叶湘钢苯加氢焦油.docx

1、叶湘钢苯加氢焦油煤焦油与粗苯精制的现状与建设意义中冶焦耐工程技术有限公司2010-12-16目 录1 原料与产品市场概况 31.1 煤焦油 31.2 粗苯精制 52 国内外技术现状 92.1 煤焦油加工 92.2 粗苯精制 123 中冶焦耐工程技术有限公司（ACRE）煤焦油和粗苯精制设计和工程总承包业绩 143.1 煤焦油加工 143.2 粗苯加氢工程 154 项目建设意义 161 原料与产品市场概况1.1 煤焦油a) 原料煤在高温炼焦过程中大约产生4%的煤焦油。我国是一个煤炭资源十分丰富的国家,煤的储量占世界总量的45%。2010年焦炭产量为35000万t,相应的煤焦油产量将达到1400万t

2、。所产这些焦油将分布在全国的1200万t的焦油加工装置上进行加工，其余部分出口或作为燃料使用。全国焦油加工装置的分布概况如下（不完全统计，万t/a）。地区山西河北华东东北湖北西南其它加工能力220200400150609080从上表可以看出，尽管加工装置的能力已经接近原料产能，但主要加工装置的能力都集中在山西、河北、华东和东北，甚至部分地方加工能力将超过原料量。表观上似乎接近饱和，但不同的地区其原料供给量差距较大。在我国中南地区，包括湖南、江西、广东等有一定的焦油原料，大约焦油产量为50万t/a，但没有一个真正的大规模焦油集中加工基地。由此看出，在湖南湘钢建设一个煤焦油加工基地是完全有原料保证

3、。b) 产品高温焦油主要是由芳香烃所组成的复杂混合物，据估计，其中含有上万种有机物质，到目前已经查明的约有500种，其中很多化和物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料以及国防工业的贵重原料。在焦油深加工这些产品当中有几种主导产品，分别是酚类、萘、甲基萘、蒽、咔唑、沥青和油品。粗略预测其市场就能发现其潜在的经济效果。酚可广泛用于生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、染料中间体及炸药等方面。甲酚可用于生成合成橡胶、增塑剂、防腐剂、炸药、医药及香料等方面。二甲酚和高沸点酚可用于制造消毒剂。这些以酚为原料制取的产品对酚的需求量仅国内每年按上千吨量增加。萘是染料、塑料、医药等工业的基本

4、原料，主要用于制造染料中间体、扩散剂、减水剂、渗透剂、杀虫剂和槽法炭黑等。世界上精萘的生产能力约200万t/a。我国精萘生产能力30万t/a左右，实际产量仅20万t/a，每年精萘缺口5万t。甲基萘有两种异构体，这两种异构体在工业上都有许多用途，目前-甲基萘的用途比-甲基萘更大些，-甲基萘用铬酸缓和氧化可得2-甲基-1，4-萘醌，即维生素K3；用长链烯烃烷基化再磺化，可得长链烷基甲基萘磺酸，用作纺织助剂、洗涤剂、乳化剂和润湿剂等，烷基甲基萘是染料的良好溶剂。由于此种产品在国内仅能生产很小量，其需求量将无法估量。焦油加工厂生产的精蒽差不多全部用于生产蒽醌，蒽醌是最基本的染料中间体之一，其染料的数量

5、最多、应用最广。根据其应用分类，有还原染料、媒染染料、毛用染料和分散染料等。世界蒽醌的总产量约15-20万t/a，需求量约为25万t；国内蒽醌的总产量10000-12000t/a，每年至少需蒽锟1.8万t/a。以咔唑为原料进行一系列缩合、还原、硫化、磺化反应，可制得海昌蓝、晒利耐光蓝F3RC、晒利耐光蓝FFRL等高档染料。除此之外，还可用于制取塑料、杀虫剂等产品。咔唑在国内市场上的利用有待于进一步的开发，国内仅有的少量产品基本全部出口，国际市场每年缺口达几千吨。沥青和油品是焦油加工过程中产生量最多的两种产品，由此两种产品加工出来的针状焦、改质沥青、电极沥青、浸渍沥青、高速公路用碳沥青、碳纤维等

