(shè)預(yù)冷器，如圖2，來自減壓塔頂?shù)牟荒龤?、水蒸汽及少量油氣不?jīng)冷凝，直接進入抽空設(shè)備。 “濕式”工藝采用圖1的工藝流程，大量油氣、水蒸汽需要先冷凝下來，目的是降低抽真空設(shè)備負荷；“干式”工藝采用圖2的工藝流程，塔內(nèi)水蒸汽量較少，可以通過降低塔頂溫度，控制抽真空設(shè)備負荷。

圖1 設(shè)預(yù)冷凝器的減壓塔真空系統(tǒng)

圖2 不設(shè)預(yù)冷凝器的減壓塔真空系統(tǒng)

要實現(xiàn)煤焦油減壓深拔，抽真空設(shè)備的選擇也非常關(guān)鍵。通常減壓塔頂抽真空系統(tǒng)為蒸汽抽真空系統(tǒng)，采用三級蒸汽抽空器工藝可以實現(xiàn)塔頂壓力為1～2kPa。蒸汽噴射泵沒有運行部件，具有維護工作量小、可靠性高、抽氣量大等優(yōu)點，但其缺點在于效率低，能耗高且易受蒸汽壓力波動影響，特別是如果用于煤焦油減壓深拔抽真空系統(tǒng)，由于煤焦油中含有多種酚類，水蒸氣冷凝后形成大量的含酚污水，處理含酚污水的難度大、費用高，勢必影響到企業(yè)的生產(chǎn)成本。近年來，機械抽真空技術(shù)逐漸應(yīng)用于常減壓蒸餾裝置上，其中許多常減壓蒸餾裝置利用羅茨真空泵和液環(huán)真空泵串聯(lián)組合工藝替代蒸汽抽真空，達到了降低裝置蒸汽消耗、減少污水排放、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的，節(jié)能減排效果明顯。事實證明羅茨真空泵+液環(huán)真空泵組合機械抽真空工藝完全替代蒸汽抽真空是可行的[3]。

3.3 油水分離

煤焦油中含水3%左右，而煤焦油加氫原料對含水有一定要求，因此，為煤焦油加氫提供原料的煤焦油蒸餾要脫除煤焦油中的水分。煤焦油比重與水接近，煤焦油還含有苯酚、甲酚等，上述原因造成煤焦油脫水塔頂油水分離罐分水難度大，設(shè)計時除了增大油水分離罐體積，使油水分離時間滿足30～60min，還可以采用如圖3的流程。圖3中油經(jīng)過兩次分水，使油水分離時間增長，實踐表明油水可以實現(xiàn)分離，同時防范了回流帶水引起沖塔的風險。

圖3 兩級油水分離示意流程圖

3.4 預(yù)防減壓爐管結(jié)焦

煤焦油減壓深拔，預(yù)防加熱爐管結(jié)焦是保證裝置長周期運行的關(guān)鍵。首先，選擇適宜的加熱爐出口溫度。煤焦油加工行業(yè)加熱爐出口溫度一般控制在(405±5)℃[4]，煉油行業(yè)油品在爐子內(nèi)不發(fā)生分解時控制加熱爐出口溫度<395℃[5]。因此，煤焦油減壓深拔時，加熱爐出口溫度宜控制在380～400℃范圍之內(nèi)。其次，可以采用爐管逐級擴徑技術(shù)，大直徑低速轉(zhuǎn)油線技術(shù)，100%減壓爐管吸收轉(zhuǎn)油線熱膨脹技術(shù)降低轉(zhuǎn)油線壓降，優(yōu)化油品在爐管內(nèi)的流型，控制爐管內(nèi)油品的油膜溫度，減少油品在爐內(nèi)的停留時間等措施預(yù)防爐管結(jié)焦。

3.5 減壓塔底瀝青管道防堵塞

煤焦油瀝青的性質(zhì)與煉油減壓渣油性質(zhì)有較大區(qū)別，沒有實施減壓深拔的煤焦油減壓預(yù)處理裝置，減壓塔底的瀝青軟化點為90℃左右，塔底瀝青管線采用1.0MPa蒸汽夾套伴熱。使用減壓深拔工藝后，塔底瀝青的軟化點將大于120℃，如果利用1．0MPa 蒸汽夾套伴熱存在管道堵塞的風險，預(yù)防瀝青管道堵 塞的辦法是采用較高溫度的導(dǎo)熱油伴熱或3． 5MPa 蒸汽夾套 伴熱。

塔底瀝青管道堵塞的另一個原因是減壓爐管結(jié)焦后，焦塊進入減壓塔，進而堵塞瀝青管道，預(yù)防此種情況的瀝青管道堵塞風險，首先是預(yù)防爐管結(jié)焦，其次可采用在減壓塔底部設(shè)置過濾網(wǎng)的方法，預(yù)防焦塊進入瀝青管道。

4 結(jié)語

減壓深拔技術(shù)是煉油行業(yè)成熟的技術(shù)，現(xiàn)有煤焦油餾分油加氫企業(yè)可以采用該技術(shù)對裝置進行改造，新建企業(yè)可以在設(shè)計時就選用該技術(shù)。在使用該技術(shù)時，可以根據(jù)原料性質(zhì)和加工量，選擇合理的加工工藝方案，選用“干式”減壓蒸餾工藝，抽真空系統(tǒng)采用機械抽真空，油水分離采用兩次分水，減壓加熱爐爐管采用逐級擴徑，瀝青管道采用導(dǎo)熱油伴熱。煤焦油減壓深拔技術(shù)與傳統(tǒng)的減壓蒸餾相比，煤焦油餾分油收率高10%，瀝青收率低10%，含酚污水排放少，蒸汽消耗少，裝置能耗低，每年能為企業(yè)帶來可觀的收益。