煤焦油懸浮床加氫研究現狀及發展趨勢

彭佳民(中國神華煤化工有限公司鄂爾多斯分公司,內蒙古 鄂爾多斯 017000)

通常情況下，煤焦油加工類型有加氫、溶劑脫瀝青、脫碳三類方法。脫碳工藝比如像催化裂化與焦化，加氫工藝比如像加氫裂化與加氫處理。根據報道，2013年，國內煤焦油市場行情出現多次震蕩，到2013年底，我國煤焦油加工處理能力約2230萬噸/年，2013年全國煤焦油產量約2000萬噸。2014年上半年，全國煤焦油產量約970萬噸。煤焦油的加氫處理與裂化技術依據反應器能夠劃分成固定床，沸騰床，移動床與懸浮床反應器這四類。

1 懸浮床反應器簡介

懸浮床技術是一種熱加氫裂化/加氫工藝，可將石油殘渣轉化成可以直接用于市場

銷售的餾分，這個過程的轉化率很高（＞95%，524℃+），液體產品收率也高于100%，原料與添加劑調和成漿，然后注入到流程的高壓段。添加補充氫氣后原料經反應器出料換熱器預熱并進行余熱回收，再經過加熱爐預熱。

煤焦油懸浮床加氫工藝與固定床的加氫比較，流程結構相對比較簡單。由于煤焦油密度大（1.160-1.220g/cm3），固含量高，粘度大等特點，為滿足特殊原料性質的特點，因此懸浮床反應器內沒有催化劑床層，懸浮床加氫化反應器選取空筒結構，懸浮床反應器是個圓柱體，帶有一個圓錐形封頭。這個反應器就是所謂的“冷”壁反應器，因為它的外面沒有保溫層。反應器的內部裝有保溫層/耐熱層，裝在反應器的內壁上。懸浮床反應器內有一個套管，用于將工藝流體與保溫層分離開，同時給反應器提供一個光滑的流體力學表面。但是要把煤焦油原料和氫氣相互融合，憑借多重氣液的分布器推動氫氣在煤焦油當中實現溶解平衡，懸浮床加氫反應器可以選擇合理內部構造實現加強氣液傳質的目的。目前學術界對于氫氣在煤焦油當中溶解做過系統性研究。結果證明，一般在加氫工藝中，氫氣在煤焦油當中溶解度大概是1g/kg，總壓升到24MPa的時候，溶解度才可以達至2g/kg左右，強化氫和煤焦油氣液傳質對于加氫轉化與抑制生焦具有重要意義?；竟に嚵鞒虨椋涸辖涍^原料泵升壓與添加劑泵加壓后的添加劑混合后換熱、加熱后與循環氫出口流量相混合，進入反應器，經過分配盤在反應器中反應，由于轉化過程是一個高放熱反應，必須給反應器提供急冷氣體，用于溫度控制所產生的熱量，熱量通過上流的反應產物、循環氫帶出。添加劑用于吸收加氫反應過程中不需要的副產品，最小化反應器內表面形成焦碳層。特別是煤焦油進料中的瀝青質受到添加劑的限制，可防止其作為焦碳前驅物發揮作用。添加劑還可穩定液相反應器中的流動狀態。自反應器出來的反應產物進入熱高壓分離器，進行氣，液，固分離。氣體和輕組分從頂部流出，進入固定床反應器進一步加氫處理，從固定床出來的產物經冷卻后進行分離，氣體氫氣進入循環氫壓縮機作為循環氫與來自新氫壓縮機的新氫混合，混合氫與原料油混合作為反應進料；熱高分底部產物經過減壓閥后進入閃蒸塔進行液固分離。液體作為產品在后續工藝中深加工，固體作為殘渣處理。熱低分底部油品經過減壓后，進入分餾加熱爐加熱后進入分餾塔分離。

2 煤焦油懸浮床加氫技術特點

懸浮床和固定床相比，懸浮床反應器對原料中機械雜質要求不是很嚴格，而固定床反應器對原料中固含量的要求是不大于0.01%；懸浮床反應器所用催化劑同反應進料同時加入，可以保證反應器中催化劑的活性和選擇性長期保持不變；因此，懸浮床反應器不會因為催化劑的活性逐漸降低而需要提高反應器溫度來彌補；懸浮床反應器沒有固定的床層，不會因為床層的壓降升高而影響長周期運行。從以上特點分析，懸浮床加氫技術比其它加氫技術具有更多的優越性。

