中溫煤焦油重餾分加氫裂化工藝的優(yōu)化

曹庭　王森

摘 要：近年來，世界石油產(chǎn)品供應(yīng)日趨緊張，為此尋找新的替代能源勢在必行。與此同時(shí)，我國煤炭資源儲(chǔ)備豐富，而且焦化企業(yè)的煤焦油產(chǎn)量也十分可觀，通過對中溫煤焦油重餾分加氫裂化可以將煤焦油變?yōu)檩p質(zhì)燃料油，為此是提升能源利用效率的有效途徑。然而該工藝在具體實(shí)施過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些不足，為此研究影響裂化效果的因素和條件十分必要。本文以此為視角，重點(diǎn)探究優(yōu)化重餾分加氫裂化的實(shí)驗(yàn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤焦油；重餾分加氫；裂化；優(yōu)化

1 導(dǎo)言

隨著全球原油供應(yīng)不足的加劇，開發(fā)替代能源成為了石化行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。我國擁有豐富的煤炭資源，而且焦化企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)大量的煤焦油。而煤焦油作為一種資源，以往并未得到很好的利用，為此造成了巨大的資源浪費(fèi)。當(dāng)然煤焦油轉(zhuǎn)化為燃料油也十分復(fù)雜，對于技術(shù)的要求極高。在研究者大量的實(shí)踐和探索之后，重餾分加氫裂化率也取得了新的進(jìn)展和突破，這無疑對緩解世界能源危機(jī)具有重大的影響和意義。由于焦油重油餾分的組成極為復(fù)雜，作為一種含量很高的化學(xué)混合物，其加氫催化裂化反應(yīng)也異常復(fù)雜，為此工藝技術(shù)需要不斷的優(yōu)化，以獲取其加氫裂化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，這樣才會(huì)為重餾分加氫裂化水平的穩(wěn)步提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和保障。

2 有關(guān)焦油重油餾分的理論研究

焦油重油餾分是一種組成復(fù)雜的混合物，其來源決定了餾分中稠環(huán)芳烴和硫、氮等雜原子化合物含量很高，這些物質(zhì)是加氫催化裂化過程中反應(yīng)活性較低的化合物。研究反應(yīng)過程中原料轉(zhuǎn)化以及中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的分離等難度很大。因此研究焦油重油餾分的加氫機(jī)理和動(dòng)力學(xué)，對于焦油的燃料油加工路線具有重要意義。但目前關(guān)于重質(zhì)油（包括焦油重油餾分）催化加氫裂化機(jī)理的研究還處于半理論性階段，重質(zhì)油加氫裂化反應(yīng)過程中，活化氫原子的產(chǎn)生和自由基的遷移有以下路徑：氫氣直接與硫化態(tài)的催化劑反應(yīng)生成硫化氫分子，硫化氫分子在催化劑活性中心吸附，產(chǎn)生活性氫原子。對液化加氫過程中氫原子的作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氫氣可形成活化的氫原子，穩(wěn)定產(chǎn)生的大分子自由基基團(tuán)，防止大分子自由基結(jié)焦，使其穩(wěn)定，提高油產(chǎn)率；同時(shí)也會(huì)穩(wěn)定小分子自由基，生成氣體或小分子輕油等，降低油產(chǎn)率，但關(guān)于焦油重質(zhì)油加氫裂解反應(yīng)過程的機(jī)理特性研究還較少。對焦油重油餾分加氫制汽柴油或航空燃料油進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)焦油重油加工燃料油能得到高品質(zhì)燃料油，有利于緩解我國目前能源短缺的現(xiàn)狀。

3 中溫煤焦油重餾分加氫裂化的工藝條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

3.1 單因素試驗(yàn)

首先，裂化溫度的影響。煤焦油加氫裂化處理的過程中，裂化溫度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，為了考察產(chǎn)生的具體影響，進(jìn)行了裂化溫度試驗(yàn)，試驗(yàn)中，反應(yīng)壓力設(shè)置為13MPa，液體體積空速設(shè)置為0.4/h，煤焦油體積與氫體積之間的比值為1800，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果可知，在裂化溫度逐漸升高的過程中，加氫裂化率也隨之升高，裂化溫度的升高到約670K時(shí)，加氫裂化率的增幅逐漸的處于平穩(wěn)狀態(tài)中，此時(shí)，裂化溫度如果繼續(xù)提高，那么加強(qiáng)裂化率的升高結(jié)果非常小，而且會(huì)進(jìn)一步的提高裂化反應(yīng)深度，這說明，將會(huì)增加氣體和小分子的產(chǎn)物，減小汽油和柴油餾分的選擇性，對產(chǎn)品的分布產(chǎn)生嚴(yán)重的影響團(tuán)。其次，反應(yīng)壓力的影響。反應(yīng)壓力同樣是煤焦油加氫裂化處理過程中的重要影響因素，在進(jìn)行反應(yīng)壓力影響實(shí)驗(yàn)時(shí)，裂化溫度設(shè)置為670K，液體體積空速設(shè)置為0.4/h，煤焦油體積與氫體積之間的比值為1800，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果可知，在反應(yīng)壓力逐漸增大的情況下，加氫裂化隨之顯著的提升，當(dāng)反應(yīng)壓力約為13MPa時(shí)，加氫裂化率的增幅趨于平穩(wěn)。最后，液體體積空速的影響。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著液體體積空速的提高，加氫裂化率隨之降低，液體體積空速為0.3/h時(shí)，加氫裂化率出現(xiàn)明顯的大幅度降低，這說明，煤焦油加氫處理時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档鸵后w體積空速，以便與提升裂解率，并加深裂化深度。此外，氫油體積比的影響。通過實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)氫油體積比越大時(shí)，裂解率越高，主要原因是較大的氫油體積比可提高循環(huán)氫力量，進(jìn)而促進(jìn)原料油的霧化程度，將油氣混合的水平有效提高，對物料的分布狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯鰪?qiáng)催化劑的作用，將裂化率提高。

3.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析

考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品收率和生產(chǎn)效率的雙重要求，在各因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，以空速最大為優(yōu)化約束條件，以加氫轉(zhuǎn)化率最大為優(yōu)化目標(biāo)，對回歸方程進(jìn)行優(yōu)化求解，得到響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果：反應(yīng)壓力13.4MPa，反應(yīng)溫度682K，液體體積空速0.30，氫油體積比1895，加氫裂化率預(yù)測值為77.20%。以響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果為操作條件，進(jìn)行3組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在該條件下的加氫裂化率為77%-78%，與預(yù)測值很接近，說明擬合模型的預(yù)測能力可靠。

4 結(jié)語

總之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)和需求下，提升對中溫煤焦油的開發(fā)利用不僅符合時(shí)代發(fā)展的趨勢，更是煤化企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要支撐。為此在煤焦油加氫裂化處理的研究中，應(yīng)該明晰其反應(yīng)是一個(gè)連串反應(yīng)，而且其影響因素分別為液體體積空速、反應(yīng)溫度和壓力以及氫油體積比。為此在優(yōu)化的研發(fā)中，應(yīng)該做好反應(yīng)溫度和時(shí)間的合理控制，并結(jié)合企業(yè)和煤焦油實(shí)際情況，最終提升裂化率的同時(shí)以確保企業(yè)競爭力的持久。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯沛，唐鳳金，盧紅波等.中低溫煤焦油加氫工藝技術(shù)概述[J].化肥設(shè)計(jì)，2011，05：12-15+19.