懸浮床加氫裂化反應(yīng)特征分析

摘要：隨著原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化和產(chǎn)品清潔化趨勢(shì)加劇，渣油加氫裂化技術(shù)的重要性日益提高，加氫裂化工藝技術(shù)的要求和革新正穩(wěn)步推進(jìn)，就目前幾種加氫裂化工藝技術(shù)對(duì)比來(lái)看，懸浮床加氫裂化技術(shù)具有更多的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)討論懸浮床加氫裂化工藝轉(zhuǎn)化效果的影響因素，主要包括溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間和膠體穩(wěn)定性。同時(shí)也分析了加氫裂化轉(zhuǎn)化過(guò)程在不同工況下，各目的產(chǎn)品組分含量的變化情況。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，優(yōu)化了更為合理的工藝、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，為該工藝技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了充分的實(shí)踐數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：懸浮床；加氫裂化；深度裂化；膠體穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TE624文獻(xiàn)識(shí)別碼：B

隨著當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)環(huán)保壓力增大，清潔化能源的多元化，對(duì)石油煉制和煤化工等企業(yè)形成新的嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫使石油煉制和煤化工等工藝研發(fā)日趨精細(xì)化、前沿化。在現(xiàn)階段油品加工工藝中，加氫工藝具有效率高和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛的應(yīng)用[1]。常用的加氫工藝過(guò)程主要為固定床加氫、移動(dòng)床加氫、沸騰床加氫和懸浮床加氫四種工藝，國(guó)內(nèi)大部分煉化工藝都選擇的是固定床加氫工藝。近年來(lái)較興起的懸浮床加氫工藝正被企業(yè)逐漸推廣應(yīng)用，該工藝產(chǎn)生熱裂化反應(yīng)，并在工藝過(guò)程加入催化劑，建立一定床層壓降，給高溫重質(zhì)原料提供穩(wěn)定的反應(yīng)場(chǎng)所和反應(yīng)停留時(shí)間，使得重劣質(zhì)油能更容易反應(yīng)轉(zhuǎn)化成目的輕質(zhì)油。

而對(duì)于世界首套的煤油共煉試驗(yàn)示范項(xiàng)目，加氫裂化裝置懸浮床反應(yīng)器還得加入添加劑，懸浮床反應(yīng)器所用的催化劑和添加劑為粉粒狀，以懸浮態(tài)在反應(yīng)器中建立床層，提供物料停留和反應(yīng)的場(chǎng)所，并可有效抑制生焦。物料在高溫、高壓、臨氫工況下，在懸浮床發(fā)生熱裂解和加氫反應(yīng)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，懸浮床反應(yīng)器適應(yīng)石油煉制和煤化工所產(chǎn)生的重質(zhì)物料，不足之處操作條件較為苛刻、危險(xiǎn)系數(shù)高。

懸浮床加氫工藝設(shè)備反應(yīng)容器絕大多數(shù)為空筒形，反應(yīng)過(guò)程不產(chǎn)生溫度過(guò)高和催化劑失活等問(wèn)題[2]。介于以上優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多石油煉化設(shè)備公司都研發(fā)了許多此類技術(shù)工藝，并逐漸投入使用。例如Chevron公司自2003年起就已經(jīng)開始研發(fā)懸浮床加氫裂化工藝技術(shù)設(shè)備，轉(zhuǎn)化效率高，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。

1 懸浮床加氫影響因素

懸浮床加氫裂化工藝在轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中，具有諸多的影響因素，分析轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)化效果的影響因素，為識(shí)別轉(zhuǎn)化工藝效果和指導(dǎo)工藝的實(shí)施提供理論指導(dǎo)。

1.1 溫度影響

烴類化合物在高溫下會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)斷鏈裂化產(chǎn)生裂解，同時(shí)也會(huì)發(fā)生縮合反應(yīng)。油品中的飽和組分、芳香烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等含量不同，反應(yīng)過(guò)程的情況也有所不同。飽和組分和芳香烴類組分主要發(fā)生裂化，產(chǎn)生小分子烴類或氣態(tài)烴。膠質(zhì)組分可裂化成芳香烴類，也可縮合為生產(chǎn)瀝青質(zhì)[3]。瀝青質(zhì)則主要發(fā)生生焦反應(yīng)。整個(gè)高溫轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程，溫度越高，轉(zhuǎn)化效果越高，生焦量顯著提升。而針對(duì)于脫硫工藝，則需要降低溫度，過(guò)高的溫度反而不利于脫硫的進(jìn)行。因此在實(shí)踐過(guò)程中，以脫硫工藝大部分采用略低的工藝溫度（320℃～400℃），而加氫裂化工藝則采用高溫進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)（420℃～500℃）。