早在二十世紀三十年代初期，人們對于懸浮床加氫反應器就已經展開了研究，歐美學術界開始對于反應器嘗試做相關模型進行研究。懸浮床加氫反應器使用特殊的內置導流管反應器,固體催化劑處于懸浮狀態,氣液固三相反應器內可以達到完全混合,大大加快了質量傳遞速度。所采用的催化劑顆粒大小均勻,懸浮在反應物中,可以有效地抑制焦炭生產,依靠高溫裂解原料的深度,生產出更多的輕油產品。與其他三個類型的反應器相比,它的主要內容是可涵蓋任何雜質的加工材料,如加工高硫、高殘碳、高粘度、高金屬,劣質渣油、高瀝青質等再加工產品和二次加工成品。撫順石油大學研究所對于懸浮床相關技術也進行了研究,并在撫順石油工廠建立了工業示范裝置。由于懸浮床可以與高粘度、高金屬、高瀝青質和其他低級的重油一起回收,引起全世界更多石油公司關注,大量開展對懸浮床加氫裂化催化劑相關研究。煤焦油懸浮床加氫相關技術仍然在不斷開發中，煤焦油加氫技術，可以在具體操作的時候適當添加劣質的含硫原油渣油，也可以用來對劣質稠油進行加工，也可以利用該項技術對油砂瀝青這些劣質原料進行加工。該項技術能夠生產質量優質的柴油與石腦油；同時輕油收率與轉化率比較高，特別柴油餾分的收率非常高。煤焦油懸浮床加氫可以加工處理極為劣質原料，裝置不易結焦，可以滿足長周期運轉。所以，本項技術成功因素在于得到較高轉化率。伴隨原油價格逐漸下跌，煤焦油懸浮床加氫技術表現出較高經濟性。BP公司對于沸騰床，懸浮床加氫與延遲焦化做了經濟性的評估，伴隨原油價格逐步下跌，三類渣油加工技術收益都比較大。當原油的價格超出每桶五十美元的時候，懸浮床加氫化裂化比延遲焦化與沸騰床具備更高經濟價值。最近幾年，有絕大部分大型石油企業都在緊鑼密鼓強化煤焦油懸浮床加氫技術研究及工業性應用?，F如今，有很大一部分技術已經完成工業試驗，并且實驗效果令人滿意，逐漸向工業化大規模應用靠攏。在這方面做的比較不錯技術包括：委內瑞拉石油公司HDHPlus/SHP技術，意大利埃尼公司EST技術，UOP公司UniflexSHC技術與BP公司BPVCC技術。

3 煤焦油懸浮床加氫發展趨勢

現階段陜西天元化工，雙翼化工，等多家裝置采用固定床煤焦油加氫只能選擇性的加工部分煤焦油，應用懸浮床加氫的裝置為數不多，現陜西安源化工的懸浮床煤焦油加氫正在建設中。煤焦油懸浮床加氫現如今停留在工業放大實驗階段；懸浮床接下來工業化大規模經濟分析研究也為重點考察環節。催化劑的分散，反應器開發，經濟性及其尾油處理等因素為接下來工業化大規模決定關鍵性因素。

4 煤焦油懸浮床發展的必要性

現階段國家環保壓力與日俱增，清潔能源的開發和利用勢在必行。作為炭的副產品煤焦油，被當普通燃料燒掉，或者簡單加氫處理制取初級燃料油，甚至直接就地排放，不僅沒有實現資源的清潔高效利用，還對環境造成污染。煤焦油加氫項目將開創煤焦油高端化、清潔化、精細化利用的嶄新途徑。

5 結語

伴隨能源索求量不斷擴大，重渣油的加工技術逐漸受到人們矚目。而煤焦油懸浮床加氫因為可以處理高殘炭，高金屬，高粘度，高瀝青質，高硫等各類劣質原料逐漸變成人們熱議話題。煤焦油懸浮床加氫型反應器構筑和同它相匹配催化劑開發漸漸變成煤焦油懸浮床加氫主要突破對象，伴隨懸浮床加氫有關工藝成熟和完善，懸浮床加氫勢必步入工業應用，進一步推動煤焦油加氫相關技術可持續發展。

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