以工業裝置生產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實驗。結果表明：精制煤焦油原料經過加氫改質后，餾程明顯前移，產品碳氫比略有下降，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，煙點指標增加，冰點降低，芳烴體積分數顯著減少，產品滿足國標（GB6537-2018）3號噴氣燃料標準。該技術具備高可行性、高原料利用率、高液體收率、高產品質量等特點，具有良好的經濟效益和社會效益。
伴隨著改革開放與經濟的高速發展，我國對噴氣燃料的需求與日俱增。2018年中國民航噴氣燃料的消費量為3463萬t，到2019年消費量達到了3684萬t，同比增長6.4%，這使得中國對目前噴氣燃料的主要化石能源石油的依賴程度逐年增加。化石能源是我國經濟可持續發展的重要基礎，我國煤炭資源較為豐富，但石油資源緊缺，天然氣資源不足，煤炭產量和消費量在一次能源結構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”的特殊能源結構，為了保證國家能源戰略安全的基本需求，在未來很長一段時間我國以煤為主的能源結構不會有太大改變。隨著當前國際局勢和全球石油資源的日益緊張，人們對石油替代品的關注度也隨之增加。補全我國石油資源緊缺的短板只能通過煤基替代燃料實現，充分利用煤炭資源生產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中一種重要的副產物，在適宜的溫度和壓力條件下，通過催化反應脫除油品中含有的氧、氮、硫等雜原子化合物，同時對其中含有的烯烴和多環芳烴等不飽和化合物進行飽和，以及通過裂化反應生成小分子，通過這些反應的合理調控實現油品的輕質化，改善油品的穩定性、顏色、氣味、燃燒性能等達到提升油品品質的目的。煤焦油經加氫改質之后，可以形成高閃點、高煙點、低冰點的產品油，具有噴氣燃料的基本特性特征。本文采用固定床加氫改質工藝，在實驗室中試裝置上，考察了陜北精制煤焦油的加氫改質效果，并成功制得符合國標（GB6537-2018）的3號噴氣燃料產品。1 實驗部分1.1 實驗原料以陜北某企業工業裝置中加氫精制煤焦油為原料，其主要性質見表1。
由表1可以看出，精制煤焦油油密度為0.8666g·cm-3，初餾點為79.8℃，終餾點為457.8℃，餾分相對較寬，且模擬餾程的50%點溫度為266.6℃，已經接近常規噴氣燃料餾分的終餾點溫度，70%點溫度為313.2℃，已經超過了3號噴氣燃料國標中規定的終餾點溫度，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，凝點為4℃。精制煤焦油原料的碳質量分數為87.31%、氫質量分數為12.68%、硫質量分數為7.4μg·g-1、氮質量分數為79.8μg·g-1。通過精制煤焦油原料的質譜組成可以發現，該原料的鏈烷烴質量分數為20.7%；總環烷烴質量分數為28.6%，其中單環烷烴為3.7%、雙環烷烴為8.1%，三環烷烴為13%、四環烷烴為3.8%，可以看出精制煤焦油的三環和四環的重餾分環烷烴較高，如果直接切割出噴氣燃料餾分并不利于控制其冰點；精制煤焦油的總芳烴質量分數為50.7%，其中單環芳烴為44.6%、雙環芳烴為4.8%、三環芳烴為0.9%，四環芳烴為0.1%，可以看出雖然煤焦油原料經過加氫精制，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，且芳烴過高會導致噴氣燃料的煙點指標明顯下降，易導致密度指標和煙點指標不符合3號噴氣燃料標準。1.2 技術路線選擇原料精制煤焦油130~280℃噴氣燃料餾分主要性質如表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、碳質量分數為87.15%、氫質量分數為12.49%、硫質量分數為6.4μg·g-1、氮質量分數為53.6μg·g-1、閃點（閉口）為45℃、冰點為-27.6℃、煙點為13.5mm、芳烴體積分數為20.1%。
