煤焦油懸浮床加氫研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

彭佳民(中國神華煤化工有限公司鄂爾多斯分公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

通常情況下，煤焦油加工類型有加氫、溶劑脫瀝青、脫碳三類方法。脫碳工藝比如像催化裂化與焦化，加氫工藝比如像加氫裂化與加氫處理。根據(jù)報道，2013年，國內(nèi)煤焦油市場行情出現(xiàn)多次震蕩，到2013年底，我國煤焦油加工處理能力約2230萬噸/年，2013年全國煤焦油產(chǎn)量約2000萬噸。2014年上半年，全國煤焦油產(chǎn)量約970萬噸。煤焦油的加氫處理與裂化技術(shù)依據(jù)反應(yīng)器能夠劃分成固定床，沸騰床，移動床與懸浮床反應(yīng)器這四類。

1 懸浮床反應(yīng)器簡介

懸浮床技術(shù)是一種熱加氫裂化/加氫工藝，可將石油殘渣轉(zhuǎn)化成可以直接用于市場

銷售的餾分，這個過程的轉(zhuǎn)化率很高（＞95%，524℃+），液體產(chǎn)品收率也高于100%，原料與添加劑調(diào)和成漿，然后注入到流程的高壓段。添加補充氫氣后原料經(jīng)反應(yīng)器出料換熱器預(yù)熱并進(jìn)行余熱回收，再經(jīng)過加熱爐預(yù)熱。

煤焦油懸浮床加氫工藝與固定床的加氫比較，流程結(jié)構(gòu)相對比較簡單。由于煤焦油密度大（1.160-1.220g/cm3），固含量高，粘度大等特點，為滿足特殊原料性質(zhì)的特點，因此懸浮床反應(yīng)器內(nèi)沒有催化劑床層，懸浮床加氫化反應(yīng)器選取空筒結(jié)構(gòu)，懸浮床反應(yīng)器是個圓柱體，帶有一個圓錐形封頭。這個反應(yīng)器就是所謂的“冷”壁反應(yīng)器，因為它的外面沒有保溫層。反應(yīng)器的內(nèi)部裝有保溫層/耐熱層，裝在反應(yīng)器的內(nèi)壁上。懸浮床反應(yīng)器內(nèi)有一個套管，用于將工藝流體與保溫層分離開，同時給反應(yīng)器提供一個光滑的流體力學(xué)表面。但是要把煤焦油原料和氫氣相互融合，憑借多重氣液的分布器推動氫氣在煤焦油當(dāng)中實現(xiàn)溶解平衡，懸浮床加氫反應(yīng)器可以選擇合理內(nèi)部構(gòu)造實現(xiàn)加強氣液傳質(zhì)的目的。目前學(xué)術(shù)界對于氫氣在煤焦油當(dāng)中溶解做過系統(tǒng)性研究。結(jié)果證明，一般在加氫工藝中，氫氣在煤焦油當(dāng)中溶解度大概是1g/kg，總壓升到24MPa的時候，溶解度才可以達(dá)至2g/kg左右，強化氫和煤焦油氣液傳質(zhì)對于加氫轉(zhuǎn)化與抑制生焦具有重要意義?；竟に嚵鞒虨椋涸辖?jīng)過原料泵升壓與添加劑泵加壓后的添加劑混合后換熱、加熱后與循環(huán)氫出口流量相混合，進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)過分配盤在反應(yīng)器中反應(yīng)，由于轉(zhuǎn)化過程是一個高放熱反應(yīng)，必須給反應(yīng)器提供急冷氣體，用于溫度控制所產(chǎn)生的熱量，熱量通過上流的反應(yīng)產(chǎn)物、循環(huán)氫帶出。添加劑用于吸收加氫反應(yīng)過程中不需要的副產(chǎn)品，最小化反應(yīng)器內(nèi)表面形成焦碳層。特別是煤焦油進(jìn)料中的瀝青質(zhì)受到添加劑的限制，可防止其作為焦碳前驅(qū)物發(fā)揮作用。添加劑還可穩(wěn)定液相反應(yīng)器中的流動狀態(tài)。自反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入熱高壓分離器，進(jìn)行氣，液，固分離。氣體和輕組分從頂部流出，進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)一步加氫處理，從固定床出來的產(chǎn)物經(jīng)冷卻后進(jìn)行分離，氣體氫氣進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機作為循環(huán)氫與來自新氫壓縮機的新氫混合，混合氫與原料油混合作為反應(yīng)進(jìn)料；熱高分底部產(chǎn)物經(jīng)過減壓閥后進(jìn)入閃蒸塔進(jìn)行液固分離。液體作為產(chǎn)品在后續(xù)工藝中深加工，固體作為殘渣處理。熱低分底部油品經(jīng)過減壓后，進(jìn)入分餾加熱爐加熱后進(jìn)入分餾塔分離。

