懸浮床加氫裂化裝置工藝優(yōu)化新思路

艾克利 郭強 高雄成 陳永忠(陜西延長石油油煤新技術開發(fā)公司， 陜西 靖邊 718500)

懸浮床加氫裂化裝置工藝優(yōu)化新思路

艾克利 郭強 高雄成 陳永忠(陜西延長石油油煤新技術開發(fā)公司， 陜西 靖邊 718500)

延長石油油-煤共煉試驗示范項目是全球首套煤油共煉工業(yè)化重點科研示范項目，裝置具有高溫、高壓、臨氫、易磨、易堵、易結焦的特點。經(jīng)過多次試車，表明45萬噸/年煤油共煉裝置減壓系統(tǒng)和燃料固化系統(tǒng)可以進一步優(yōu)化，將其改為延遲焦化系統(tǒng)，可以大大緩減上述缺陷。優(yōu)化后工藝技術和經(jīng)濟運行分析對比，實現(xiàn)了裝置長周期運行、產(chǎn)品效益最大化，達到了能源清潔生產(chǎn)的目的。

煤油共煉；減壓系統(tǒng)；固化系統(tǒng)；技術創(chuàng)新

20世紀70～90年代，受石油危機影響，開發(fā)現(xiàn)代煤直接液化技術再次受到重視，先后有美國的SRC-Ⅱ、H-Coal工藝、德國的IGOR+工藝、日本的NEDOL等典型工藝相繼問世，但均未實現(xiàn)工業(yè)化[1]。我國是多煤少油的國家，是世界上最大的煤炭消費國和生產(chǎn)國，是石油消費大國。由于我國特定的能源限制，使得石油供需矛盾成為能源發(fā)展的重要課題。新能源及再生能源的誕生，國際石油市場長期處于低靡，對新型環(huán)保能源的需求日益強烈。煤-油共煉加氫裂化裝置利用煤和油的協(xié)同效應，通過加氫裂化技術，可以把煤和含膠質、瀝青質、高硫、高酸、高殘?zhí)?、金屬含量較高的重劣質油經(jīng)過懸浮床反應后可產(chǎn)生優(yōu)質的液態(tài)產(chǎn)品，可緩解我國石油資源的供需矛盾，也是我國“十三五”能源建設的重大戰(zhàn)略。

1 煤油共煉工藝流程

原料煤通過煤粉制備系統(tǒng)后，與添加劑、硫化劑、催化劑、原料油(FCC油漿、DCC油漿、減壓渣油、煤焦油等)按照一定比例通過混捏攪拌措施后進入原料預混合罐制成油煤漿，通過泵將油煤漿輸送到原料緩沖罐，再由高壓進料泵升壓后經(jīng)過換熱器、原料加熱爐進行加熱。當溫度升到反應條件后進入懸浮床反應器，形成氣、液、固均相反混狀態(tài)，在高壓工況下，主要進行加氫裂化反應，熱裂化為輔。由于加氫反應為放熱反應，通過注入一定冷氫來控制反應器溫度。

懸浮床反應器物料低進高出，懸浮床反應產(chǎn)物進入一級熱高分進行氣液固三相分離，氣相組分從頂部攜帶部分液相組分進入二級熱高分進一步分離，二級熱高分氣相組分攜帶部分液相組分從頂部在進入固定床反應器進行精制和加氫裂化反應。一、二級熱高分底部固液相產(chǎn)物，通過減壓降壓裝置進入熱低分后，頂部氣相通過冷卻、底部固液相組分通過自壓進入減壓塔進一步減壓分離，減壓塔底部固相組分進入殘渣急冷池冷卻，再通過鏈板機輸送到破碎機破碎后進入儲渣場。固定床反應產(chǎn)物經(jīng)過高壓分離器進行氣液相分離出循環(huán)氫和液相組分，循環(huán)氫通過壓縮機系統(tǒng)循環(huán)利用；液相組分減壓后進入分餾系統(tǒng)進行產(chǎn)品分離，分餾產(chǎn)品有干氣、石腦油、柴油、VGO等產(chǎn)品。

