以工業(yè)裝置生產(chǎn)的加氫精制煤焦油為原料，在壓力為15.0MPa、溫度360℃、空速0.8h-1、氫油體積比為1000的條件下，在固定床中試裝置上開展加氫改質(zhì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：精制煤焦油原料經(jīng)過加氫改質(zhì)后，餾程明顯前移，產(chǎn)品碳?xì)浔嚷杂邢陆�，飽和烴含量明顯提升，芳烴含量顯著下降。切割出的130~280℃噴氣燃料餾分收率明顯增加，煙點(diǎn)指標(biāo)增加，冰點(diǎn)降低，芳烴體積分?jǐn)?shù)顯著減少，產(chǎn)品滿足國標(biāo)（GB6537-2018）3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)具備高可行性、高原料利用率、高液體收率、高產(chǎn)品質(zhì)量等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

伴隨著改革開放與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國對(duì)噴氣燃料的需求與日俱增。2018年中國民航噴氣燃料的消費(fèi)量為3463萬t，到2019年消費(fèi)量達(dá)到了3684萬t，同比增長(zhǎng)6.4%，這使得中國對(duì)目前噴氣燃料的主要化石能源石油的依賴程度逐年增加�；�石能源是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，我國煤炭資源較為豐富，但石油資源緊缺，天然氣資源不足，煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量在一次能源結(jié)構(gòu)中所占的比重始終保持在70%以上。由于我國存在著“富煤、缺油、少氣”的特殊能源結(jié)構(gòu)，為了保證國家能源戰(zhàn)略安全的基本需求，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)有太大改變。隨著當(dāng)前國際局勢(shì)和全球石油資源的日益緊張，人們對(duì)石油替代品的關(guān)注度也隨之增加。補(bǔ)全我國石油資源緊缺的短板只能通過煤基替代燃料實(shí)現(xiàn)，充分利用煤炭資源生產(chǎn)石油替代品已成為重要的研究課題之一。煤焦油是煤焦化工業(yè)中一種重要的副產(chǎn)物，在適宜的溫度和壓力條件下，通過催化反應(yīng)脫除油品中含有的氧、氮、硫等雜原子化合物，同時(shí)對(duì)其中含有的烯烴和多環(huán)芳烴等不飽和化合物進(jìn)行飽和，以及通過裂化反應(yīng)生成小分子，通過這些反應(yīng)的合理調(diào)控實(shí)現(xiàn)油品的輕質(zhì)化，改善油品的穩(wěn)定性、顏色、氣味、燃燒性能等達(dá)到提升油品品質(zhì)的目的。煤焦油經(jīng)加氫改質(zhì)之后，可以形成高閃點(diǎn)、高煙點(diǎn)、低冰點(diǎn)的產(chǎn)品油，具有噴氣燃料的基本特性特征。本文采用固定床加氫改質(zhì)工藝，在實(shí)驗(yàn)室中試裝置上，考察了陜北精制煤焦油的加氫改質(zhì)效果，并成功制得符合國標(biāo)（GB6537-2018）的3號(hào)噴氣燃料產(chǎn)品。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 實(shí)驗(yàn)原料以陜北某企業(yè)工業(yè)裝置中加氫精制煤焦油為原料，其主要性質(zhì)見表1。

