焦油蒸馏工艺.docx

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焦油蒸馏工艺

焦

油

蒸

馏

工

艺

FlyingYouth团队

目录

1.0焦油的主要组成及用途

2.0焦油发展现状

3.0现有焦油蒸馏工艺

4.0新开发的焦油蒸馏工艺

4.1工艺形成的背景

4.2工艺特点

4.3工艺流程

4.4焦油蒸馏所获馏分的洗涤技术

附图

焦油常压蒸馏工艺流程图

焦油常减压蒸馏工艺流程图

固定管板式换热器设备图

精馏塔设备图

吸收塔设备图

再沸器设备图

蒸发器设备图

1.0焦油的主要组成及用途

煤焦油为煤干馏过程中所得到的一种液体产物，高温干馏（即焦化）得到的焦油称为高温干馏煤焦油（简称高温煤焦油），低温干馏（见煤低温干馏）得到的焦油称为低温干馏煤焦油（简称低温煤焦油）。

两者的组成和性质不同，其加工利用方法各异。

高温煤焦油，黑色粘稠液体，相对密度大于1.0,含大量沥青,其他成分是芳烃及杂环有机化合物。

包含的化合物已被鉴定的达400余种。

工业上将煤焦油集中加工，有利于分离提取含量很少的化合物。

加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分，然后再进一步加工。

各馏分的加工采用结晶方法可得到萘、蒽等产品；用酸或碱萃取方法可得到含氮碱性杂环化合物（称焦油碱），或酸性酚类化合物（称焦油酸）。

焦油酸、焦油碱再进行蒸馏分离可分别得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。

这些化合物是染料、医药、香料、农药的重要原料。

煤焦油蒸馏所得的馏分油也可不经分离而直接利用，如沥青质可制电极焦、碳素纤维等各种重要产品，酚油可用于木材防腐，洗油用作从煤气中回收粗苯的吸收剂，轻油则并入粗苯一并处理。

低温煤焦油，也是黑色粘稠液体，其不同于高温煤焦油是相对密度通常小于1.0，芳烃含量少,烷烃含量大，其组成与原料煤质有关

低温干馏焦油是人造石油的重要来源之一，经高压加氢制得汽油、柴油等产品。

焦油蒸馏的各组分含量及用途：

煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其产量约占装炉煤的3%~4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用.焦油各馏分进一步加工，可分离出多种产品，目前提取的主要产品有：

（1）萘用来制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料。

油漆及医药等用。

（2）酚及其同系物生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等。

（3）蒽制蒽醌燃料、合成揉剂及油漆。

（4）菲是蒽的同分异构体，含量仅次于萘，有不少用途，由于产量大，还待进一步开发利用。

（5）咔唑是染料、塑料、农药的重要原料。

（6）沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物。

用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。

2.0焦油发展现状

煤焦油行业是一个比较传统的行业，尽管近30年来受到石油化工行业的激烈竞争，煤焦油行业仍然具有较大的发展潜力，尤其近几年来随着新材料和钢铁行业的发展，煤焦油资源的高效利用再度引起人们的重视。

随着我国经济的不断发展和对环境保护要求的日益提高，煤焦油的深加工成为一个亟待解决的课题。

从目前煤焦油行业的发展情况来看，国内的煤焦化行业正处在一次重要的整合变革时期，未来的煤焦油工业正向集中化、精细分离、深加工、新材料合成方向发展。

20世纪50年代我国从苏联引进了焦油加工装置，形成了5万t／a和10万t／a年焦油系列，至今还在发挥作用。

20世纪60—70年代，鞍山焦耐院自行设计开发了焦油加工系列，并自行开发了圆筒管式炉、焦油切取棍合馏份和连续工业萘蒸馏技术，使焦油加工技术有所发展。

但从20世纪的后30年中，除宝钢引进日本焦油加工技术外，我国焦油加工技术基本处于停滞不前的状态，没什么大的进展。

2005年山西宏特煤化工有限公司已形成了40万t／a焦油加工能力，成为当时我国工厂规模最大的煤焦油加工企业。

之后，国内的煤焦油加工业有了长足的发屉。

到2010年，我国煤焦油市场总产能约为1665．9万t，较2009年国内焦油产能增长42万t左右，其中2010年新增产能约为1454万t，淘汰产能为103．5万t，而根据焦化厂开工情况（实际产量：