6、都是国内紧俏商品，大部分依赖进口。从上述这些焦油深加工产品中可以看出，此类产品均是石油无法替代，也是未来精细化工或染料生产所必须的原料，市场前景广阔。1.2 粗苯精制a) 原料 与煤焦油相似，粗苯（或轻苯）也是煤在高温炼焦过程中产生，大约占装炉煤的1%。按照2010年我国焦炭产量35000万t,相应粗苯的产量将达到350万t/a。所产这些粗苯将分布在全国的360万t/a的粗苯精制装置上进行加工，其中酸洗精制装置占80万t/a。全国粗苯精制加工装置的分布概况如下（不完全统计，万t/a）。地区山西河北华东东北湖北西南其它加工能力708012020103030从上表可以看出，尽管加工装置的能力超过原

7、料产能，但主要加工装置的能力都集中在山西、河北、华东和东北，同时还有30%的原料集中在酸洗淘汰的工艺上进行加工。表观上似乎超饱和，但不同的地区其原料供给与需求差距较大。在我国中南地区，包括湖南、江西、广东等有一定的粗苯原料，大约粗苯产量为12万t/a，但没有一个真正的大规模粗苯加氢生产高纯苯的基地。所以，在湖南湘钢建设一个粗苯加氢生产高纯苯的装置是完全有原料保证。b) 产品纯苯是重要的基本有机化工原料，广泛用作合成树脂、合成纤维、合成橡胶，并是染料、医药、农药的原料，也是重要的有机溶剂。在炼油行业中用作提高汽油辛烷值的掺和剂。目前世界上生产苯有以下几种生产路线：催化重整、汽油裂解、甲苯歧化、甲

8、苯加氢脱烷基化（HAD）以及从粗苯和煤焦油中得到苯。其中：催化重整、汽油裂解各占38%，甲苯歧化占13%，甲苯加氢脱烷基化（HAD）占6%，粗苯和煤焦油中占5%。2000年世界苯的消费中，50%用于乙苯生产，异丙苯生产用20%，其余主要由环己烷和硝基苯所消费，其他衍生物还有烷基苯、马来酸酐和氯苯。目前世界苯生产能力约为5700万t，产量为4500万t。世界苯的生产和消费主要集中在亚洲、北美和西欧地区。美国是世界上苯产量和消费量最大的国家，日本位于世界第二。根据目前各国的在建和扩建计划，预计2015年，世界苯的生产能力和产量将分别达到6600万t和5500万t，详见如下表。世界各地区苯发展预测表

9、 单位：万t年份项目非洲亚洲中/东欧中东北美大洋州中/南美西欧世界2008生产能力15.51766.1444.2231.01257.89.0208.5870.24802.3产量13.81594.0233.5214.01079.09.0185.1765.94034.32015生产能力1825605202801960102809706600产量1622502602301650102408405500国内苯的市场可通过对苯的主要下游产品苯乙烯、苯酚、环己酮、己内酰胺、尼龙66盐和MDI的生产能力和需求进行预测，从而得到2008年和2015年我国纯苯的消费量。详见下表。 我国苯的供需预测万t2008年

10、2015年苯产量500650其中: 石油苯400470焦化苯100180苯表观消费量550700其中: 苯乙烯耗苯量300330苯酚耗苯量5060环己酮耗苯量1540己内酰胺耗苯量3060MDI耗苯量2040其他生产耗苯量135170由上表可以看出，预计2015年纯苯的表观消耗量为700万t。目前，我国国内纯苯的供应基本满足下游产品的生产需求，但仍有部分进口。化学工业是纯苯的重要消费用户，其消耗量占总量的70%以上。以苯为原料的化工产品主要有苯酚、苯乙烯、氯化苯、硝基苯、顺酐、环已酮、苯胺、已内酰胺等。我国上世纪70年代苯主要依赖进口，80年代随着石化工业的发展，进口有所缓解。近十几年来，随着

