摘要：能源是国民经济可持续发展的重要物质基础，随着我国经济的迅速发展，由于国内油气资源不足，供需矛盾日益突出，因此对煤制油等能源化工项目投入了极大的关注。在煤多联产过程中，将产生的副产物煤焦油通过进一步处理获得燃料油、润滑油及其它高附加值的产品，对替代我国部分石油资源具有重要意义。
关键词：煤焦油；加氢技术；反应性；
1 煤焦油加氢反应的原理和方法
1.1 煤焦油加氢反应的原理
煤焦油的加氢反应主要由两种：加氢精制和加氢裂化。煤焦油反应物在一定温度、压强的条件下混入适合的催化剂与氢气进行反应，通过氢气的置换作用使得碳氧、碳硫、碳氮分子键断裂，进而发生一系列的反应。煤焦油加氢反应主要有：烯烃加氢饱和、芳烃加氢饱和、加氢脱硫、加氢脱氮以及加氢脱氧等。
1.2 煤焦油加氢反应的方法
首先，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。
其次，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。
第三，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。
第四，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。
第五，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
影响煤焦油进行加氢反应的影响因素种类有很多，主要包含：煤焦油种类、催化剂种类、供氢溶剂、反应温度、反应压力催化剂使用量、停留时间以及搅拌速率等。
供氢溶剂在煤焦油加氢反应中的主要影响为：提升煤焦油、氢气、固体催化剂的接触，降低煤焦油原料的黏度，进而提升加氢反应的速率。
催化剂在煤焦油加氢反应中的主要影响为：有效降低加氢反应过程所需的活化能，进而推进反应的进程。催化剂选用的过程要遵循活性高、反应性高、价格低、寿命长的特点，通常有铁系催化剂、金属催化剂以及金属卤化物催化剂。
反应温度是影响煤焦油加氢技术的一项重要因素，煤焦油的加氢过程必须在一定的温度条件下进行，不然，无论多长时间、多高的压强或者何种催化剂都无法引起反应进程，但是过高的温度会造成反应的聚合现象，且极大的损耗反应的设备。
反应压强也是煤焦油加氢技术的一项重要影响因素，氢气压力的提升有助于提升加氢反应速率，能够帮助催化剂更好的吸附氢气，使得催化剂的活性得到充分的利用，进而提升煤焦油的加氢反应效率。
3 煤焦油加氢反应性的实验研究
本文通过正交实验方法和气象色谱分析手段来进行煤焦油加氢反应性的实验研究，进而观察反应温度、反应压力、反应时间、催化剂种类以及催化剂添加量对于煤焦油加氢效果的影响，并通过对实验结果的分析，探寻提升煤焦油反应质量的策略。
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
（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
（2）煤焦油加氢反应操作步骤
1）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。
2）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。
3）充入5 MPa氢气至高压反应釜中，静止4h，检查是否漏气
4）将高压反应釜搅拌器转速调至300转/分并打开。
5）按上述正交实验表反应温度加热高压反应釜。
6）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。
7）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。
8）放空氢气，取出反应物，存入广口瓶，以待下一步分析。
9）清洗并烘干高压反应釜的反应器，以备下一次实验。
3.5 沸腾床渣油加氢装置加氢反应性研究
沸腾床渣油加氢技术因原料适应性强、轻质油收率高、操作模式灵活等优点而备受企业青睐，如何实现装置长周期稳定运行至关重要，通过对已经工业化的沸腾床渣油加氢装置实际运行情况分析，发现存在诸多影响沸腾床加氢装置稳定运转的因素，其中最为重要的原因为渣油在深度转化过程中因体系分相结焦而导致的设备堵塞等。
实际工业运转装置停工原因统计发现：反应器、级间分离器、热低分、常减压塔底部、减压炉及减底换热器等部位易结焦，是导致装置非正常停工的重点区域，工业装置易结焦区域分布参见图1。
.png)
渣油胶体稳定性一般取决于体系的结构、组成以及外部环境的条件的变化，例如通过加热改变温度和停留时间.外部环境的变化能够改变渣油的组成结构，从而影响渣油体系的相分离特性。渣油的组成一般采用四组分分离方法，分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质，其中胶质又可以分为胶质轻组分、胶质重组分。
4 结语
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，文章针对（陕北神木两家焦化厂）的煤焦油样本进行实验分析，采用正交实验方法和气象色谱分析手段来分析煤焦油加氢的反应性，进而寻求出煤焦油加氢反应生产的优化条件，促进我国煤焦油加氢反应的生产效率。
参考文献：
[1]杨怀旺，姚润生.煤焦油加工技术进展和发展对策[J].煤化工，2006（1）：11-14.
[2]白建明，李冬，李稳宏.煤焦油深加工技术[M].北京：化学工业出版社，2016.
论文作者:李胜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/16
标签：煤焦油论文; 催化剂论文; 氢气论文; 正交论文; 渣油论文; 温度论文; 因素论文; 《基层建设》2019年第28期论文;