摘要：本文首先阐述了煤焦油加氢反应的方法，接着分析了煤焦油加氢反应的影响因素，最后对煤焦油加氢反应性的实验进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：煤焦油；加氢；反应性
引言：
煤焦油加氢反应是当下我国煤化工企业最为依赖的一项技术手段，为我国寻找石化能源替代品的最佳发展方向，因此，对煤焦油加氢影响因素的反应性研究就显得尤为重要。
1 煤焦油加氢反应的方法
1.1 Birch还原法
这种还原法采用的还原试剂为金属锂、纳等的液氨溶液，是一种典型的游离基型的反应，能将煤焦油中含苯的芳烃化合物还原成为四氢化合物，或者在反应过程中注入少量的醇还可以以获取二氢化合物。但是，由于这种方法对操作条件极其严格且操作十分复杂，并且难以去除锂离子而影响炭纤维最终的力学性，因此并没有在实际生产过程中得到广泛的推广和应用。
1.2 溶剂加氢法
这是一种煤焦油与液态供氢性溶剂发生的炭化反应，目的是氢原子相煤焦油分子进行转移，这种溶剂具有提供氢和传递氢的作用，通常所采用的供氢溶剂为：四氢萘、四氢喹啉等。
1.3 催化加氢法
这种煤焦油加氢处理单纯依靠氢气实现加氢还原，煤焦油在加温、加压的条件下，混入相应的催化剂，使得气态氢向着液态的煤焦油分子进行转移。
1.4 醇类加氢法
这种方法是依靠醇类化合物对煤焦油进行加氢还原反应，可以使用催化剂也可以不用，最终醇类化合物被氧化成为酮或者醛。当前用醇类加氢法进行的煤焦油加氢还原通常需要在加温加压的条件下进行，且抑制成醚反应等副反应也是当先煤焦油加氢技术环节所要急需解决的问题之一。
1.5 电化学加氢法
有机物电化学加氢技术是现阶段比较成熟的煤焦油加氢反应技术，这种加氢技术不但不需要催化剂的作用，且反应条件要求温和，最重要的是反应后无污染，当先已经被用于煤及模型芳烃化合物加氢的研究。这种加氢工艺最大的特点就是利用水作为氢质资源，整个过程容易控制，只需改变通电时间、电流、电解液浓度就能够得到所需的改良性产物。
2 煤焦油加氢反应的影响因素
影响煤焦油加氢反应的影响因素有煤焦油的种类、供氢溶剂、催化剂的种类、催化剂的用量、反应温度、压力、搅拌速率和停留时间。在煤焦油加氢过程中溶剂的主要作用是溶解氢气、供氢和传递氢。为了降低煤焦油的粘度，提高煤焦油、固体催化剂和氢气的接触，外部提供的氢气必须溶解在溶剂中，以有利于加氢反应进行：溶剂的供氢作用可以促进煤焦油自由基碎片稳定化，提高煤焦油加氢的转化率。合适的催化剂可以有效的降低反应所需要的活化能，从而加快反应进行，对于催化剂的选择要求具有良好的催化活性、高的反应选择性、较长的催化剂寿命和来源容易得到、价格便宜的优点。煤焦油加氢催化剂的种类很多，主要包括金属催化剂、铁系催化剂和金属卤化物催化剂。采用高压的目的在于提高加氢反应的速率，氢气压力提高，有利于氢气在催化剂表面吸附和氢气向催化剂孔隙深处扩散，使催化剂活性表面得到充分利用，而且压力提高，阻止了煤焦油热解生成的低分子组分结焦现象的发生，从而提高加氢转化率。但是氢压提高，对高压设备的投资，能耗和氢耗量都要增加，产品成本相应提高，所以根据原料煤焦油性质、催化剂活性和操作温度选择合适的氢压。搅拌速率低，不利于原料煤焦油、催化剂和溶剂和氢气的充分反应；但搅拌速率过高又会影响到新键的形成，所以在其他条件合适的情况下，选择合适的搅拌速率也是比较重要的。在合适的反应温度和足够的氢供应下，随着反应时间的延长，加氢速率开始增加很快，以后逐渐减慢，而从生产的角度出发，要求反应时间越短越好，因为反应时间短意味着高空速高处理量。所以在煤焦油种类、催化剂、反应温度、压力、溶剂以及搅拌速率一定的情况下，选择合适的反应时间是非常必要的。
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3 煤焦油加氢反应性的实验研究
3.1 实验试剂
1号煤焦油样本采用（陕北神木京府焦化厂中低温煤焦油）；2号煤焦油样本采用（陕北神木双翼焦化厂中低温煤焦油）；氢气；镍催化剂；铝酸氨；F-T催化剂；铁系催化剂。
