基于焦化蠟油加氫脫氮-催化裂化組合工藝研究

孫俊 趙北鯤（中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060）

在加氫脫氮工作過程，會(huì)通過向焦化蠟油中加入氫元素的方式，在催化劑的作用下將蠟油中存在的含氮物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成氨和水之后，將其正常排出即可。而催化裂化階段主要是對目前的蠟油進(jìn)行進(jìn)一步的處理，包括對于碳鏈的縮短、對于氫元素的補(bǔ)充等，通過對該組合工藝的使用可以降低生產(chǎn)成本，并且讓整個(gè)工作體系獲得的最終成果具有更高的產(chǎn)品質(zhì)量。

1 焦化蠟油加氫脫氮-催化裂化組合工藝原理

1.1 加氫脫氮原理

加氫脫氮的原理是向整個(gè)反應(yīng)體系之中加入含氫化合物，該化合物需要具有強(qiáng)還原性，通常情況下會(huì)向反應(yīng)環(huán)境中通入氫氣，而在實(shí)際的使用階段，氫氣會(huì)與蠟油中的含氮化合物反應(yīng)生成氨氣和水，其中由于水的重量要高于蠟油，所以將生成的水合理排出即可。而對于加入的剩余氫氣可納入后續(xù)的反應(yīng)過程，為最終獲得的生成物質(zhì)量提高階段奠定了基礎(chǔ)[1]。在實(shí)際的工作過程需要通過對當(dāng)前加入的各類反應(yīng)物以及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，分析不同反應(yīng)物和環(huán)境參數(shù)共同作用下對于石蠟油的處理效率，從而讓最終建成的整條反應(yīng)鏈也能夠更好的發(fā)揮應(yīng)有作用。此外在后續(xù)的工作過程中，需要采取的方法是合理控制各類反應(yīng)物的加入量，并通過對反應(yīng)結(jié)果的模擬和研究制定最佳的反應(yīng)路徑。

1.2 催化裂化原理

催化裂化的工作原理是通過對于未處理原料的分析，研究其中含有的碳鏈，通常是根據(jù)原料的加入量，通過向其中加入相關(guān)的反應(yīng)物以及催化劑，在經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬?，通過設(shè)置環(huán)境參數(shù)發(fā)生裂化反應(yīng)此外在后續(xù)的環(huán)境研究過程要研究當(dāng)前加入的精煉劑、環(huán)境參數(shù)對于整個(gè)反應(yīng)過程造成的影響，從而讓實(shí)際生成的產(chǎn)物質(zhì)量能夠大幅度提高。

1.3 組合工藝原理

在組合工藝的原理探討中，要通過對油料中存在的含氮物質(zhì)全面消除之后，完成后續(xù)的催化裂化反應(yīng)，并且生成的中間產(chǎn)物也需要被及時(shí)性的排出和處理，才可以防止其中存在的各類雜質(zhì)對于后續(xù)的處理過程造成負(fù)面影響。通常情況下生成的氨氣可以通過加熱反應(yīng)被及時(shí)的排出，并且生成其余副產(chǎn)物，而對于相關(guān)的組合工藝，需要在排出水分后落實(shí)后續(xù)的處理工作，通過該方法才可以讓實(shí)際的加工質(zhì)量獲得大幅度的提升，該過程中要完全按照兩個(gè)不同反應(yīng)階段對設(shè)備反應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)、反應(yīng)方法進(jìn)行全面探討，從中選擇最佳方案。

2 焦化蠟油加氫脫氮-催化裂化組合工藝形式

2.1 工藝參數(shù)控制

在工藝參數(shù)的確定過程，需要研究加氫脫氮和催化裂化兩個(gè)工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)，從而讓實(shí)際的加工水平提高。對于脫氮效果的研究階段，本文選擇的原料中，焦化蠟油的含氮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)就高，能夠達(dá)到1700 到2500μg/g，而該油料參數(shù)大部分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在2000 到2300 區(qū)域內(nèi)，通過后續(xù)的對比發(fā)現(xiàn)，在氫氣加入量基本不發(fā)生變化時(shí)，通過對于催化劑和反應(yīng)溫度的合理控制，可以協(xié)調(diào)出現(xiàn)的反應(yīng)參數(shù)。通過進(jìn)一步的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)催化劑與反應(yīng)物的接觸面積較小時(shí)，實(shí)際的催化效果并不能夠達(dá)到要求，而當(dāng)接觸面積逐漸提高過程，產(chǎn)生的脫氮效果在一定范圍之內(nèi)呈上升狀態(tài)，而之后保持穩(wěn)定，而對于溫度參數(shù)的確定也表現(xiàn)為這一狀態(tài)，故而可以從中選擇最佳的工藝參數(shù)。

對于催化裂化階段，檢測物質(zhì)是精煉前后的焦化蠟油，通過對于反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、油料流量、進(jìn)水量等參數(shù)的全面綜合考慮，最終確定的反應(yīng)條件為溫度保持在510℃，反應(yīng)壓力為0.02MPa，進(jìn)油量1.25kg，每小時(shí)進(jìn)水量0.18kg，每小時(shí)加入的的氮?dú)饬繛?6升，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過一段的反應(yīng)時(shí)間之后，可以確保實(shí)際取得的反應(yīng)參數(shù)符合指標(biāo)。