11、改革开放的深入，国民经济的快速发展，化工、医药、油漆、染料、塑料、农药等行业发展迅速，各种化工产品生产不断增加，由此对原料纯苯的需求量也不断扩大。随着石油危机凸现，未来国内苯的缺口量将大增。甲苯是最基本的有机化工原料和溶剂，可以生产苯甲酸、甲苯二异氰酸脂、氯化甲苯、甲酚和对甲苯磺酸等多种化工产品，这些化工产品是制造合成纤维、合成橡胶、炸药、塑料、医药、染料和油漆等行业的原料，也可用作溶剂和汽油添加剂。二甲苯也是最基本的有机化工原料。混合二甲苯主要用作溶剂和汽油添加剂；邻二甲苯用于制造苯酐、染料、农药和医药等化工产品；间二甲苯用于制造苯二甲酸、间甲基苯甲酸、间苯二甲腈等有机化工产品，这些产品是生

12、产染料、医药和香料的原料；对二甲苯主要用于生产聚酯树脂和涤纶纤维的原料，也用作农药和染料的原料。所以，粗苯加工生产纯苯、甲苯、二甲苯，均是重要的有机化工原料。2 国内外技术现状2.1 煤焦油加工煤焦油加工按下表划分，根据产品需求有不同单元技术。每种分离技术国内外相差不大，个别单元国内技术还优于国外技术。所以国内技术基本体现世界一流，只有在沥青处理上，国外的一些先进经验值得借鉴或引进。序号原产品名称深加工产品名称备注1粗酚苯酚上精酚装置邻位甲酚间对位甲酚二甲酚2工业萘精萘上精萘装置3洗油中质洗油上洗油加工装置重质洗油工业甲基萘1,8-萘酐4粗蒽精蒽上粗蒽、精蒽装置咔唑菲、芴5沥青电极沥青上沥青加

13、工沥青焦、针状焦燃料油、碳黑油为体现整个焦油加工项目的技术优势和先进性，仅在此介绍焦油蒸馏技术的比较。因为，焦油蒸馏是整个焦油加工的核心，它决定着整个焦油加工项目的成败。目前，国内外成熟的煤焦油蒸馏的工艺流程较多，单就蒸馏塔的操作压力而言，可分为减压蒸馏、常压蒸馏和常减压蒸馏三大类。a) 常压蒸馏常压蒸馏是指焦油在脱水塔和沥青塔内脱水、脱沥青，然后在馏份塔内将其切取成各种馏分。馏分切取既可按窄馏分，也可以按两混、三混馏分进行。其工艺优点如下：1) 工艺流程短，控制简便，对设备制作要求低于减压流程和常减压流程；2) 基建投资最低，设备维护量较少；3) 切取混合馏分时，馏份脱酚操作简单。该工艺的缺

14、点是：分离效率较低，能耗高，不太适合大规模焦油加工。其加工能力一般不超过20万t/a。b) 减压蒸馏蒸馏过程由脱水和馏份蒸馏组成。即在常压下进行脱水，然后无水焦油在馏份塔内进行减压蒸馏。宝钢化工公司一、二期均采用此种工艺。工艺具有如下优点：1) 煤气消耗量低；2) 余热利用充分，如沥青和各馏份的热量可通过换热得到充分的回收和利用；3) 萘馏份的集中度较高，为93%；4) 由于蒸馏是在负压下操作，可改善操作环境，有利于环境保护。本工艺的缺点是：由于增加了一套真空装置，减压蒸馏对设备及操作要求严格，基建投资高于常压蒸馏，且真空系统有腐蚀现象，单套处理能力较低，一般为13-15万t/a，最大不超过2

15、0万t/a。c) 常减压蒸馏蒸馏过程分为脱水、常压蒸馏和减压蒸馏三个过程。脱水在常压下进行，馏分则根据沸点和产量不同，分别进行常压和减压蒸馏。该流程的优点是：1) 焦油蒸馏采用常压蒸馏与减压蒸馏相结合，可节省能源；2) 各馏份切取精细，萘油馏份中的萘集中度可达95%以上，洗油馏份中含萘量较低；3) 各馏份塔底采用油循环加热的供热方式，便于操作和调节；4) 由于馏份分割较细，有利于后续深加工产品的分离和提取；5) 大规模焦油蒸馏的适应性较强，特别适合大规模焦油加工。该工艺的缺点为：与常压蒸馏和减压蒸馏工艺相比，增加了蒸馏塔的数量，且负压蒸馏系统对设备的要求较高，操作复杂，设备运转、维护费用较高。