2 煤焦油懸浮床加氫技術(shù)特點

懸浮床和固定床相比，懸浮床反應(yīng)器對原料中機械雜質(zhì)要求不是很嚴(yán)格，而固定床反應(yīng)器對原料中固含量的要求是不大于0.01%；懸浮床反應(yīng)器所用催化劑同反應(yīng)進(jìn)料同時加入，可以保證反應(yīng)器中催化劑的活性和選擇性長期保持不變；因此，懸浮床反應(yīng)器不會因為催化劑的活性逐漸降低而需要提高反應(yīng)器溫度來彌補；懸浮床反應(yīng)器沒有固定的床層，不會因為床層的壓降升高而影響長周期運行。從以上特點分析，懸浮床加氫技術(shù)比其它加氫技術(shù)具有更多的優(yōu)越性。

早在二十世紀(jì)三十年代初期，人們對于懸浮床加氫反應(yīng)器就已經(jīng)展開了研究，歐美學(xué)術(shù)界開始對于反應(yīng)器嘗試做相關(guān)模型進(jìn)行研究。懸浮床加氫反應(yīng)器使用特殊的內(nèi)置導(dǎo)流管反應(yīng)器,固體催化劑處于懸浮狀態(tài),氣液固三相反應(yīng)器內(nèi)可以達(dá)到完全混合,大大加快了質(zhì)量傳遞速度。所采用的催化劑顆粒大小均勻,懸浮在反應(yīng)物中,可以有效地抑制焦炭生產(chǎn),依靠高溫裂解原料的深度,生產(chǎn)出更多的輕油產(chǎn)品。與其他三個類型的反應(yīng)器相比,它的主要內(nèi)容是可涵蓋任何雜質(zhì)的加工材料,如加工高硫、高殘?zhí)肌⒏哒扯?、高金?劣質(zhì)渣油、高瀝青質(zhì)等再加工產(chǎn)品和二次加工成品。撫順石油大學(xué)研究所對于懸浮床相關(guān)技術(shù)也進(jìn)行了研究,并在撫順石油工廠建立了工業(yè)示范裝置。由于懸浮床可以與高粘度、高金屬、高瀝青質(zhì)和其他低級的重油一起回收,引起全世界更多石油公司關(guān)注,大量開展對懸浮床加氫裂化催化劑相關(guān)研究。煤焦油懸浮床加氫相關(guān)技術(shù)仍然在不斷開發(fā)中，煤焦油加氫技術(shù)，可以在具體操作的時候適當(dāng)添加劣質(zhì)的含硫原油渣油，也可以用來對劣質(zhì)稠油進(jìn)行加工，也可以利用該項技術(shù)對油砂瀝青這些劣質(zhì)原料進(jìn)行加工。該項技術(shù)能夠生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)質(zhì)的柴油與石腦油；同時輕油收率與轉(zhuǎn)化率比較高，特別柴油餾分的收率非常高。煤焦油懸浮床加氫可以加工處理極為劣質(zhì)原料，裝置不易結(jié)焦，可以滿足長周期運轉(zhuǎn)。所以，本項技術(shù)成功因素在于得到較高轉(zhuǎn)化率。伴隨原油價格逐漸下跌，煤焦油懸浮床加氫技術(shù)表現(xiàn)出較高經(jīng)濟(jì)性。BP公司對于沸騰床，懸浮床加氫與延遲焦化做了經(jīng)濟(jì)性的評估，伴隨原油價格逐步下跌，三類渣油加工技術(shù)收益都比較大。當(dāng)原油的價格超出每桶五十美元的時候，懸浮床加氫化裂化比延遲焦化與沸騰床具備更高經(jīng)濟(jì)價值。最近幾年，有絕大部分大型石油企業(yè)都在緊鑼密鼓強化煤焦油懸浮床加氫技術(shù)研究及工業(yè)性應(yīng)用?，F(xiàn)如今，有很大一部分技術(shù)已經(jīng)完成工業(yè)試驗，并且實驗效果令人滿意，逐漸向工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用靠攏。在這方面做的比較不錯技術(shù)包括：委內(nèi)瑞拉石油公司HDHPlus/SHP技術(shù)，意大利埃尼公司EST技術(shù)，UOP公司UniflexSHC技術(shù)與BP公司BPVCC技術(shù)。

