中低温煤焦油延迟焦化的工艺研究

齐齐哈尔大学成人高等教育本科生毕业设计（论文）毕业论文关于延迟中低温煤焦油焦化的工艺研究学 院 化学与化学工程学院专 业 化学工程与工艺学生姓名 张 玉 龙指导教师 2摘 要在温度480500、压力015017MPa的条件下，进行了中、低温煤焦油延迟焦化的工艺研究。探讨了重质油在管式加热炉里结焦的问题，得到了比较理想的延迟焦化操作参数。实验结果表明：煤焦油延迟焦化可以得到较高的燃料油产率，较低的蜡油产率和较好的产品分布。关键词：延迟焦化 煤焦油 工艺条件中图分类号：TQ52263 文献标识码：A 文章编号：10013709(2006)02004604AbstractUnder the temperature of 480500 and pressure of 0.150.1 7MPathe process study of delayed coking for medium and low temperature coal tar was conductedThe coking problem of heavy oil in tube heating furnace is studied to obtain more ideal operating parameter fro delayed cokingThe experimental results show：delayed coking for coal tar can obtain higher fuel oil yield，lower wax oil yield and better products distributionKey words：Delayed coking Coal tar Process condition目 录摘 要IAbstractII第1章总论1概述 1第2章实验部分22.1设计思想及工艺流程22.2实验方法42.3实验原料32.4分析方法3第3章结果与讨论43.1延迟焦化操作参数43.2反应条件对产品分布的影响43.3延迟焦化产品分析7结 论8致 谢9参考文献1010关于延迟中低温煤焦油焦化的工艺研究第1章总论概 述煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的液体产物。根据干馏温度和过程不同，可以得到以下几种焦油：低温焦油，干馏温度在450600；中温焦油，干馏温度在700900C；高温焦油，干馏温度90011OO。中、低温煤焦油除含有较多的酚类外，烷烃和环烷烃含量较多而芳烃含量较少，是人造石油的重要来源之一。 低温煤焦油的密度大，粘度、残碳、灰分高，属于重质油。其综合利用一般包括：转入炼焦配煤、生产低温沥青、制作防腐防水用的环氧煤焦油和油毛毡、代替重油炼钢。还有报道，将精炼的煤焦油与水和乳化剂混合配制成柴油。 中、低温煤焦油具有巨大的经济价值，但在我国没有得到充分利用，反而造成环境污染。所以选择合适的工艺加工低温煤焦油，使之转变成高附加值的产品是化工行业现实的要求。 延迟焦化技术设备投资少、工艺简单、技术成熟，可加工各类含沥青质、硫和金属的重质渣油，最大量的生产馏分油产品。已经成为世界各国重质油轻质化的重要手段，并得到了迅速发展，在重油深度加工方而发挥越来越重要的作用。延迟焦化工艺是石油化工行业比较成熟的技术，但使用煤焦油作为原料进行延迟焦化研究尚未见报道。煤焦油延迟焦化得到的产品有焦化燃料油、焦化蜡油、焦炭和气体。本实验的目的是：选择适宜的工艺条件，提高焦化燃料油产率，降低焦化蜡油产率，得到较好的产品分布。第2章 实验部分21 设计思想及工艺流程本实验是在FSJH-焦化工艺装置上进行的。其工艺流程如图1所示。该装置为两炉一塔式，原料处理量为1.3kg/h。原料油由泵加入，经预热炉预热后进入加热炉迅速加热至反应温度，进入焦化塔内反应。生成的高温油气由塔顶导出，进入分馏塔。液体产物由底部排出，气体经冷却器冷凝后进入分离罐再次分离，由分离罐顶部排出的气体经流量表计量、采样后放空。图1延迟焦化工艺流程图延迟焦化试验装置能否正常运转，关键在于能否解决重质原料油在加热炉里结焦的问题。没计的指导思想是将热负荷分散，避免局部过热。在原料预热部分采用高压管路，并配备可调流量的高压柱塞泵，可提高重质原料油在预热器里的流动速度；采用水蒸汽作为稀释剂，可使系统有较大的热惯性，起到稳定温度的作用，防止过热，同时抑制炉管结焦；预热炉和加热炉升温时，逐步升高原料油的温度至焦化反应温度，保证热量分布均匀，无局部过热现象。采用先进的微机多点温度控制仪，对预热炉、加热炉和焦化塔的温度进行测量和控制。程序升温和恒温的控温精度在土0.5，可以满足实验的要求。22 实验方法 (1)开启水泵，流量调至最大后，给预热炉、加热炉和焦炭塔升温； (2)装置各点温度全部达到设定值时，开启油泵，按规定的水油比调至正常值。记录油量、水量、气量，用压力调节器调整装置压力至设定值； (3)当进油量达到规定值时，停油泵，记录油量、水量。然后，将水的流量调至最大，将预热炉、加热炉的温度适当降低，将焦炭塔的温度适当提高，继续运行，直至分离罐中没有油时，停水泵。烤焦后，记录气量； (4)装置冷却后，打开焦炭塔除焦。23 实验原料本实验采用的原料是黑化集团焦化厂焦油车间的中、低温煤焦油。此原料油常规性质分析如表l和图2所示。该煤焦油密度很大，粘度较高，残碳和灰分也较高，属于低硫煤焦油；氮、氧含量较高，H/C原子比为123，比一般原油低，属于重质油。图2恩氏蒸馏和实沸点蒸馏曲线24 分析方法焦化气体使用SP-50l型气体分析仪分析，液体产物由SBD-蒸馏仪进行实沸点切割。用密度计测密度，逆流粘度计测运动粘度，凝点测定器测凝固点，用电炉法残碳测定仪测残碳值。