由表1可以看出，精制煤焦油油密度為0.8666g·cm-3，初餾點(diǎn)為79.8℃，終餾點(diǎn)為457.8℃，餾分相對(duì)較寬，且模擬餾程的50%點(diǎn)溫度為266.6℃，已經(jīng)接近常規(guī)噴氣燃料餾分的終餾點(diǎn)溫度，70%點(diǎn)溫度為313.2℃，已經(jīng)超過了3號(hào)噴氣燃料國標(biāo)中規(guī)定的終餾點(diǎn)溫度，說明精制煤焦油原料中重組分含量偏高。精制煤焦油的50℃和100℃的黏度分別為2.067mm2·s-1和 1.401mm2·s-1，凝點(diǎn)為4℃。精制煤焦油原料的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.31%、氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.68%、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.4μg·g-1、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.8μg·g-1。通過精制煤焦油原料的質(zhì)譜組成可以發(fā)現(xiàn)，該原料的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.7%；總環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.6%，其中單環(huán)烷烴為3.7%、雙環(huán)烷烴為8.1%，三環(huán)烷烴為13%、四環(huán)烷烴為3.8%，可以看出精制煤焦油的三環(huán)和四環(huán)的重餾分環(huán)烷烴較高，如果直接切割出噴氣燃料餾分并不利于控制其冰點(diǎn)；精制煤焦油的總芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.7%，其中單環(huán)芳烴為44.6%、雙環(huán)芳烴為4.8%、三環(huán)芳烴為0.9%，四環(huán)芳烴為0.1%，可以看出雖然煤焦油原料經(jīng)過加氫精制，但是該精制煤焦油的芳烴含量依然較高，可能導(dǎo)致直接切割出的噴氣燃料餾分中含有較多芳烴組分，由于芳烴組分密度較高，且芳烴過高會(huì)導(dǎo)致噴氣燃料的煙點(diǎn)指標(biāo)明顯下降，易導(dǎo)致密度指標(biāo)和煙點(diǎn)指標(biāo)不符合3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)。1.2 技術(shù)路線選擇原料精制煤焦油130~280℃噴氣燃料餾分主要性質(zhì)如表2所示。將精制煤焦油切割出130~280℃的噴氣燃料餾分，其收率為45.31%，噴氣燃料的密度為0.8674g·cm-3、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.15%、氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.49%、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.4μg·g-1、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.6μg·g-1、閃點(diǎn)（閉口）為45℃、冰點(diǎn)為-27.6℃、煙點(diǎn)為13.5mm、芳烴體積分?jǐn)?shù)為20.1%。

由表2可以看出，精制噴氣燃料餾分的密度、冰點(diǎn)、煙點(diǎn)和芳烴體積分?jǐn)?shù)這4種指標(biāo)不滿足國標(biāo)3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)（GB6537-2018），與之前煤焦油原料的分析結(jié)果一致。因此，必須對(duì)該原料進(jìn)行加氫改質(zhì)，對(duì)煤焦油原料中的芳烴組分進(jìn)行加氫飽和，將大量的單環(huán)和雙環(huán)芳烴飽和為環(huán)烷烴，可一定程度上降低噴氣燃料餾分密度，同時(shí)還可大幅提升噴氣燃料餾分煙點(diǎn)并大幅降低冰點(diǎn)。由于精制煤焦油原料的重組分較多，可以對(duì)重組分中的環(huán)烷烴和鏈烷烴進(jìn)行加氫裂化使其開環(huán)和斷鏈，進(jìn)而使重組分的餾程前移至噴氣燃料餾分中，可以有效提高噴氣燃料餾分收率。中型加氫實(shí)驗(yàn)裝置原則流程如圖1所示。精制煤焦油與氫氣混合后經(jīng)過R1~R3加氫改質(zhì)反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)器中裝填有加氫催化劑，實(shí)驗(yàn)所用加氫催化劑為中石化（大連）石油化工研究院有限公司生產(chǎn)的高耐氮加氫改質(zhì)催化劑。加氫改質(zhì)流出物經(jīng)過高壓分離器和低壓分離器分離后得到加氫改質(zhì)生成油，分離出的氣體經(jīng)過純化后作為循環(huán)氫使用，加氫改質(zhì)生成油進(jìn)人D1~D3分餾系統(tǒng)分餾后得到噴氣燃料產(chǎn)品餾分。

2 結(jié)果與討論表3為精制煤焦油加氫改質(zhì)中試實(shí)驗(yàn)工藝條件和產(chǎn)品分布。

由表3可以看出，在反應(yīng)壓力為15.0MPa、體積空速為0.8h-1、反應(yīng)溫度為360℃、氫油體積比為1000的條件下，小于80℃輕石腦油餾分的收率為2.61%，80~130℃重石腦油餾分的收率為20.05%，130~280℃噴氣燃料餾分的收率為59.63%，280~350℃柴油餾分的收率為3.75%，大于350℃尾油餾分的收率為3.75%。對(duì)比未進(jìn)行加氫改質(zhì)的精制煤焦油數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，改質(zhì)生成油的130~280℃噴氣燃料餾分的收率比加氫改質(zhì)前精制煤焦油的130~280℃噴氣燃料餾分收率有了明顯提高。表4加氫改質(zhì)生成油產(chǎn)品的主要性質(zhì)。由表4可以看出，改質(zhì)生成油產(chǎn)品的密度為0.8045g·cm-3，相比于加氫前的精制煤焦油密度略有降低。通過模擬餾程數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，改質(zhì)生成油的初餾點(diǎn)為67.4℃、70%溫度點(diǎn)為235.4℃、終餾點(diǎn)為409.2℃，可以看出精制煤焦油經(jīng)過加氫改質(zhì)后餾程明顯前移，重組分明顯減少。改質(zhì)生成油產(chǎn)品的凝點(diǎn)為-25℃，相比于加氫前的凝點(diǎn)明顯下降。改質(zhì)生成油的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.43%、氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.56%、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.4μg·g-1，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1μg·g-1，可以看出通過加氫改質(zhì)，產(chǎn)品的氫含量占比有所上升，碳含量相對(duì)下降。通過質(zhì)譜組成的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，加氫改質(zhì)生成油的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.3%，相比于加氫前有所增加，說明加氫改質(zhì)過程發(fā)生了明顯的開環(huán)反應(yīng)；總環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.5%，相比于加氫改質(zhì)前變化不大；總芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.2%，可以看出相比于加氫改質(zhì)前明顯減少，說明大多數(shù)芳烴通過加氫改質(zhì)發(fā)生了飽和反應(yīng)。