16、同时国内引进的常减蒸馏工艺在此基础上更加复杂，增加了急冷和铵盐中和系统。因此，难以适合中国国情。鉴于上述三种工艺的利弊，为开发适合大型焦油加工国产化先进工艺路线，中冶焦耐工程技术有限公司（ACRE）结合自身多年在这一领域的知识积累，并与高校结合，成功研发了不同于国外引进的自主常减压蒸馏工艺技术，并已经过专家论证，现开始运用于武钢50万t/a焦油加工项目。该工艺的特点是：a) 与国内的常压流程、减压流程相比，馏份的切取在两台蒸馏塔内分别完成，由两台管式炉分别供热，解决了用单套装置处理大规模焦油的技术难题；b) 与国外的常减压流程相比，流程短，设备投资省，控制简便，易于操作，产品质量稳定，设备运转

17、、维护费用较低；c) 焦油脱水在常压下进行，蒸馏在减压下进行，温度、压力制度分配合理，减压蒸馏降低了操作温度，煤气消耗量低。d) 脱水塔、1#蒸馏塔塔底采用油循环加热的供热方式，便于操作和调节e) 蒸馏过程不需通入直接蒸汽，不产生含酚废水；f) 馏份分割较细，减少后续加工馏份的重复加热，减少总能耗；g) 余热利用充分，如沥青和各馏份的热量可通过换热得到充分的回收和利用；h) 由于蒸馏是在负压下操作，可改善操作环境，有利于环境保护； i) 易结晶、易凝固的馏份用温水冷却，减少设备、管道堵塞；j) 焦油脱水用导热油加热替代蒸汽加热，节约蒸汽，减少冷凝水排量。2.2 粗苯精制粗苯精制分酸洗法和加氢法

18、。酸洗法已趋于淘汰，在此不作介绍。粗（轻）苯催化加氢是在一定的反应温度和氢气压力下，使（粗）、轻苯通过催化剂床层与氢进行一系列化学反应，除去（粗）轻苯中各种杂质，精馏得到苯类产品的过程。粗（轻）苯加氢净化工艺主要有高温高压加氢法和低温加氢法两种。所谓温度压力的高低，其实是相对而言的，目前的高温高压法主要指Litol法工艺；而低温加氢法主要有两种工艺：一种是两段气相催化加氢净化工艺；另一种是液相与气相两段催化加氢净化工艺。高温加氢：反应温度为600650，使用Cr2O3-AL2O3系催化剂。主要进行脱硫、脱氮、脱氧、加氢裂解和脱烷基等反应。因为反应温度和压力都高，致使非芳烃都分解成低碳烃，因此后

19、续的分离蒸馏只需简单蒸馏既可以得到高纯度苯产品。但也是由于反应条件的苛刻，致使甲苯和二甲苯都脱烷基而成为苯，因此该工艺产品品种单一，应对市场能力相对较差，而且也会有部分苯破环，尽管苯收率高于110%，但实际的总芳烃收率不到90%。且反应条件苛刻，反应温度压力都高，造成设备选材、仪表选型要求都高，投资很高，操作、维修的难度也高。如果不是特殊指定需要单一苯产品，一般不推荐此工艺。低温加氢：反应温度为350380，使用CoO-MoO2-Fe2O3系催化剂，主要进行脱硫、脱氮、脱氧和加氢饱和反应。因为采用合适的温度、压力及催化剂，因此加氢只是选择性地将烯烃、含硫、含氮和含氧化合物进行加氢，从而达到去除

20、杂质而不破坏芳烃的目的，因此低温加氢可以得到三种苯，即苯、甲苯和二甲苯，且芳烃总收率也高，一般在95%以上。但由于低温加氢不能使沸点与苯产品沸点相近的非芳烃降解成低碳烃，因此后续的分离蒸馏必须采用萃取蒸馏才能得到高纯度苯产品。低温加氢反应条件温和，设备选材、仪表选型要求都低，投资适宜，操作、维修的难度也低。低温加氢技术较高温加氢有明显优势，也比较适合中国国情。低温加氢配合的后续分离蒸馏工艺又分为液-液萃取和萃取蒸馏工艺，一般来讲液-液萃取工艺较适合非芳含量高的原料，一般适合石油苯加工工艺；萃取蒸馏工艺较适合非芳含量低的原料，一般适合焦化苯加工工艺。尽管低温加氢工艺有很多优越性，并适合中国国情，