3.2 实验原理
由于煤焦油加氢反应的影响因素较多，若采用全面实验手法则会进行过多的实验次数，使得整个实验过于耗费时间和精力，因此，本文采用正交实验法这一科学有效的多影响因素实验方法。通过将实验数据进行正交表排列来进行整体设计、统计分析、综合比较、以最少的实验次数来寻求较好的生产条件，本文正交实验法的设计方案主要针对煤焦油加氢反应影响因素：反应温度、反应压力、反应时间、催化剂种类、催化剂添加量作为统计大类，进而计算煤焦油的最佳加氢反应条件。
3.3 产物分析手段
采用气象色谱手段来对煤焦油加氢反应的产物进行分析，这种分析手段的原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，分为固定相和流动相，在针对不同组分结构和性质上的差异来进行区分。
3.4 实验步骤
3.4.1 对煤焦油加氢反应实验条件进行初选且制作正交实验表
依照本文的实验影响因素目标，对反应温度、反应压力、反应时间、催化剂种类、催化剂添加量各因素水平分别是：反应温度：200、250、300、350（℃）；反应压力：7、8、9、10（MPa）；反应时间：30、60、90、120（min）催化剂添加量：1、2、3、4（%）；催化剂种类：铝酸氨催化剂、F-T催化剂、镍催化剂、铁系催化剂。
3.4.2 煤焦油加氢反应操作步骤
第一，取100mL煤焦油样本和适量催化剂加入1L的高压搅拌反应釜中，实验条件依照上述的正交实验表进行。第二，充入4MPa氢气，将搅拌器转速调至300转/min，搅拌3min，静止2min，重复3此后置换装置中空气。第三，充入5MPa氢气至高压反应釜中，静止4h，检查是否漏气。第四，将高压反应釜搅拌器转速调至300转/分并打开。第五，按上述正交实验表反应温度加热高压反应釜。第六，加入氢气，恒温计时，依照上述正交实验表反应压力进行调整。第七，待反应时间达到上述正交实验表中的反应时间时，关闭加热，开通冷却水，冷却至室温。第八，放空氢气，取出反应物，存入广口瓶，以待下一步分析。第九，清洗并烘干高压反应釜的反应器，以备下一次实验。
3.5 煤焦油加氢反应性研究
通过对参照上述正交实验表进行的煤焦油加氢反应实验的产物进行分析，并依照色谱分析原理进行系统的分析可以得出（陕北神木两家焦化厂）的煤焦油样本进行加氢反应的最佳反应性应为：反应温度为350℃、反应压力为9MPa、反应时间为120min、最佳催化剂为铁系催化剂、催化剂的添加量为2g/mL。其他条件恒定下，煤焦油加氢反应随着温度的增高而反应加剧，在350℃区间目标产物的产出率最为明显，生成的自由基较多，与氢气结合而成的轻组分较多。其他条件恒定下，目标产物的产出率随着压力的增加而呈现先增加后减小的趋势，在9MPa位置为最高点，压力再进行增加收率反而降低。其他条件恒定下，反应时间到达120min后基本趋于稳定，随着时间的增加收率的变化几乎不大，秉承生产反应的周期最短原则，将反应时间定为120min最佳。其他条件恒定下，铁系催化剂进行的煤焦油加氢反应目标产出物收率最大。其他条件恒定下，目标产物的产出率随着催化剂添加量的增加而呈现先增大后减小的趋势，在2g/mL时产出率达到峰值。
结束语：
煤焦油中含有大量的氮化合物、不饱和烃类物质、硫化合物以及多环芳烃等不饱和烃，是获得石脑油和优质燃料油的主要原料，煤焦油结合加氢技术进行生产可以有效提升石脑油和优质燃料油的收率，改善产品有的稳定性，降低其芳烃含量，同时还能够实现降低环境污染的作用，是当前我国转变能源发展，寻求石油能源替代主要方向。
参考文献：
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[2]房学飞.浅谈煤焦油加氢技术[J].中国石油和化工标准与质量.2014（09）
[3]杜娟，吴凡.煤焦油加氢技术概述[J].广东化工.2014（17）
论文作者:李特
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/7