产能x开工率），2010年全国煤焦油实际产量约为1366．9万t。

尽管我国在煤焦油加工方面取得了一些成绩，但与发达国家相比仍然存在科研力量薄弱、投入少，现有装置规模小、工艺落后且过于分散，深加工力度不够、严重污染环境等突出问题。

我国煤焦油加工率低、加工深度不够、产品品种太少、加工装置规模小、开发应用厂家投入不足等问题急需解决。

我国煤焦油加工同国外先进国家及先进技术相比，差距较大。

如德国大单套加工能力在75万t/年，从中提取的化工产品多达200余种，日本煤焦油最大的单套加工能力达70万t/年，产品近百种。

目前，我国焦油加工企业生产规模小，产品少，高附加值产品更少，国内从煤焦油加工中提取的主要化工产品仅有20余种。

目前我国的煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油萘油及改质沥青等．再经深工后制取苯酚、萘蒽等化工原料虽然产品数量较多但是相对于煤焦油中的500多种化合物来讲还是少得很业内人士介绍国内外煤焦油加工工艺大同小异煤焦油加工的主要研究方向是提高产品质量等级、增加产品品种节约能源和保护环境。

近几年我同煤焦油加工业迅速发展煤焦油下游产品应用领域不断拓宽人们越来越重视煤焦油加工的技术进展状况及发展方向。

3.0现有焦油蒸馏工艺

焦油蒸馏工艺就蒸馏塔的操作压力而言，可分为常压蒸馏、减压蒸馏和常减压蒸馏3类。

国内多采用常压、一塔式、切取两混或三混馏分的蒸馏工艺。

而引进的煤焦油蒸馏装置有如下特点：

采用连续脱水.脱轻油，馏分塔为减压操作，塔顶采出酚油、压力为13.3kPa，塔底为软化点为65℃的软沥青；采用方箱管式炉，出口焦油温度为330cC；余热利用好，其中，软沥青与焦油换热、各馏分采用蒸汽发生器产生0.3MPa的低压蒸汽；馏分塔塔顶的油汽采用空气冷凝冷却器，并为减压操作，可节能约15％一50％；减压抽出的尾气与分离酚水均送往管式炉焚烧；馏分塔材质选用抗腐蚀低碳合金钢。

日本、德国、法国、俄罗斯等国家的单套焦油蒸馏装置的能力都在10—50万t/a。

从理论上讲，能力越大，规模效益越好。

在资源有限的情况下，选择lO万t/a的加工装置能最大限度发挥产品的加工价值。

只有焦油收集量足够多的时候，才能建设5O万t/a焦油加工装置。

国内单套焦油蒸馏装置有0.6，1.2，3，5，1O，15万t/a各种规模。

3万t/a以上的规模均为连续蒸馏工艺，小于3万t/a的规模都是间歇蒸馏工艺。

出现不同加工规模的原因有：

①焦油加工厂自身焦油产量不同，按自产焦油建设相应的规模；②未作为一个产业来考虑焦油的加工，仅作为一个焦化厂的附带处理单元；③大规模焦油加工的技术水平不够；④环境保护和能量利用没有达到发达国家的重视程度国内外焦油蒸馏的工艺大同小异，都是脱水、分馏，但国外的工艺比国内要多样化。

