固定床和懸浮床上煤焦油加氫技術(shù)對比*

李國峰

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油與化學(xué)工程系，新疆 奎屯 833200）

我國原油資源短缺，煤焦油作為煉油產(chǎn)業(yè)的主要副產(chǎn)物，其數(shù)量巨大[1，2]。如何將煤焦油加氫精制轉(zhuǎn)化為清潔燃料油是科研工作者一直以來的研究熱點。近20多年來，我國在煤焦油加氫精制技術(shù)方面取得了一定的成果[3，4]，開發(fā)了不同的加氫工藝流程，按照技術(shù)特點，主要包括固定床和懸浮床煤焦油加氫工藝。

1 固定床上煤焦油加氫技術(shù)

固定床加氫工藝是指采用固定床反應(yīng)器對原料重油進行煉化的一種工藝，具有技術(shù)成熟、工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等特點[5]。目前是科研工作者用于研究煤焦油加氫的主要反應(yīng)器。

南京工業(yè)大學(xué)譚鳳宜等人[6]采用自制的Ni基催化劑，采用煤焦油中的芳烴萘作為探針反應(yīng)，在固定床反應(yīng)器上優(yōu)化了萘加氫合成十氫萘的工藝。優(yōu)化的工藝條件為：T、P、LHSV 分別為 170～190 ℃、7～8MPa、0.6～0.8h-1。在此最佳的反應(yīng)條件下，萘的轉(zhuǎn)化率和十氫萘的選擇性分別高達95%和85%以上。該研究團隊自行設(shè)計了固定床加氫反應(yīng)器，工藝流程簡圖見圖1。

圖1 固定床法合成十氫萘的工藝流程圖Fig.1 Process flow chart for synthesis of decalin on a fixed bed

新疆大學(xué)賈其等人[7]采用商業(yè)的USY型分子篩作為催化劑載體，通過浸漬法制備了雙金屬催化劑Ni-Mo/USY，采用硫代硫酸銨硫化后干燥、擠條、成型，在JQLH-I型固定床上對中低溫煤焦油進行加氫裂化研究。在內(nèi)徑為2.716cm反應(yīng)管的中部加入100g的催化劑，反應(yīng)管的兩端填堵緩沖物，在反應(yīng)溫度為370℃，反應(yīng)壓力為9MPa，空速為0.6h-1的條件下，考察了主活性金屬Mo的含量對催化劑性能的影響。研究表明，10%的Mo含量是最優(yōu)的負載量，此時，加氫輕質(zhì)油的收率高達93%。固定床反應(yīng)器的簡單示意圖見圖2。

圖2 固定床反應(yīng)器示意圖Fig.2 Schematic diagram of fixed bed reactor

2 懸浮床上煤焦油加氫技術(shù)

懸浮床反應(yīng)器是近年來的研究熱點，在煤焦油加氫方面具有可以在線更換催化劑、催化劑不易結(jié)焦積碳和高催化活性等特點，在處理劣質(zhì)煤焦油方面占有一定的優(yōu)勢。

我國煤炭科學(xué)技術(shù)研究院[4，8]自主研發(fā)了煤焦油加氫的多金屬組分催化劑，其中主金屬活性組分占比1%～10%，催化劑添加量為4%，在自主設(shè)計的懸浮床加氫工藝中取得很好的加氫效果，并且催化劑可以循環(huán)利用。該懸浮床加氫工藝流程見圖3。

圖3 中低溫煤焦油非均相懸浮床加氫技術(shù)典型工藝流程Fig.3 Typical process flow of heterogeneous hydrogenation onslurry-phase hydrocrackingof low temperature coal tar

波蘭煤炭化學(xué)加工研究所Magdalena Majka等人[9]在自制的懸浮床反應(yīng)器上采用不同催化劑對煤焦油加氫裂化過程進行了實驗研究。反應(yīng)器簡單示意圖見圖4。

圖4 懸浮床反應(yīng)器示意圖Fig.4 Schematic diagram of slurry-phase hydrocracking reactor

該實驗中將高溫煤焦油作為加氫原料，在反應(yīng)溫度為400～413℃、反應(yīng)壓力為7.3～9.6MPa的條件下，采用5種不同的加氫裂化催化劑對加氫產(chǎn)率和產(chǎn)品特性進行了研究。研究結(jié)果表明，Ni-W/Al2O3和Y沸石催化劑對輕芳烴的催化活性最高，原料煤焦油經(jīng)過Ni-W/Al2O3催化劑加氫裂化后，多環(huán)芳烴的總產(chǎn)量下降了52.7%。

3 固定床和懸浮床加氫技術(shù)對比

固定床反應(yīng)器是目前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的催化劑評價裝置。國內(nèi)研究學(xué)者[10]大都采用固定床反應(yīng)器進行煤焦油以及模型化合物的加氫實驗研究，并且取得了較好的加氫效果，具體操作是在固定床的反應(yīng)管中裝入催化劑，上下兩端填堵石英棉，然后用計量泵將原料油引入反應(yīng)管中進行加氫反應(yīng)。固定床反應(yīng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定的優(yōu)點，然而固體催化劑在床層中靜止不動，催化劑容易結(jié)焦積碳，進而影響其加氫性能和使用壽命。同時，反應(yīng)結(jié)束后，催化劑的再生、更換均不方便。

懸浮床是煤化工加氫應(yīng)用最早的反應(yīng)器[11，12]，主要操作是將加氫原料、溶劑、催化劑和H2混合后一并加入到反應(yīng)器中，在高溫高壓條件下進行加氫反應(yīng)。研究學(xué)者采用懸浮床對新疆克拉瑪依高鈣渣油進行加氫處理，取得了不錯的加氫效果。

懸浮床反應(yīng)器是在高速攪拌下，將催化劑顆粒懸浮在氣相和液相中，減少了催化劑的結(jié)焦積碳，并且可以使催化劑顆粒內(nèi)表面充分利用，在處理雜原子含量較高的煤焦油方面具有自身的特點[3，7]。兩種反應(yīng)器上加氫原理簡單示意圖見圖5。

圖5 固定床和懸浮床加氫技術(shù)對比圖Fig.5 Comparison of hydrogenation technology on fixed bed and slurry-phase hydrocracking

4 結(jié)論

固定床反應(yīng)器和懸浮床反應(yīng)器是煤焦油加氫過程中普遍采用的反應(yīng)器。與固定床反應(yīng)器相比，懸浮床反應(yīng)器上催化劑不容易結(jié)焦積碳，加氫活性更好，在處理雜原子含量較高的煤焦油方面更具有優(yōu)勢。