低溫加氫法粗苯精制工藝優(yōu)化研究

蒲利鵬（寧夏寶豐能源,寧夏 銀川 750027）

低溫加氫法粗苯精制工藝優(yōu)化研究

蒲利鵬（寧夏寶豐能源,寧夏 銀川 750027）

針對(duì)粗苯低溫加氫法精制裝置工藝過程進(jìn)行研究，通過對(duì)粗苯原料質(zhì)量、主要裝置控制參數(shù)、產(chǎn)品產(chǎn)率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)找出影響三苯產(chǎn)率的主要因素，并給出合理優(yōu)化方案。

粗苯;低溫加氫;優(yōu)化方案

粗苯是煉焦煤氣凈化的副產(chǎn)品，經(jīng)過精制后可以得到的苯、甲苯、二甲苯等重要有機(jī)化工原料。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某粗苯氣相低溫加氫裝置生產(chǎn)情況，對(duì)三苯產(chǎn)品產(chǎn)率及總液產(chǎn)率未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的問題，對(duì)原料質(zhì)量、加氫反應(yīng)條件、工藝控制參數(shù)等方面進(jìn)行研究分析，找出主要影響因素，并給出合理優(yōu)化方案。

1 裝置主要影響因素

該裝置自投產(chǎn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品合格。由于市場(chǎng)上粗苯原料緊缺，加工的絕大部分原料為上游焦化廠生產(chǎn)的兩種高硫粗苯。該粗苯因煉焦配煤成分及焦化化產(chǎn)工藝流程原因，其含硫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)，限制裝置加工能力，影響產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)率。

表1 原料粗苯的組成對(duì)比表

2 反應(yīng)條件分析

原料經(jīng)預(yù)加氫及加氫反應(yīng)，兩級(jí)反應(yīng)屬于分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，反應(yīng)主要受溫度、壓力、催化劑、空速、氫油比影響。

2.1 溫度影響

因?yàn)閮杉?jí)加氫反應(yīng)的鎳-鉬和鈷-鉬催化劑活性非常高，所以系統(tǒng)溫度對(duì)其性能的影響較大，同時(shí)它們對(duì)溫度的變化也非常敏感[]。

預(yù)加氫、主加氫反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的加氫反應(yīng)大部分是放熱反應(yīng)，從熱力學(xué)角度來看，其他條件不變的情況下，降低反應(yīng)物溫度有利于加氫反應(yīng)的正向進(jìn)行，加大反應(yīng)深度提高各類雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。但溫度的降低同時(shí)也會(huì)加快副反應(yīng)，造成甲基增加、芳烴損失，影響三苯產(chǎn)率。

從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度考慮，隨著反應(yīng)溫度的升高反應(yīng)速率增加,使反應(yīng)平衡時(shí)間縮短。但反應(yīng)溫度的提高，會(huì)降低反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)未反應(yīng)的不飽和烴容易發(fā)生聚合反應(yīng)，使稠環(huán)化合物縮合生焦，增加催化劑床層上的積碳量，使催化劑的活性降低，縮短催化劑的使用壽命。過高的溫度可造成催化劑的燒結(jié)，從而永久性損壞催化劑。

圖1 主反應(yīng)器入口溫度與三苯產(chǎn)率關(guān)系圖

由于原料粗苯中噻吩等雜質(zhì)含量高，適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)換率。但隨著反應(yīng)進(jìn)行，產(chǎn)生的熱量放出，反應(yīng)溫差增大，影響轉(zhuǎn)化率。隨著主反應(yīng)器入口溫度升高，三苯產(chǎn)率明顯下降，在入口溫度升至278℃后，下降速率更加明顯。主反應(yīng)器入口溫度盡量控制在270℃以下，但為保證輕苯中噻吩等雜質(zhì)的脫除，又不能將溫度降的太低，否則純苯、甲苯產(chǎn)品中硫含量會(huì)超出規(guī)定指標(biāo)。綜合考慮，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能的降低副反應(yīng)發(fā)生程度，以保證三苯產(chǎn)率，生產(chǎn)操作時(shí)，將預(yù)反應(yīng)器入口溫度控制在203±2℃左右，主反應(yīng)器頂部的進(jìn)口溫度在273℃至277℃范圍內(nèi)。

