随着我国对能源尤其是化石能源附属产品需求的逐渐增大,煤焦化工业正受到越来越多的重视。而大力发展煤焦化的精馏技术是提升我国对煤炭资源有效利用的最有效途径。
1 煤焦化过程中精馏技术的发展
1.1 生产工艺改进
目前的生产工艺已经借用了大量的在石油化工中才会使用的先进理念,使得对煤炭的精馏效果得到了有力加强。我国部分企业已经引进了国外一些较为先进的煤焦化精馏技术,比如日本的焦油减压精馏工艺,此外,为了适应我国的特点,很多国内的煤炭化工企业在引进国外先进技术工艺的基础上,还对其进行了适当的改进和升级,因此,我国目前很多的煤炭企业在精馏技术方面提升较快,企业也因此获得更高的经济效益。
1.2 生产设备提升
随着时代的进步,各种先进设备正越来越多的问世,很多工艺甚至可以完全不依赖人工完成,既保证了精确性,又降低了人员成本。很多的研究院已经实现了对煤焦化精馏的自动化、精准化和规模化,很多生产企业都在不断改进设备技术,对导向浮阀、立体传质塔板、新填料已经斜孔塔板等效率极高的精馏塔内件进行了开发和应用,并且以目前来看,已经取得了非常理想的效果。在这之中,斜孔塔板的阻力较小,板效率高[1] ,有着良好的防堵效果和大处理量的优势,对于提升设备的生产效率起到巨大帮助。
1.3 降低热能消耗
目前,煤焦化精馏的过程通常是由多个高温的加工阶段组成,而近年来,很多煤炭企业都开始通过改进工艺和设备技术的方式,降低能源消耗,提高热能的利用率。随着时代的发展,很多的煤炭企业都改变了以往的观念,将越来越多的精力由对生产量的关注转移到对能源利用率的关注上。目前很多的生产企业开始重视对热能进行梯级耦合的利用,并且做到了使用能产生更多剩余热能并加以利用的设备,降低能源损耗。
2 煤焦化过程中精馏技术面临的挑战
2.1 对复杂物的精确计算
煤焦化精馏技术的快速发展得益于计算机科技的发展,先进的计算机技术使得生产企业可以利用电脑对焦化过程进行简单体系的模拟,然而,焦油是非常复杂的混合物,以目前的技术,对煤焦化的过程进行完整模拟难以做到,困难重重。煤焦油是一种成分非常复杂的混合物,目前所了解的有机物质就有500种左右,而这些只有煤焦油总有机物种类的55%,如此复杂的成本无疑是给精馏带来了巨大的挑战。为应对这一挑战,清华大学提出了虚拟组分的计算方法,对煤焦油进行组分,对于实际的已知含量部分就划分到实际部分;对于大量未知组分根据相应的性质特点划分到虚拟部分;对于高温组分只作简略划分。这种算法会使得对沥青的探究结果有偏差或错误,需要更深入的探究。
2.2 对非理想体系气液平衡的预测
在进行精馏时,会产生共沸现象,在煤焦油中,苯-噻吩体系、甲基萘-喹啉体系等共沸体系是其中比较常见的类型。虽然这些体系中,不同成分在单独环境下表现出不同的沸点,但当混合在一起时,就有可能产生共沸现象[2] 。共沸现象不利于分离煤焦油混合物中的有用成分,尤其是在使用精馏技术的前提下,因此,很多研究机构都在试图剖析产生共沸现象的原理。目前,超分子溶液结构假说是其中的一种研究方向,用超分子假说代替计算复杂的活度系数法,定量计算气液相平衡和推测溶液共沸现象产生的原因。经实验得知,同种超分子的大小和数量与异种超分子的大小和数量的不同组合,导致了气液平衡下产生共沸现象。虽然这一假说揭示了共沸的实质,但并不十分严谨,仍需进一步验证。
2.3 分离难分物系的精馏技术
焦化精馏受到其组分的复杂性影响,很多的精馏过程都需要面对含共沸或相对挥发度小的体系,这种情况下,普通的精馏难以实现对煤焦油各成分的分离,而只有采取特殊精馏的方式才可以将难分物从煤焦油中分离出来。例如目前已经被广泛应用的萃取精馏方法,比如采用加氢精制过程中苯和烷烃的分离技术。苯和正己烷具有最低共沸现象,在目前已经运行的工业装置中,采用DMF(二甲基甲酰胺)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)作为萃取剂的萃取精馏工艺有着最好的分离效果。非加氢的精馏-吸附工艺精制焦化苯的工艺需要将噻吩和苯从煤焦油中分别分离出来,而噻吩和苯同样具有最低共沸的特性,因此,使用含氮的溶剂就可以有效将苯提炼出来,例如使用DMF(二甲基甲酰胺)。随着现代工业对焦化产品纯度要求的提高,越来越先进的精馏技术层出不穷,将来的精馏技术一定会得到更明显的提升。
3 结语
目前,我国的煤焦化精馏技术能够保证高效的生产、极低的能源消耗和轻微的环境污染等要求,但即便如此,我国的煤焦化精馏技术和西方国家依然存在差距,因此,我国的煤炭行业还应再接再厉,引进或研发新的技术,以应对新的挑战。
摘要：煤焦化是以煤为原料,在阻隔空气的情况下,将温度上升至950℃,经过高温干蒸馏生产焦炭并同时产生煤气和煤焦油的工艺。成熟的精馏技术能够有效提高煤炭的利用率。虽然我国在煤焦化的发展中,精馏技术也得到了一定的提升,但未来还将面临众多挑战。
关键词：煤焦化,精馏技术,发展,挑战
参考文献
[1] 赵伟喆.探析煤焦化过程中精馏技术的发展以及面临挑战[J].化工管理,2014,27(14):159-159.
[2] 刘建丽.热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用分析[J].化工管理,2014,27(30):93-93.