3 煤焦油懸浮床加氫發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段陜西天元化工，雙翼化工，等多家裝置采用固定床煤焦油加氫只能選擇性的加工部分煤焦油，應(yīng)用懸浮床加氫的裝置為數(shù)不多，現(xiàn)陜西安源化工的懸浮床煤焦油加氫正在建設(shè)中。煤焦油懸浮床加氫現(xiàn)如今停留在工業(yè)放大實驗階段；懸浮床接下來工業(yè)化大規(guī)模經(jīng)濟(jì)分析研究也為重點考察環(huán)節(jié)。催化劑的分散，反應(yīng)器開發(fā)，經(jīng)濟(jì)性及其尾油處理等因素為接下來工業(yè)化大規(guī)模決定關(guān)鍵性因素。

4 煤焦油懸浮床發(fā)展的必要性

現(xiàn)階段國家環(huán)保壓力與日俱增，清潔能源的開發(fā)和利用勢在必行。作為炭的副產(chǎn)品煤焦油，被當(dāng)普通燃料燒掉，或者簡單加氫處理制取初級燃料油，甚至直接就地排放，不僅沒有實現(xiàn)資源的清潔高效利用，還對環(huán)境造成污染。煤焦油加氫項目將開創(chuàng)煤焦油高端化、清潔化、精細(xì)化利用的嶄新途徑。

5 結(jié)語

伴隨能源索求量不斷擴(kuò)大，重渣油的加工技術(shù)逐漸受到人們矚目。而煤焦油懸浮床加氫因為可以處理高殘?zhí)?，高金屬，高粘度，高瀝青質(zhì)，高硫等各類劣質(zhì)原料逐漸變成人們熱議話題。煤焦油懸浮床加氫型反應(yīng)器構(gòu)筑和同它相匹配催化劑開發(fā)漸漸變成煤焦油懸浮床加氫主要突破對象，伴隨懸浮床加氫有關(guān)工藝成熟和完善，懸浮床加氫勢必步入工業(yè)應(yīng)用，進(jìn)一步推動煤焦油加氫相關(guān)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展。

[1]文萍,王紅.懸浮床加氫裂化產(chǎn)物中酸性含氧化合物的分布[J].石油學(xué)報(石油加工),2010,01:127-131.

[2]王建明,江林.減壓煤焦油懸浮床加氫裂化技術(shù)——當(dāng)代煉油工業(yè)的前沿技術(shù)[J].中外能源,2010,06:63-76.

[3]姚國欣.渣油深度轉(zhuǎn)化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀、進(jìn)展和前景[J].石化技術(shù)與應(yīng)用,2012,01:1-12.