煤焦油分离技术的研究进展
刘洁，宗志敏**
作者简介：刘洁，（1988-），女，硕士研究生，煤焦油分离
通信联系人：宗志敏，（1960-），女，中国矿业大学教授，主要研究方向：重质碳资源的高效利用. E-mail:
553714416@qq.com
（中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008）
5 摘要：本文对煤焦油组分进行分析，论述了煤焦油分离的重要性及意义，简述了煤焦油分离
的传统工艺，并指出其存在的缺点。详细介绍了国内外煤焦油分离新技术的发展现状,并对
各种新工艺适用的范围及优缺点加以介绍。其中，重点介绍了煤焦油的萃取分离技术， 发
现温和条件下的萃取分离工艺与其他分离新技术相比具有更加广阔的应用前景，可以实现工
业化规模生产，能够以较为低碳的方式实现对煤焦油当中族组分的高效分离和重质碳资源的
10 有效科学而合理的利用。
关键词：煤焦油；分离；进展
中图分类号：TQ522.64
Development of separation for coal tar
15 Liu Jie, Zong Zhimin
(SCET of china university of mining and technilogy, JiangSu XuZhou 221008)
Abstract: This paper analyzes on coal tar components, and expounds the traditional process of the
separation for the coal tar and pointing out the existing shortcomings. Briefly introduced the new
development of the technology of coal tar separation technique and their advantages and
20 disadvantages, and the applicable scope of all kinds of new technology were introduced. Among
them, the paper focuses on the extraction separation technology,and found that extraction
separation in mild conditions have a vaster potential.It can realize the industrialization scale
production, the efficiency of seperating fraction from coal tar in a low-carbon manner and the
utilization of heavy carbon resources in a effective and scientific and resonable way.
25 Keywords: coal tar; depart; progress
0 引言
煤焦油是煤在干馏和气化过程中获得的具有刺激性臭味、呈黑色或黑褐色粘稠状的液体
产品，产率大约占炼焦干煤的3%- 4%。按照热解温度的不同把煤焦油分为三类，即低温煤
30 焦油（450 ℃-550℃ ）、中温煤焦油（600℃-800 ℃）和高温煤焦油（1000 ℃）[1]。 煤
焦油中含有上万种有机化合物, 目前可以鉴定出的仅有500 余种，约占煤焦油总量55%，其
中有苯、萘等174 种中性组分；酚、甲酚等63 种酸性组分和113 种碱性组分[2-3]。
煤焦油是生产沥青焦，优质软、硬质炭黑，石墨电极，工业萘、酚、蒽油等多种化工产
品的重要原料[4]。煤焦油中有些产品具有极大的经济价值, 有些产品甚至不可能或者不能经
35 济地从石油化工原料中取得,如多环芳烃和炭素工业的沥青就主要来自煤焦油。
目前，我国煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油、萘油及改质沥青等，再经深加工后制
取苯、酚、萘、蒽等多种化工原料[5]，产品数量众多、用途十分广泛。
1 煤焦油分离技术现状
目前，工业上分离煤焦油主要采用蒸馏技术。
40 煤焦油的蒸馏按操作方式可分为间歇式焦油蒸馏和连续式焦油蒸馏。焦油连续式蒸馏一
般采用常压蒸馏工艺，可以分为一塔式、二塔式和多塔式。依次可以得到轻油、酚油、萘油、
 洗油、一蒽油、二蒽油及沥青[6]。目前国内大多都采用一塔式或二塔式焦油蒸馏工艺。
煤焦油的蒸馏按有无真空度又可以分为常压蒸馏和减压蒸馏为提高馏分油收率，降低焦
油蒸馏过程能耗，防止焦油在管式炉中因温度过高而结焦，国外一些焦油加工企业采用减压
45 煤焦油蒸馏工艺。煤焦油减压蒸馏具有较高的优越性，但该工艺最大的问题是轻油损失较多，
而采用常减压焦油蒸馏工艺既可以充分体现减压蒸馏得优点，又可以避免轻油的损失，这在
德国的煤焦油加工企业得到广泛应用[7]。
张红彦和王立成均采用PRO/Ⅱ为工具对煤焦油两塔式连续蒸馏工艺进行了模拟研究。
研究表明用PRO/Ⅱ进行模拟是改进工艺的有力工具，将模拟结果与现场数据进行比较后，
50 发现模拟的工艺能大大提高了煤焦油中的酚和萘的回收率，改善了馏分间混杂的情况，降低
了煤焦油加热[8-9]。陈小波同样也采用PRO/Ⅱ对煤焦油常压蒸馏工艺进行了模拟，找到了系
统优化的方法，在生产实践中得到了验证。随后又对常减压工艺流程进行了模拟与分析，发
现其在产品质量、种类和能耗等方面均优于常压流程，相同出料情况下可节能10.62%[10]。