表5為加氫改質(zhì)生成油130~280℃噴氣燃料餾分的主要性質(zhì)，其中改質(zhì)生成油130~280℃噴氣燃料餾分的密度為0.8198g·cm-3，相比于精制煤焦油的130~280℃噴氣燃料餾分密度略有降低。

由表5可以看出，常壓餾程的10%溫度點(diǎn)、50%溫度點(diǎn)和干點(diǎn)的溫度分別為 164.1 ℃、202.3℃和266.2℃。碳、氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為86.0%和13.99%，可以發(fā)現(xiàn)加氫改質(zhì)后的噴氣燃料餾分相比于加氫改質(zhì)前的噴氣燃料餾分中的氫含量相對(duì)變高，碳含量相對(duì)降低，碳?xì)浔嚷杂邢陆�。硫、氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.9μg·g-1和1.0μg·g-1,加氫后相比于加氫前的硫和氮含量略有降低。改質(zhì)生成油噴氣燃料20℃的黏度和-20℃的黏度分別為1.895mm2·s-1和4.695mm2·s-1。改質(zhì)生成油噴氣燃料餾分的閉口閃點(diǎn)溫度為47℃，相比于加氫改質(zhì)前噴氣燃料餾分的閉口閃點(diǎn)略有增加。改質(zhì)生成油噴氣燃料餾分的冰點(diǎn)溫度小于-55℃，相比于加氫改質(zhì)前噴氣燃料餾分的冰點(diǎn)大幅降低。改質(zhì)生成油噴氣燃料餾分的煙點(diǎn)為25.9mm，相比于加氫前的噴氣燃料煙點(diǎn)顯著增加。通過質(zhì)譜組成可以看出，精制煤焦油通過加氫改質(zhì)后，噴氣燃料的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%，體積分?jǐn)?shù)為0.8%，相比于加氫改質(zhì)前芳烴含量明顯降低改質(zhì)生成油噴氣燃料的環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.9%，一環(huán)、二環(huán)和三環(huán)烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為41.5%、26.0%和8.4%，相比于加氫改質(zhì)前均有所增加。改質(zhì)生成油噴氣燃料的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，相比于加氫前變化不大。3 結(jié)論1）以陜北某企業(yè)精制煤焦油作為加氫改質(zhì)原料，經(jīng)過加氫改制后，改質(zhì)生成油餾程適度前移，噴氣燃料餾分收率高達(dá)59.63%，加氫改質(zhì)130~280℃噴氣燃料餾分芳烴含量大幅下降，絕大部分被飽和為環(huán)烷烴。2）改質(zhì)生成油切割出的噴氣燃料閃點(diǎn)為47℃，煙點(diǎn)為25.9mm，冰點(diǎn)小于-55℃，芳烴體積分?jǐn)?shù)為0.8%，硫和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.9μg·g-1和1.0μg·g-1，可以看出該產(chǎn)品具有高閃點(diǎn)、高煙點(diǎn)、低冰點(diǎn)、低芳烴、低硫氮等特點(diǎn)，滿足國標(biāo)（GB6537-2018）3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)。3）精制煤焦油加氫改質(zhì)生產(chǎn)航煤技術(shù)可以最大限度地提高噴氣燃料收率，具備高技術(shù)可行性、高原料適應(yīng)性、高原料利用率、高液體收率、高產(chǎn)品質(zhì)量等特點(diǎn)，使用該精制煤焦油加氫改質(zhì)技術(shù)可以有效緩解目前國內(nèi)石油短缺、有效解決煤焦油原料污染環(huán)境等問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。