1.2 壓力影響

在懸浮加氫裂化工藝過(guò)程，工藝中沖入大量氫氣，通過(guò)反應(yīng)生產(chǎn)大量氫自由基，所生產(chǎn)的氫自由基再進(jìn)一步與烴類組分反應(yīng)，降低烴熱反應(yīng)速率，避免烴類自由基的縮合反應(yīng)的發(fā)生。隨著加氫壓力的升高，能進(jìn)一步的促使氫裂解反應(yīng)，提高運(yùn)行效率。隨著加氫壓力的升高，渣油轉(zhuǎn)化效率也能顯著的提高。

1.3 反應(yīng)時(shí)間影響

裂化轉(zhuǎn)化反應(yīng)開始的一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)化效率較高，渣油裂解效果較好，隨著反應(yīng)的持續(xù)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化程度變大，大部分油渣等皆已經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化，殘余的部分轉(zhuǎn)化效率開始降低。因此實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)增加反應(yīng)時(shí)間來(lái)達(dá)到提高轉(zhuǎn)化效果的作用并不十分明顯。

1.4 膠體穩(wěn)定性影響

膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是原油中含有的大分子物質(zhì)，其中瀝青質(zhì)對(duì)膠體穩(wěn)定性影響最大。以往的實(shí)踐表明，原油組分越不穩(wěn)定，其中瀝青質(zhì)越容易聚結(jié)。瀝青質(zhì)中含有硫、氧、氮等原子，這些原子的存在，為重油膠體提供形成的基礎(chǔ)條件。因此在轉(zhuǎn)化裂化過(guò)程，此類硫、氧、氮等原子含量越多，渣油的膠體穩(wěn)定性越好[4]。

2 加氫產(chǎn)物組分變化

從某煉化廠選用的工藝設(shè)備反應(yīng)溫度為450℃，催化劑濃度為200μg/g、反應(yīng)時(shí)間為2h，并設(shè)置不同的加氫壓力，來(lái)分析不同加氫壓力下反應(yīng)物的組分含量變化（表1）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析反應(yīng)出，隨著加氫壓力的增加，反應(yīng)后產(chǎn)物內(nèi)飽和組分逐漸增加，芳香類組分逐漸降低，膠質(zhì)組分逐漸增加，瀝青質(zhì)組分逐漸降低。

3 結(jié)語(yǔ)

探討了懸浮床加氫裂化工藝在裂化反應(yīng)過(guò)程中，溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間和膠體穩(wěn)定性對(duì)反應(yīng)深度和轉(zhuǎn)化率的影響。提高反應(yīng)溫度，在非脫硫工藝中可有效提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率，而以延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)裂化轉(zhuǎn)化效果最佳效果實(shí)際并不可取。

分析了加氫裂化反應(yīng)過(guò)程不同組分隨著加氫壓力變化而變化的特征，并根據(jù)以前實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置為工藝設(shè)備反應(yīng)溫度為450℃，催化劑濃度為200μg/g、加氫壓力為8MPa時(shí)為最優(yōu)化反應(yīng)設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雷.渣油加氫催化劑的研究和應(yīng)用[J].遼寧化工，2005，34（2）：7174.

[2]胡于中，何應(yīng)登，遲文新.懸浮床加氫裂化工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005，21（6）：3032.

[3]周家順，闕國(guó)和.反應(yīng)條件對(duì)懸浮床加氫裂化過(guò)程的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34（3）：324327.

[4]張磊，沐寶泉，鄧文安，等.大港常壓渣油懸浮床加氫裂化反應(yīng)[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，20（3）：5255.

作者簡(jiǎn)介：高雄成（1979），男，漢族，陜西靖邊人，助理工程師，現(xiàn)任陜西延長(zhǎng)石油油煤公司加氫裂化車間工藝副主任，主要從事制氫、加氫裂化等方面的管理和技術(shù)研究工作。