低溫加氫法粗苯精制工藝優(yōu)化研究

朱政杰

摘 要：粗苯是煉焦煤氣凈化的副產(chǎn)品，經(jīng)過精制后可以得到的苯、甲苯、二甲苯等重要有機(jī)化工原料。本文針對國內(nèi)某粗苯氣相低溫加氫裝置生產(chǎn)情況，對三苯產(chǎn)品產(chǎn)率及總液產(chǎn)率未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的問題，對原料質(zhì)量、加氫反應(yīng)條件、工藝控制參數(shù)等方面進(jìn)行研究分析，找出主要影響因素，并給出合理優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：粗苯；低溫加氫；工藝優(yōu)化

1 粗苯加氫精制技術(shù)原理分析

對于粗苯加氫精制技術(shù)而言，依據(jù)其催化加氫反應(yīng)過程中的不同溫度，可將其分為兩種類型，即高溫加氫與低溫加氫。其中，對于低溫加氫精制技術(shù)而言，由于在加氫油中分離非芳烴和芳烴具有不同方法，因而可將其分為兩種類型，即溶劑萃取法及萃取蒸餾法。在高溫催化加氫方面，其工藝中比較典型的一種就是Litol工藝，其催化加氫反應(yīng)條件為6.0MPa壓力，其反應(yīng)溫度控制在600-650℃，其主要就是通過催化加氫可將不飽和烴除去，在加氫裂解作用下，高分子烷烴以及環(huán)烷烴可轉(zhuǎn)變成為低分子烷烴，可以氣體分離；同時(shí)，在加氫之后還能夠起到脫烷基作用，可使苯同系物最終轉(zhuǎn)變成為低分子烷烴及苯。所以，在高溫加氫精制技術(shù)中，其所得到產(chǎn)品只有苯，并不會(huì)產(chǎn)生甲苯以及二甲苯，在原料有機(jī)物中所存在硫元素、氮元素以及氧元素，可使其轉(zhuǎn)變成為硫化氫、氨氣及水，從而將其脫除，在加氫油處理方面，可選擇普通蒸餾方法，最后可獲得苯產(chǎn)品。在低溫催化加氫方面，其工藝中比較典型的就是溶劑萃取加氫及萃取蒸餾加氫，其催化加氫反應(yīng)條件為壓力控制在2.5-3.0MPa條件，其溫度控制在300-370℃，其主要作用就是加氫將不飽和烴脫除，使其轉(zhuǎn)變成為飽和烴。然而，由于其加氫溫度比較低，通常情況不會(huì)有加氫裂解反應(yīng)以及脫烷基深度加氫反應(yīng)發(fā)生。所以，在低溫加氫精制工藝中，其所得到產(chǎn)品包括苯、甲苯以及二甲苯

2 裝置主要影響因素

該裝置自投產(chǎn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品合格。由于市場上粗苯原料緊缺，加工的絕大部分原料為上游焦化廠生產(chǎn)的兩種高硫粗苯。該粗苯因煉焦配煤成分及焦化化產(chǎn)工藝流程原因，其含硫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)，限制裝置加工能力，影響產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)率。

3 反應(yīng)條件分析

3.1 溫度影響

因?yàn)閮杉壖託浞磻?yīng)的鎳-鉬和鈷-鉬催化劑活性非常高，所以系統(tǒng)溫度對其性能的影響較大，同時(shí)它們對溫度的變化也非常敏感。預(yù)加氫、主加氫反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的加氫反應(yīng)大部分是放熱反應(yīng)，從熱力學(xué)角度來看，其他條件不變的情況下，降低反應(yīng)物溫度有利于加氫反應(yīng)的正向進(jìn)行，加大反應(yīng)深度提高各類雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。但溫度的降低同時(shí)也會(huì)加快副反應(yīng)，造成甲基增加、芳烴損失，影響三苯產(chǎn)率。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度考慮，隨著反應(yīng)溫度的升高反應(yīng)速率增加，使反應(yīng)平衡時(shí)間縮短。但反應(yīng)溫度的提高，會(huì)降低反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)未反應(yīng)的不飽和烴容易發(fā)生聚合反應(yīng)，使稠環(huán)化合物縮合生焦，增加催化劑床層上的積碳量，使催化劑的活性降低，縮短催化劑的使用壽命。過高的溫度可造成催化劑的燒結(jié)，從而永久性損壞催化劑。

由于原料粗苯中噻吩等雜質(zhì)含量高，適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)換率。但隨著反應(yīng)進(jìn)行，產(chǎn)生的熱量放出，反應(yīng)溫差增大，影響轉(zhuǎn)化率。隨著主反應(yīng)器入口溫度升高，三苯產(chǎn)率明顯下降，在入口溫度升至278℃后，下降速率更加明顯。主反應(yīng)器入口溫度盡量控制在270℃以下，但為保證輕苯中噻吩等雜質(zhì)的脫除，又不能將溫度降的太低，否則純苯、甲苯產(chǎn)品中硫含量會(huì)超出規(guī)定指標(biāo)。

3.2 氫油比的影響

氫油體積比指的是加氫進(jìn)料中需氫量的相對大小。它主要是以加氫進(jìn)料的化學(xué)耗氫量為依據(jù)。從化學(xué)平衡的角度考慮，提高氫氣的用量將會(huì)有利于產(chǎn)物加氫速率的提高，有利于雜質(zhì)充分加氫反應(yīng)。但是反應(yīng)物中較高的氫氣分壓，在另一方面也會(huì)加快芳烴的加氫，造成三苯產(chǎn)率降低。在氫分壓大于2.08MPa后三苯產(chǎn)率明顯降低，故生產(chǎn)中將氫分壓控制在1.8～2.1MPa。

4 原料質(zhì)量影響及措施

所加工的自產(chǎn)粗苯原料中硫含量含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值的6000g/m3，其中一期粗苯硫含量在12000g/m3，二期粗苯硫含量高達(dá)29000g/m3，從加氫反應(yīng)原理不難得出，為保證三苯產(chǎn)品的質(zhì)量（總硫≤1g/m3），必須加大反應(yīng)程度，才能保證二硫化碳、噻吩的脫除，反應(yīng)程度的加大進(jìn)而導(dǎo)致副反應(yīng)芳香烴氫化增加、氫氣補(bǔ)充量增加、酸性氣排量增加等，進(jìn)而影響裝置三苯產(chǎn)率及總液產(chǎn)率。

5 結(jié)語

由于目前我國原煤性質(zhì)差異和各焦化企業(yè)粗苯回收裝置不同，原料粗苯中各組分含量變化較大，且粗苯中的總硫含量越來越高。低溫加氫粗苯精制裝置對加工硫含量較高的粗苯產(chǎn)品，將總硫含量控制在2.0%以下時(shí)，產(chǎn)品的總液產(chǎn)率及三苯產(chǎn)率可以控制在較好的范圍內(nèi)。加氫反應(yīng)中，主反應(yīng)溫度對三苯產(chǎn)率影響較大，在主反應(yīng)入口溫度升至278℃后，三苯產(chǎn)率下降明顯，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將主反應(yīng)入口溫度控制在270～275℃，穩(wěn)定三苯產(chǎn)率。控制好新氫補(bǔ)充量，氫分壓升高，副反應(yīng)逐漸增加，三苯產(chǎn)率降低，生產(chǎn)中應(yīng)將氫分壓控制在1.8～2.1MPa之間。

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