第3章 结果与讨论31 延迟焦化操作参数为了避免原料油在加热炉里结焦，提高装置运行周期，一般油气流速约l0m/s，水油比5%。经工艺计算，本装置进料流量23kg/h时，油气流速在9-12m/s，水油比控制在510。已进行实验10次，运转时间累计达65h，未发生原料油在加热炉里结焦堵塞管路的现象，说明本装置工艺流程及操作参数是合理的。表1 原料油常规性质分析项目煤焦油胜利原油密度(20)/kgm-3水分/%凝固点/残碳/%碳/%氢/%硫/%氮/%氧/%灰分/%粘度（50）/mm2s-110043.7195.2483.128.530.373.474.070.25235.95900.51.0286.486120.80.4-83.3632 反应条件对产品分布的影响 (1)反应温度的影响。在压力为0.16MPa、水油比(质量比)为0.09的条件下，温度480500的范围内进行了延迟焦化反应的研究，结果见表2、表3及图3。从图3可以看出，随着加热炉出口温度从480升至500，燃料油产率从38.5上升至43.8，蜡油产率从43.1下降至40.1；焦化气体产率从8.8上升至11.2，焦炭产率从9.6下降至4.9。这是因为反应温度升高，反应速度增大，而且较高的反应温度有利于裂解反应的发牛，抑制缩合反应的进行。这使得燃料油及气体产率增大，蜡油及焦炭产率减少。同时，反应温度升高使焦炭的挥发分减小(如表3所示)，这进一步降低了焦炭的产率。但是提高加热炉出口温度会使炉管内结焦速度加快及造成炉管局部过热而发牛变形，缩短装置的运行周期。焦炭塔温度过高，容易造成雾沫夹带和促进弹丸焦的生成，使焦炭硬度加大，造成除焦困难。而焦炭塔温度过低，则焦化反应不完全，将生成软焦或沥青。因此，对于煤焦油这样易发生裂化反应，残碳值又较高的重原料，加热炉出口温度及焦炭塔温度不宜过高，500是较适宜的温度。 (2)反应压力的影响。反应压力是指焦炭塔顶的压力。在温度为500、水油比(质量比)为0.09的条件下，压力为0.150.17MPa的范围内考察了装置的反应压力对产品分布的影响。从图4可以看出，压力对产品的分布有显著的影响。随着反应压力的升高，延长了气相油品在塔内的停留时间，增加了反应深度。从而提高了燃料油、焦炭及气体的产率，降低了蜡油产率。但反应压力的升高会使焦炭中挥发分含量增加。如表3所示，随着反应压力从0.15MPa升至0.17MPa，焦炭中挥发分含量从6.72升至9.23，降低了焦炭的质量。实验操作压力在0.17MPa时，效果较好。 表2 焦化反应条件一栏表项目Test03Test04Test05Test06Test07反应温度/反应压力/MPa预热炉温度/加热炉温度/焦化塔温度/水油比(质量比)进料量/gmin-1加水量/gmin-14800.163504805000.09363.244900.163504905000.09302.75000.163505005000.09363.245000.153505005000.09403.65000.173505005000.09322.88表3 焦炭质量分析（质量分数）项目挥发分%灰分%硫%Test03Test04Test05Test06Test0711.69.788.166.729.231.041.071.051.00.950.10.090.130.0950.11表4 焦化气体的组成编号H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8Test03Test04Test05Test06Test070.10.10.130.20.1522.313.418.524.419.323.617.620.319.817.88.43.511.49.313.518.125.820.719.720.212.611.310.813.110.76.516.811.39.28.98.411.46.874.39.45表5 延迟焦化液体产物馏程体积分数0102030405060708090100HK-280馏分280-360馏分360馏分110260287203273367209284214290219299225308235316244325257337276360305365 图3 温度对产品分析的影响 图4 压力对产品分析的影响33 延迟焦化产品分析 (1)焦炭。由表3可知，Test 03至Test 07的焦炭的挥发分(干基)在672%11.6范围内，硫含量(干基)在0.090.13，均低于1号A焦炭标准所要求的挥发分；而焦炭的灰分在0.951.07，低于3号B所要求的灰分。表明煤焦油延迟焦化获得的焦炭质量较好。 (2)焦化气体。表4给出了各反应条件下焦化气体的组成，由表4可以看出，焦化气体的主要成分是C1C4烃类，占气体总体积的99，而含氢仅为1。说明在该实验条件下，焦化反应的裂解反应的深度较大，而发生缩合反应较少。因为氧气被认为足缩聚反应的产物，低分子烃是裂解反应的结果。(3)液体产物。各反应条件下生成的液体产物馏程都很相似。表5给出了在温度为500、压力为0.17MPa的反应条件下延迟焦化液体产物的馏程分布。结 论 (1)延迟焦化连续试验装置的工艺流程及操作参数是合理的。 (2)提高反应温度及压力可明显提高焦化反应燃料油的收率，降低蜡油的产率。 (3)中、低温煤焦油延迟焦化反应的最佳工艺条件为温度500，压力0.17MPa。 (4)经过延迟焦化反应，可以将低价值的煤焦油转化成高附加值的燃料油。致 谢经过两个月的努力，我圆满的完成了毕业设计的任务！回顾这段时间，毕业设计的圆满完成除了本人的努力之外更离不开老师同学们的帮助。参考文献1 朱秀梅等。 低温焦油的合理开发利用。 一重技术，2002， (91)：1252 任春山。 中国专利CNl03093243 刘述祺等。 低温焦油