张玉贵等采用色质模拟蒸馏试验[11]，得到一条相对准确的蒸馏曲线，该曲线具有操作
55 方便快捷、样品用量少、数据准确、结果重现性好等优点。为煤焦油高效精馏塔的设计提供
了重要的理论依据。
虽然传统的煤焦油分离技术在煤焦油的工业应用中发挥了很大的作用，但是其有明显的
缺点，主要表现为以下几个方面。
（1）闪蒸塔的分离能力一般都较低，煤焦油在二次蒸发器内进行汽化时，轻重组分的
60 分离效果不好，轻重组分混杂严重，再加上在二次蒸发器顶部又以一蒽油回流，致使萘、酚
及其它轻质组分容易混入二蒽油和沥青中。
（2）馏分塔分离能力明显不足，酚、萘在各馏分中混杂非常严重，酚、萘的损失也很
严重，后续加工负荷大，造成环境污染也较为严重[12]。
（3）煤焦油的加热温度过高，超过400℃，不仅大量消耗了加热介质，而且在设备的
65 高温区容易结焦造成管道堵塞。
（4）煤焦油加热温度高，各产品热能一般不回收，过程能耗大。
（5）设备投资大。
基于上述缺点，为了减少环境污染，做到清洁的生产，必须对传统工艺进行改进，以降
低煤焦油加热的温度，提高其分离能力。因此，寻找新的煤焦油加工分离技术对国民经济的
70 可持续发展具有非常重要的意义。
2 煤焦油分离新技术
2.1 结晶分离法
结晶技术是传统的分离工艺, 但对于像煤焦油这样的多元复杂组分的分离采用结晶法,
其能力较低, 使用受到限制。但是结晶技术在对于一些沸点相近, 但结晶点相差较大的物系
75 的分析, 效果明显。例如煤焦油轻油中分离出的混二甲苯组分，其混合产品的利用价值较低，
提取其中的对二甲苯，将大大提高产品的附加值。目前国际上已流行用吸附-结晶技术来提
取纯对二甲苯[13]。
结晶分离法只适合焦油下游产品的精制和加工，而对于焦油的族组分的分离效果有限，
此外就是结晶工艺操作周期较长，且部分产品分离的纯度不够。
 80 2.2 压力析晶法
压力晶析法使用机械能进行分离操作，因此节能效果较好。而且在晶析时压榨和固液分
离同时进行，所以一次操作就可得到较高纯度的产品。通过高压下相平衡的变化还可以分离
出常压下难以分离的化合物，有望成为过去利用受到限制的化合物的有效分离方法的新方法
[14]。
85 压力晶析法是根据加压情况下晶体熔点升高的原理加以开发利用的技术，采用加压的方
法使结晶形成、长大从而达到分离的目的。卡浩之等介绍了用压力结晶法精制2-甲基萘、
氧芴、联苯、萘、茚和3, 5-二甲苯等焦化产品，可使纯度达到98%～99%[15]。Liya 等通过
重力柱色谱分离煤焦油并达到分析组分的目的[16]。
压力析晶工艺可以解决部分低凝固点焦油产品的晶体分离问题，有助于煤焦油中蒽等高
90 沸点的多环芳烃的分离及精制，但是其对设备的要求很高，而且应用范围有限。
2.3 共沸蒸馏和萃取蒸馏分离法
共沸蒸馏和萃取蒸馏在煤焦油加工过程中属于较为先进的工艺。日本住友金属化工公司
选用二甘醇、乙二醇等做溶剂，与 95%萘馏出后的残渣油共沸，使之与煤焦油馏分中的杂
环化合物形成共沸难溶体系，使萘和甲基萘等二环芳烃选择性地与杂环化合物分离[17-18]。山
95 荫等利用萃取蒸馏的方法改善了精制萘的工艺，在体系中加入二乙醇胺可以较好地浓缩杂
质，提高萘的分离精制效果[19]。张超群等以粗蒽为原料，采用溶剂萃取一恒沸蒸馏一升华
组合的工艺路线提取精蒽和精咔唑[20]，其工艺流程简单，操作方便，对设备的要求不高，
产品纯度可操作性强，并能取得较高的蒽和咔唑收率，其经济效益明显。
共沸蒸馏法虽然说在一定程度上可以缓解能耗问题，但是其应用范围有限，只能针对个
100 别的馏分，最重要的是共沸剂的选择问题。
2.4 超临界萃取分离法
超临界流体萃取技术是利用物质在超临界状态下优异的溶解能力进行提取目标产物的
新技术。它利用超临界流体作为萃取剂，控制体系的压力和温度使待分离组分溶解于其中，
然后通过降压或升温的办法，降低超临界流体的溶解能力，使待分离物析出，完成萃取过程
105 [21]。目前，最常用的超临界流体萃取溶剂是二氧化碳。
由于焦油中主要馏分的初沸点存在差异，使分离过程成为可能。尽管其中酚、萘等沸点
较高，但利用超临界二氧化碳可以方便的将这些物质在比常温略高的条件下萃取出来[12]。
不仅节约了能量，也避免了在高温条件下结焦的可能。
将二氧化碳超临界技术应用于煤焦油加工工业，从技术上讲是可行的，而且有利于节能
110 降耗，避免了热敏性物质的分解,它体现了高效、环保等现代化工业生产的必然要求。但在
目前，超临界技术应用于煤焦油加工的工业实践还没有，需要做大量的基础研究。
2.5 溶剂萃取分离法
溶剂萃取法实质上是利用不同物质在选定溶剂中溶解度的不同, 以分离被处理溶液中
的组分的方法。它是一个复杂的物理-化学过程。液- 液萃取技术已经非常成熟, 只要找到合
115 适的萃取体系, 就能应用到煤焦油的分离中。
丛兴顺简单介绍了萃取剂、助溶剂和稀释剂对煤焦油萃取效率的影响。提出了煤焦油的
萃取分离需要在适当的萃取体系、确定了最佳条件、选择好萃取方法和萃取设备时才能充分
 发挥出来的观点[22]。
黄志雄等采用分析纯丙酮和甲醇在自行设计的磁力搅拌溶剂循环固液萃取装置中对煤
120 焦油进行萃取[23]，并对萃取物作GC/MS 分析。分析结果表明，在石油醚的萃取物中所检测
到的均为芳香族化合物，含量最高的是蒽，其相对含量达到26.1%，其次是萘，其含量也高
达15.3%，除了芳烃外，还含有少量芳烃的衍生物。在甲醇萃取物中鉴定出来的也主要是萘
和蒽,只是相对含量不同,萘含量高达41%，蒽含量也达到了22%。通过他们的研究可以说明
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