2.2 工藝流程控制

在設(shè)定了最佳反應(yīng)環(huán)境和反應(yīng)水平的分析工作之后，可以研究實(shí)際的工藝流程，而無論是哪個(gè)工藝流程都要保證其中采用的設(shè)備都具有極高的可靠性和良好的氣密性，防止在后續(xù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)破損以及泄露問題。在實(shí)際的工作階段，首先要向反應(yīng)物中加入適當(dāng)?shù)臍錃猓环矫嫫淇梢悦摮够炗椭械暮镔|(zhì)，另一方面可以確保反應(yīng)物被充分反應(yīng)，同時(shí)在該環(huán)境中，無論是產(chǎn)生的水還是含有的氮?dú)?，都要在?jīng)過后續(xù)的催化裂化反應(yīng)，原因是該過程中整體的環(huán)境溫度較高，可以讓氨氣從水中脫離，而將水排出之后，則可以得到最終的生成物[2]。

2.3 工藝形式優(yōu)化

在工藝形勢的優(yōu)化階段，目的是降低原材料的投入量，并且讓形成的物質(zhì)能夠更好地符合質(zhì)量指標(biāo)，以建成最為合理的綜合運(yùn)行體系，在具體的運(yùn)行階段，對于加氫脫氮過程，由于生成物中包含水和氨氣，所以兩者結(jié)合后形成氨水，而由于整體環(huán)境內(nèi)部具有較高的溫度，所以氨氣會(huì)從水中脫離，需要將其排出，可以考慮和氫氣一起排出并讓其燃燒，為后續(xù)的反應(yīng)過程提供熱量。在催化裂化階段維持環(huán)境溫度保持在510℃，并且進(jìn)油量、進(jìn)水量、近氮?dú)饬慷挤辖?jīng)過大量試驗(yàn)獲得的專業(yè)性數(shù)據(jù)，從而讓最終的環(huán)境參數(shù)能夠符合蠟油的生產(chǎn)指標(biāo)。

3 焦化蠟油加氫脫氮-催化裂化組合工藝方法

3.1工藝參數(shù)分析制定

在工藝參數(shù)的分析制定階段，要求維持整個(gè)工藝體系中不同區(qū)域的參數(shù)穩(wěn)定，并且要把該參納入自主調(diào)控工作范圍內(nèi)，由整個(gè)系統(tǒng)對當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)深度分解，以提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合作用水平。而對于其他的各類工藝參數(shù)，要研究在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類物質(zhì)，并研究其對后續(xù)工藝過程產(chǎn)生的負(fù)面影響，從而考慮是否將各類副產(chǎn)物及時(shí)排出。比如對于加氫脫氮過程中產(chǎn)生的水，其會(huì)對后續(xù)的催化反應(yīng)過程造成一定的干擾，同時(shí)由于整體環(huán)境的溫度較高，所以水會(huì)以水蒸氣的形式存在于氫氣和氨氣混合氣體內(nèi)，但是該問題只會(huì)出現(xiàn)在水和氨氣同時(shí)排出階段，所以要做好對于水、氨氣和氫氣的適當(dāng)處理工作。對于需要回收的氫氣，可以，在形成的氣體中先把所有生成的氣體都通入到水池中，從而讓氨氣被有效吸收，之后將生成的其余氣體經(jīng)過干燥后，得到較為純凈的氫氣，從而被加入的多余氣體回收。而在裂化反應(yīng)階段可以將生成的氫氣繼續(xù)使用在后續(xù)工作階段。

3.2 工藝流程優(yōu)化制定

在工藝流程的優(yōu)化過程，主要是對于加入的多余氫氣以及生成物質(zhì)合理使用，并且縮短整個(gè)反應(yīng)階段運(yùn)行路徑，從而讓該系統(tǒng)能夠保持安全高效的運(yùn)行狀態(tài)。比如在加氫脫氮處理系統(tǒng)和催化裂化反應(yīng)系統(tǒng)之間，將專用設(shè)備建成連接機(jī)構(gòu)，其在后續(xù)的運(yùn)行階段可以在保證氣密性的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提高所有反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)速度，從而讓最終建成的整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高運(yùn)行效率。另外工藝流程的優(yōu)化過程也要降低對能源的消耗，采用方法是對第一階段產(chǎn)生的廢熱二次利用，為第二階段的溫度保障過程提供幫助，同時(shí)加入的過量氫氣以及之前生成的氨氣等物質(zhì)，都可以作為能源物質(zhì)使用。

3.3 工藝形式優(yōu)化制定

在工藝形式的優(yōu)化階段，一方面要求現(xiàn)有的工藝形式要完全按照相關(guān)要求，全面性提高當(dāng)前該系統(tǒng)的作用水平，另一方面要分析這一工藝形式是否具有科優(yōu)化點(diǎn)[3]。比如對于廢棄熱量的二次利用、對于第一階段副產(chǎn)物的合理消除等，同時(shí)要保證產(chǎn)生的各類副產(chǎn)物不會(huì)對第二階段造成嚴(yán)重的負(fù)面干擾。需要注意的是，只有所有的工作項(xiàng)目和工作內(nèi)容都能夠被企業(yè)接受時(shí)，才可保障該工作體系的運(yùn)行質(zhì)量能夠順應(yīng)當(dāng)前石化產(chǎn)業(yè)以及我國的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。

4 結(jié)語

綜上所述，焦化蠟油加氫脫氮-催化裂化組合反應(yīng)過程，通過對氫氣的加入以及催化劑的使用，在維持反應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)上可以消除蠟油中含有的含氮物質(zhì)。對于加氫脫氮，通過加入氫氣、催化劑等物質(zhì)，基于對環(huán)境參數(shù)的合理維持以及其余參數(shù)的控制，可以讓產(chǎn)品生產(chǎn)的效率大幅度提高，通過對這兩個(gè)工藝的組合與銜接，可以讓整個(gè)行業(yè)獲得更好的發(fā)展。