国内的焦油蒸馏工艺与国外工艺相比较，差距并不大，只是适用的场合不同。

只要对国内工艺的设备、仪表控制、能量利用方面做一些改进工作，就能够变成先进和实用的工艺。

3.1常压蒸馏工艺

常压蒸馏是近年来国内普遍采用的焦油蒸馏工艺，原料焦油在管式炉对流段加热后进入一段蒸发洗油馏分也可作为三混油馏分一起采出。

馏分塔顶部用轻油回流，以控制塔顶温度。

为了降低蒸馏温度，二段蒸发器和馏分塔底部通入过热蒸汽。

常压蒸馏工艺的优点是：

①工艺流程短，控制简便，易于操作，在国内有很多成熟的生产经验；②对设备要求低于减压流程和常减压流程；③基建投资低，设备维护量较少。

缺点是常压蒸馏煤气耗量较高。

由于多个馏分的分离是在同1个塔内完成，蒸馏所需热量由管式炉提供，单套装置处理能洗油馏分也可作为三混油馏分一起采出。

馏分塔顶部用轻油回流，以控制塔顶温度。

为了降低蒸馏温度，二段蒸发器和馏分塔底部通入过热蒸汽。

3.2减压蒸馏工艺

蒸馏过程由脱水和馏分蒸馏组成。

在常压下脱水，然后无水焦油在馏分塔内进行减压蒸馏。

宝钢化工公司、济钢焦化厂、梅钢焦化厂均采用此种工艺。

减压蒸馏工艺流程.焦油泵抽出送至预蒸馏塔前，与沥青加热炉出口热沥青混合后进入预蒸馏塔。

预蒸馏塔为常压蒸馏，塔顶油气在分缩器内全部冷凝，一部分作为回流，其余部分采出进入下一单元。

预蒸馏塔侧线切取重油馏分，塔底沥青由泵送入沥青加热炉加热后，一部分循环入塔提供蒸馏所需热量，另一部分进入沥青塔，沥青塔底通入过热蒸汽，汽提调整软化点后作为产品外送。

预蒸馏塔顶采出的油气被喷洒的氨水急冷后进入急冷塔，急冷塔顶的轻油油气经冷凝冷却、油水分离后，部分轻油作为回流，其余作为产品。

塔底的宽馏分油经油水分离后进入洗涤塔顶部，洗涤塔。

带有搅拌装置，塔底通入稀碱液，与宽馏分中的铵盐发生中和反应，以脱除焦油带入的铵盐。

中和后的宽馏分由泵送入馏分塔，馏分塔为减压蒸馏。

塔顶油气在分缩器内全部冷凝，一部分作为回流，其余部分作为酚油产品采出。

馏分塔自上而下从侧线依次采出萘油、洗油和蒽油馏分。

萘油和蒽油馏分直接作为产品。

洗油馏分进入洗油塔，进一步蒸馏脱出其中的萘组分生产低萘洗油，洗油塔为减压操作。

馏分塔底重油馏分首先进入洗油塔重沸器加热，提供洗油蒸馏的热量，然后一部分进入加热炉加热后，再作为热源返回馏分塔底，另一部分作为产品采出。

常减压蒸馏工艺优点是：

①焦油蒸馏采用常压蒸馏与减压蒸馏相结合，可降低高沸点馏分蒸馏温度；②各馏分切取精细，减少后续加工馏分的重复加热，洗油馏分中含萘量较低；③沥青塔底采用油，③沥青塔底采用油循环加热，既能有效地防止管式炉的结焦，又便于操作和调节。

缺点是：

①与常压蒸馏和减压蒸馏工艺相比，增加了蒸馏塔及附属的大量设备，基建投资大，操作复杂，设备运转、维护费用较高；②焦油中主要馏分在常压预蒸馏急冷后进行二次加热，进入减压蒸馏，过程中2次加热，煤气消耗量大。