2.2 壓力的影響

加氫反應(yīng)本身是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，在其他條件都不變的情況下，增加系統(tǒng)的壓力，反應(yīng)平衡將會(huì)正向移動(dòng)，這會(huì)使得加氫反應(yīng)進(jìn)行得更徹底。從動(dòng)力學(xué)的方面來考慮，通過增加系統(tǒng)的壓力，提高反應(yīng)物分壓，將會(huì)加快反應(yīng)的進(jìn)行。另外，增加系統(tǒng)壓力可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，這對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量也將是有利的。但考慮設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，反應(yīng)壓力也不宜過高，生產(chǎn)過程中將預(yù)反應(yīng)器入口壓力控制在3.0 MPa，主反應(yīng)器入口壓力設(shè)定在2.8 Mpa。

2.3 空速的影響

提高反應(yīng)氣體空速，會(huì)使加氫反應(yīng)裝置的處理能力增加。如果空速過高會(huì)使一部分物料來不及充分接觸與反應(yīng)，使轉(zhuǎn)化率降低，同時(shí)也可能引起床層溫升太大，影響三苯產(chǎn)率。生產(chǎn)過程中將輕苯進(jìn)料量控制在7000~8000 kg/h。

2.4 氫油比的影響

氫油體積比指的是加氫進(jìn)料中需氫量的相對(duì)大小。它主要是以加氫進(jìn)料的化學(xué)耗氫量為依據(jù)。從化學(xué)平衡的角度考慮，提高氫氣的用量將會(huì)有利于產(chǎn)物加氫速率的提高，有利于雜質(zhì)充分加氫反應(yīng)。但是反應(yīng)物中較高的氫氣分壓，在另一方面也會(huì)加快芳烴的加氫，造成三苯產(chǎn)率降低。在氫分壓大于2.08 MPa后三苯產(chǎn)率明顯降低，故生產(chǎn)中將氫分壓控制在1.8~ 2.1 MPa。

3 原料質(zhì)量影響及措施

所加工的自產(chǎn)粗苯原料中硫含量含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值的6 g/m3，其中一期粗苯硫含量在12 g/m3，二期粗苯硫含量高達(dá)49 g/m3，從加氫反應(yīng)原理不難得出，為保證三苯產(chǎn)品的質(zhì)量(總硫≤1 g/m3)，必須加大反應(yīng)程度，才能保證二硫化碳、噻吩的脫除，反應(yīng)程度的加大進(jìn)而導(dǎo)致副反應(yīng)芳香烴氫化增加、氫氣補(bǔ)充量增加、酸性氣排量增加等，進(jìn)而影響裝置三苯產(chǎn)率及總液產(chǎn)率。

圖2 粗苯原料總硫-三苯產(chǎn)率散點(diǎn)圖

從圖中可明顯看出隨著原料粗苯的硫含量的增加，三苯及總液產(chǎn)率明顯降低,在總硫大于20000 g/m3時(shí)，三苯損失逐步加大。

根據(jù)以上分析并結(jié)合裝置產(chǎn)氫能力(750 m3/h)，認(rèn)為將原料總硫控制在20000 g/m3以內(nèi)，可以將總硫?qū)Ξa(chǎn)率的影響控制在一定范圍。

根據(jù)焦化裝置兩種粗苯產(chǎn)量及質(zhì)量，按照硫含量按比例進(jìn)行摻配，以控制進(jìn)料粗苯總硫含量，經(jīng)充分混合后再進(jìn)料加工。

4 結(jié)語

由于目前我國(guó)原煤性質(zhì)差異和各焦化企業(yè)粗苯回收裝置不同，原料粗苯中各組分含量變化較大，且粗苯中的總硫含量越來越高。低溫加氫粗苯精制裝置對(duì)加工硫含量較高的粗苯產(chǎn)品，將總硫含量控制在2.0%以下時(shí)，產(chǎn)品的總液產(chǎn)率及三苯產(chǎn)率可以控制在較好的范圍內(nèi)。

加氫反應(yīng)中，主反應(yīng)溫度對(duì)三苯產(chǎn)率影響較大，在主反應(yīng)入口溫度升至278℃后，三苯產(chǎn)率下降明顯，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將主反應(yīng)入口溫度控制在270~275℃，穩(wěn)定三苯產(chǎn)率。

控制好新氫補(bǔ)充量，氫分壓升高，副反應(yīng)逐漸增加，三苯產(chǎn)率降低，生產(chǎn)中應(yīng)將氫分壓控制在1.8~2.1 MPa之間。

[1]李健,耿瑞增,侯麗偉.焦化粗苯加氫反應(yīng)條件的分析[J],燃料與化工,2009,06:45-47.

蒲利鵬（1986-），男，漢族，河北，本科，助理工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），就職于寧夏寶豐能源公司，化學(xué)工程