2 影響減壓系統(tǒng)正常運行原因

(1)物料狀況分析 減壓系統(tǒng)是從懸浮床熱低分開始至減壓塔出料，熱低分相當于減壓塔的原料罐。物料性質為懸浮床反應產(chǎn)物經(jīng)過兩個熱高分分離后的固液相，液相主要成分為重質油、瀝青稀以及前瀝青稀、膠質組分；固相主要成分為未轉化的煤粉、灰分、重金屬、懸浮床添加劑、催化劑等組分。工藝上存在的主要問題為：①熱低分容積小，減壓塔來料不穩(wěn)定；②含固物料容易沉積堵塞、結焦；③高線速物料對管道彎頭、塔壁的切線進料部位沖刷較大，易減薄泄漏；④來量不穩(wěn)定，造成減壓塔底熱量波動，塔內輕組分不能有效切割；⑤減壓塔容積偏小、蒸餾效果不佳。

(2）減壓系統(tǒng)運行分析 從物料平衡分析，進入減壓塔的物料約為總進料量的40%。由于減壓塔容積偏小、熱源不足，導致輕組分不能完全拔出、減低組分(高熱值工業(yè)燃料)攜帶揮發(fā)分較高，軟化點不足100℃。雖經(jīng)部分回煉，但能耗增加、收率相對偏低。殘渣的收率為13%，殘渣里的可揮發(fā)分為55%左右，而實際為75%左右。

3 降低燃料固化原因分析

燃料現(xiàn)狀：殘渣含揮發(fā)分高，影響收率；燃料軟化點低，不易露天暴曬儲存；高溫殘渣(固體工業(yè)燃料)進入急冷系統(tǒng)產(chǎn)生含油煙蒸汽對作業(yè)環(huán)境不利；根據(jù)2016版《國家危險廢物名錄》，HW11精蒸餾殘渣確定為危險廢物，而此減壓塔塔底物具有很高的熱值，可作為工業(yè)燃料、汽化爐制備合成氣、制備多標號道路瀝青原料等用途[2]。

4 對減壓和固化系統(tǒng)優(yōu)化思路

根據(jù)煤油共煉現(xiàn)有設備和運行總結，結合其原料、工藝特點以及技術參數(shù)，減壓系統(tǒng)和殘渣固化系統(tǒng)優(yōu)化改造方案為：將現(xiàn)有的熱低壓分離器放大5倍，留有足夠的緩沖時間；增加一臺焦化爐，將懸浮床熱低分物料提高95～105℃后；將殘渣固化裝置改建兩座焦炭塔(一開一備)，將現(xiàn)有減壓塔通過計算放大改為分餾塔。方案優(yōu)點：①延遲焦化工藝和懸浮床加氫裂化工藝所用原料相近，可適應重劣質油、污油、瀝青以及煤焦油等原料；②改善懸浮床加氫裂化熱低分后路堵塞、磨損、結焦等隱患；③采用延遲焦化工藝，可以將反應不完全產(chǎn)物消化掉，可以穩(wěn)定懸浮床反應操作；④縮短原料在焦化爐內450～510℃的加熱時間，部分原料經(jīng)氣化發(fā)生輕度緩和斷裂后進入焦炭塔。根據(jù)焦炭塔的工藝條件，可在塔內繼續(xù)發(fā)生斷裂、縮合反應，直至生成輕質烴類和固體焦炭為止。

5 結語

煤-油共煉試驗示范項目采用懸浮床反應器技術，對各類重劣質油與煤共煉調試、論證，基本操作參數(shù)達到了設計要求，部分實踐數(shù)據(jù)優(yōu)于設計，其轉化率、液收達到了試驗示范的效果，得到了國內權威專家的考核評定。將加氫裂化的減壓系統(tǒng)和燃料固化系統(tǒng)改為延遲焦化系統(tǒng)，大大緩減磨損、堵塞、結焦等缺陷，解決了殘渣作為工業(yè)固體燃料處置難的問題，實現(xiàn)了石油焦作為產(chǎn)品市場寬、利潤高的前景。

[1]李小強，劉永，秦光書.神華煤直接液化示范項目的進展及發(fā)展方向[J].煤化工，2015年第4期第43卷：12.

[2]環(huán)境保護部聯(lián)合國家發(fā)展和改革委員會、公安部發(fā)布《國家危險廢物名錄》(2016版)，自2016年8月1日起施行.

艾克利(1971-)，男，漢族，陜西子洲人，工程師、安全工程師，現(xiàn)任陜西延長石油油煤公司監(jiān)察室主任。