4.0新开发的焦油蒸馏工艺

4.1工艺形成的背景

随着焦化工业的发展，焦油加工越来越趋于集中化、大规模化、精细分离和深加工方向发展。

但目前国内已建成投产的焦油加工项目多为20万t/a以下规模的常压或常减压工艺，尚没有30万t/a以上规模焦油蒸馏工艺生产经验，尤其是减压蒸馏或常减馏工艺流程。

新建工程一般都采用国外引出，与原料焦油换热并用温水冷却后进洗油槽。

2#蒸馏塔侧线分别切取一蒽油和二蒽油馏分。

一蒽油馏分与原料焦油换热并冷却后送一蒽油槽。

二蒽油馏分用温水冷却后送二蒽油槽。

塔底沥青一部分用2#蒸馏塔底循环泵抽出，与1#蒸馏塔底油混合后进2#管式加热炉，在此加热到一定温度后返回塔底，提供蒸馏所需热量；另一部分由2#蒸馏塔底抽出，与导热油换热后送至后续生产装置。

4.2工艺特点

1）常减压蒸馏相结合，温度、压力分配合理，减压蒸馏降低了操作温度，减少燃料消耗量，又可改善操作环境，有利于环境保护。

2）各蒸馏塔底采用油循环加热的供热方式，便于操作和调节，能有效地防止结焦的产生。

3）蒸馏过程不需通入直接蒸汽，不产生含酚废水。

4）馏分分割较细，减少后续加工馏分的重复短路和粉尘爆炸。

对系统分析研究发现，除尘气流最先进入1#、2#仓，最后从提升阀打开的8#、9#仓布袋流出，通过除尘风机后烟囱排入大气，大量粉尘沉积在#、2#仓中引发堵塞。

对此，在这2个仓的螺旋机

罩壳上左右错开斜向安装DN15喷吹管9个，当螺旋机发生堵转后关闭被堵仓室的脉冲喷吹，然后打开加装的压缩空气喷吹管阀门，将仓内沉积器内闪蒸，顶部脱出水和部分轻油，底部无水焦油由二段焦油泵送入管式炉辐射段加热后，进入二段蒸发器。

二段蒸发器底部分离出中温沥青，侧线切取二蒽油馏分，顶部用一蒽油回流。

蒸发器顶部逸出的馏分蒸汽进入馏分塔内进一步分离。

馏分塔顶采出轻油馏分，侧线由上至下依次切取酚油、萘油、洗油和一蒽油馏分，酚油、萘油和原料焦油经蒸汽预热后进入预脱水塔，塔顶脱出大部分水和少量轻油，塔底的焦油自流入脱水塔。

脱水塔顶部用轻油回流以控制轻油质量，底部由重沸器进行循环加热以提供蒸馏所需热量，重沸器以高压蒸汽为热源。

脱水塔顶馏出轻油馏分和水，塔底无水焦油经过管式炉加热后进入主蒸馏塔下部。

主蒸馏塔为减压操作，塔顶馏出酚油馏分，侧线自上而下分别切取萘油、洗油和蒽油馏分，塔底采出软沥青，主蒸馏塔顶用酚油馏分回流。

减压蒸馏工艺优点是：

①煤气消耗量少；②由于蒸馏是负压操作，降低了蒸馏温度，减少了管式炉结焦；③减压操作可改善操作环境，有利于环境保护。

缺点是：

①由于无水焦油需要在单塔内分离成多个馏分，各馏分之间分离不够精细，导致高附加值产品流失；②减压蒸馏增加了1套真空装置，蒸馏过程分为脱水、常压蒸馏和减压蒸馏3个过程。

脱水在常压下进行，馏分根据沸点和产量不同进行常压和减压蒸馏。

国外引进的30万t/a焦油蒸馏装置工艺

原料焦油预热后进入脱水塔，塔顶脱出焦油中的部分水和轻油，塔底无水焦油一部分送入重沸器进行循环加热后向脱水塔底供热，另一部分司基于市场需求，近年来着重研究了国内外各种焦油蒸馏工艺路线的原理、特点、产品构成、设备选择和热能利用等方面的资料，开发了较为经济实用的大规模焦油蒸馏工艺流程，并与高校合作，运用计算机仿真计算，模拟蒸馏单元操作，得到主要设备的设计和操作参数。