由表2可以看出，精制噴氣燃料餾分的密度、冰點、煙點和芳烴體積分數這4種指標不滿足國標3號噴氣燃料標準（GB6537-2018），與之前煤焦油原料的分析結果一致。因此，必須對該原料進行加氫改質，對煤焦油原料中的芳烴組分進行加氫飽和，將大量的單環和雙環芳烴飽和為環烷烴，可一定程度上降低噴氣燃料餾分密度，同時還可大幅提升噴氣燃料餾分煙點并大幅降低冰點。由于精制煤焦油原料的重組分較多，可以對重組分中的環烷烴和鏈烷烴進行加氫裂化使其開環和斷鏈，進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。中型加氫實驗裝置原則流程如圖1所示。精制煤焦油與氫氣混合后經過R1~R3加氫改質反應器進行加氫反應，反應器中裝填有加氫催化劑，實驗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的高耐氮加氫改質催化劑。加氫改質流出物經過高壓分離器和低壓分離器分離后得到加氫改質生成油，分離出的氣體經過純化后作為循環氫使用，加氫改質生成油進人D1~D3分餾系統分餾后得到噴氣燃料產品餾分。
2 結果與討論表3為精制煤焦油加氫改質中試實驗工藝條件和產品分布。
由表3可以看出，在反應壓力為15.0MPa、體積空速為0.8h-1、反應溫度為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%。對比未進行加氫改質的精制煤焦油數據可以發現，改質生成油的130~280℃噴氣燃料餾分的收率比加氫改質前精制煤焦油的130~280℃噴氣燃料餾分收率有了明顯提高。表4加氫改質生成油產品的主要性質。由表4可以看出，改質生成油產品的密度為0.8045g·cm-3，相比于加氫前的精制煤焦油密度略有降低。通過模擬餾程數據可以發現，改質生成油的初餾點為67.4℃、70%溫度點為235.4℃、終餾點為409.2℃，可以看出精制煤焦油經過加氫改質后餾程明顯前移，重組分明顯減少。改質生成油產品的凝點為-25℃，相比于加氫前的凝點明顯下降。改質生成油的碳質量分數為85.43%、氫質量分數為14.56%、硫質量分數為3.4μg·g-1，氮質量分數為1.1μg·g-1，可以看出通過加氫改質，產品的氫含量占比有所上升，碳含量相對下降。通過質譜組成的數據可以發現，加氫改質生成油的鏈烷烴質量分數為40.3%，相比于加氫前有所增加，說明加氫改質過程發生了明顯的開環反應；總環烷烴質量分數為49.5%，相比于加氫改質前變化不大；總芳烴質量分數為10.2%，可以看出相比于加氫改質前明顯減少，說明大多數芳烴通過加氫改質發生了飽和反應。
表5為加氫改質生成油130~280℃噴氣燃料餾分的主要性質，其中改質生成油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、50%溫度點和干點的溫度分別為 164.1 ℃、202.3℃和266.2℃。碳、氫元素的質量分數分別為86.0%和13.99%，可以發現加氫改質后的噴氣燃料餾分相比于加氫改質前的噴氣燃料餾分中的氫含量相對變高，碳含量相對降低，碳氫比略有下降。硫、氮元素的質量分數分別為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。改質生成油噴氣燃料餾分的閉口閃點溫度為47℃，相比于加氫改質前噴氣燃料餾分的閉口閃點略有增加。改質生成油噴氣燃料餾分的冰點溫度小于-55℃，相比于加氫改質前噴氣燃料餾分的冰點大幅降低。改質生成油噴氣燃料餾分的煙點為25.9mm，相比于加氫前的噴氣燃料煙點顯著增加。通過質譜組成可以看出，精制煤焦油通過加氫改質后，噴氣燃料的芳烴質量分數為4.0%，體積分數為0.8%，相比于加氫改質前芳烴含量明顯降低改質生成油噴氣燃料的環烷烴質量分數為75.9%，一環、二環和三環烷烴的質量分數分別為41.5%、26.0%和8.4%，相比于加氫改質前均有所增加。改質生成油噴氣燃料的鏈烷烴質量分數為20%，相比于加氫前變化不大。3 結論1）以陜北某企業精制煤焦油作為加氫改質原料，經過加氫改制后，改質生成油餾程適度前移，噴氣燃料餾分收率高達59.63%，加氫改質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烷烴。2）改質生成油切割出的噴氣燃料閃點為47℃，煙點為25.9mm，冰點小于-55℃，芳烴體積分數為0.8%，硫和氮質量分數分別為1.9μg·g-1和1.0μg·g-1，可以看出該產品具有高閃點、高煙點、低冰點、低芳烴、低硫氮等特點，滿足國標（GB6537-2018）3號噴氣燃料標準。3）精制煤焦油加氫改質生產航煤技術可以最大限度地提高噴氣燃料收率，具備高技術可行性、高原料適應性、高原料利用率、高液體收率、高產品質量等特點，使用該精制煤焦油加氫改質技術可以有效緩解目前國內石油短缺、有效解決煤焦油原料污染環境等問題，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。