21、但过去均属于国外知识产权，每套装置建设都需花较大一笔引进费用。为开发自主知识产权的技术，并节省引进的费用，中冶焦耐工程技术有限公司联合国内科研院所成功研发了一种新型的低温加氢和萃取蒸馏工艺，现正应用在马钢和济源苯加氢项目上。该工艺特点如下：1) 自有知识产权的技术，工艺成熟可靠；2) 产品质量高，替代石油苯已用于化工行业；3) 产品收率高，每种苯的收率均大于97%；4) 节能减排。充分利用换热设施和工艺控制使能量大幅下降；生产不产生废渣，仅产生的少量废气和废水通过管道直接送煤气回收系统综合处理；5) 高度自动化集中控制和联锁安全系统。3 中冶焦耐工程技术有限公司（ACRE）煤焦油和粗苯精制设计

22、和工程总承包业绩3.1 煤焦油加工以下为ACRE从1999年之后煤焦油加工设计和总承包业绩。序号企业名称规模投产时间备注1宝钢一、二期各13万t/a1999年2山西焦化30万t/a2005年3安钢焦化厂15万t/a2005年4 济源金马15万t/a2005年5 北台东颢15万t/a2006年6 包钢焦化厂15万t/a2007年7神华乌海一、二期各15万t/a2007年8河北旭阳各15万t/a2008年9宝丰集团15万t/a2008年10昆明焦化制气厂15万t/a2008年总包11天铁焦化厂15万t/a2008年12山西孝义15万t/a建设中13重钢环保搬迁15万t/a建设中14济钢10万t/a

23、2005年15云南大为集团20万t/a2008年总包16宝钢梅山45万t/a2008年17武钢焦化50万t/a建设中3.2 粗苯加氢工程以下为ACRE从1997之后粗苯加氢工程的设计和总承包业绩。序号企业名称规模投产时间备注1石家庄焦化厂5万t/a1997年2宝钢化工公司5万t/a1998年3鞍钢化工公司15万t/a2009年4 昆明焦化制气厂5万t/a2008年总包5 河北旭阳焦化厂10万t/a2008年6 河北建滔5万t/a2008年7云维集团12万t/a2009年总包8宝钢梅山化工公司10万t/a2009年9武钢焦化厂10万t/a2009年总包10河南顺成8万t/a建设中11天铁焦化厂1

24、0万t/a建设中12马钢焦化厂8万t/a建设中13济源金马10万t/a建设中4 项目建设意义煤焦油和粗苯加工能实现付产品利用、拉伸产业链、提高产品效益的功能，符合国家产业政策和循环经济的方针，真正体现了科学发展观。焦化厂在钢铁集团的主要地位是炼焦和产生煤气，自身的效益和规模随钢铁而定，而且随着高炉中还原剂一步一步置换，加之环保规定越来越严厉，焦化厂的发展潜力有限。鉴于此，公司确立了以焦为主，大力发展非钢产业，实现公司经济效益新的飞跃。在煤焦油、粗苯原料市场可以达到供给的前提下，提前做好非焦基础工作，当焦化产业的“夕阳”日子来临时候，产业调整、重心转移、多种经营就会得心应手。综合治理、节能减排、变废为宝对煤焦油和粗苯集中加工来说是非常切题。我们知道煤焦油中含有上万种有机物质，这些物质如不更好利用就会对人体和自然带来危害。过去那种分散简易加工模式由于效益低根本不考虑环保治理问题，以致于到处放散沥青烟、随处排放油渣、沥青渣和废水。煤焦油加工的一部分产品是石油化工拿不到的产品，如蒽、苊、咔唑等多环产品，而这些产品在功能型染料、电子化学品和高科技上面都有非常大的用途。总之，煤焦油加工的产品在国民经济中将起到不可替代的作用。