该工艺的开发初衷是：

1）高沸点馏分采用真空蒸馏操作，既能降低操作温度、节省能源，又能有效减轻泄漏，减少环境污染。

2）尽可能切取窄馏分，以减少后续深加工的能耗，简化深加工操作。

3）强化分离操作，提高一次分离效率。

4）充分利用各种馏分热能换热，节能降耗。

5）引入导热油系统，有效利用一些无法直接换热的热能，节约蒸汽用量。

6）引入温水系统，用于一些易结晶物料的冷却，可有效避免结晶堵塞管道，

4.3工艺流程

工艺采用两塔式常减压蒸馏，包括脱水、1#蒸馏、2#蒸馏等主要系统及真空、导热油、温水、排气洗净、贮槽等辅助系统。

原料焦油与馏分换热后进焦油预热器，由导热油加热后进入预脱水塔。

预脱水塔顶部脱出部分水和轻油，轻油作为脱水塔回流，分离水自流到氨水槽。

预脱水塔底的焦油自流入脱水塔。

脱水塔顶馏出的轻油馏分和水经冷凝冷却、油水分离后，一部分轻油作为回流，其余作为产品送至轻油槽，分离水自流到氨水槽。

脱水焦油在脱水塔底用泵抽出，与1#蒸馏塔底循环油混合后进1#管式加热炉。

脱水塔以导热油为热源，塔底焦油经重沸器循环加热后返回塔底，以提供脱水蒸馏所需热量。

1#蒸馏塔为常压操作，塔顶的酚油气在分缩器内冷凝，一部分作为回流，另一部分作为产品采出，冷却后进入酚油槽。

1#蒸馏塔侧线切取萘油馏分，与原料焦油换热，再用温水冷却后送至萘油槽。

塔底混合油一部分与脱水塔底无水焦油混合后进1#管式加热炉，加热到一定温度后返回塔底，提供蒸馏所需热量；另一部分从1#蒸馏塔底抽出与2#蒸馏塔底循环沥青混合后进2#管式加热炉。

2#蒸馏塔为减压操作，塔顶的洗油气在分缩器内冷凝，一部分作为回流；另一部分作为产品采加热，减少总能耗。

5）原料焦油与萘油换热、洗油和一蒽油换热、沥青与导热油换热，充分回收和利用了各馏分的热量，减少了燃料和冷却水的消耗量。

6）易结晶、易凝固的馏分用温水冷却，减少设备、管道堵塞。

7）焦油预热、脱水等用导热油加热替代蒸汽加热，节约蒸汽，减少冷凝水排量。

4.4焦油蒸馏所获馏分的洗涤技术

这里指的是碱洗脱酚或酸洗脱喹啉装置，可分别获得酚盐与硫酸喹啉。

一般是先脱酚、后脱喹啉，也可只脱酚、不脱喹啉。

原料则根据焦油蒸馏切取馏分不同而异，有窄馏分、宽馏分之分。

洗涤工艺可间歇或连续操作。

洗涤设备有空气搅拌、机械搅拌、泵混合、静态混合器、喷射混合器等型式。

后两种洗涤器较先进，洗涤效果好，便于连续操作与自动控制。

碱洗脱酚的主要控制因素有用碱浓度、洗涤温度、分离时间、洗涤的级数等。

各馏分的洗涤要求馏分含酚小于0.5％。

宝钢引进的是全连续碱洗脱酚工艺，碱液浓度较低，为8％一10％；轻油、酚油均为一段脱酚，脱酚效率分别为～38％和88％。

其轻油脱酚对酚钠盐起到净化的作用。

萘油则采用三段脱酚，脱酚效率79％；脱酚设备采用静态混合器。

另外，只对脱酚酚油与甲基萘油分别进行连续酸洗脱喹啉，加酸浓度为30％一39％，效率分别为38.5％和52.2％。

设备也采用静态混合器。

理，且能耗高、收率低。

20世纪8O年代开发了间歇操作的分步结晶法，并得到普遍应用。

近年改为采用“Praobd”工艺技术，为箱式分部结晶，精萘产率为90％，并全部按程序自动控制、连续操作。

操作，并采用了空冷器，可节约冷却用水。