淺談煤焦油加氫預處理問題分析及優化措施

黃銘 趙娟

摘 要：我國經濟的快速發展，人們生活水平的提高，對于能源需求與日俱增，我國能源消耗量正在不斷增大，石油作為主要的生產所用能源，因為國內石油能源的不足，很多石油是從國外進口而來，為了緩解我國石油能源緊張的情況，探索燃料油生產技術很有必要。當前，從中低溫煤焦油中通過加氫制作燃料油的技術工藝已經實現了成功的嘗試和應用，這種技術工藝能夠有效提供燃料油，且成本更低，更環保，值得推廣使用。

關鍵詞：煤焦油加氫預處理問題；優化措施

引言

經濟的快速發展使我國各行業有了新的發展空間。煤焦油加氫精制裂化工藝是將煤焦油切割為小于480℃煤焦油餾分和大于480℃的煤瀝青。小于480℃的煤焦油餾分進行加氫處理以生產輕重芳烴，煤瀝青可用于調合重質燃料油或生產改質瀝青。

1 油水分離優化設計

煤焦油原料在進裝置前都需要脫除水。煤焦油中含有水有幾方面的危害，一是引起加熱爐操作波動，另外水氣化需要消耗燃料增加能耗；二是原料中大量水氣化后引起裝置壓力變化，惡化各控制回路；三是對催化劑造成危害，高溫操作的催化劑如果長時間接觸水分，容易引起催化劑表面活性金屬組分的老化聚結，催化劑顆粒發生粉化，堵塞反應器。煤焦油脫水可以通過罐區沉降切水、離心機脫水、常壓塔蒸餾脫水，具體過程如下。（1）罐區沉降切水。煤焦油初次脫水應在煤焦油原料罐區進行，可分為原料油中水的沉降和脫除兩個過程。為了脫水，煤焦油罐采用三個，一個用于接收油，第二個進行水、於渣的沉降并脫除，第三個出料，原料從此罐進入裝置。（2）進裝置離心機，進行離心分離，脫除煤焦油中的水。（3）煤焦油進入常壓塔，通過蒸餾水和輕油進入常壓塔頂油水分離罐，通過沉降分離出來。由于煤焦油與水的密度很接近，罐區脫水及通過離心機效果很差，通過常壓脫水，常壓塔頂分離罐輕油和水的密度非常接近，油水在常壓塔頂分離罐分不出來。在常壓塔頂部注入煤焦油加氫產生穩定塔分離出的間隔烴，能有效降低塔頂分離罐的輕油密度，密度從920kg/m3降到790kg/m3，油水能完全分離，并增加一油水分離罐。

2 工藝說明

煤焦油主要是通過對煤進行干餾和氣化工藝實施中獲取的液體產物中的一種物質，煤焦油呈黑色或者是黑褐色，是一種具有刺激性臭味的液體，狀態比較粘稠，煤焦油更是很多稠環化合物和含有氧（O）、氮（N）、硫（S）雜環化合物的來源。根據不同的裂解溫度，可以將煤焦油劃分為低溫煤焦油（溫度在450-550℃之間）、中溫煤焦油（溫度在600-800℃之間）以及高溫煤焦油（溫度在1000℃），不同的干餾溫度，對于煤焦油的性質會產生很大的影響作用。中低溫煤焦油的烴類構成和天然石油很相似，只不過中低溫煤焦油的氧（O）、氮（N）和芳烴含量要比天然石油高出很多，且碳氫比較高、原料不飽和程度也較高，金屬、雜質以及殘炭含量較高，因此，針對煤焦油進行加工，以期獲得與天然石油相近的成分含量，存在一定的困難。

3 煤焦油懸浮床加氫裂化工藝

自主開發的重油懸浮床加氫裂化工藝的基礎之上，開發出了煤焦油懸浮床加氫裂化工藝。該技術采用油溶性Mo、Ni等催化劑，此類催化劑由于有機配體的存在，具有很好的分散性能、加氫活性，能夠有效抑制反應體系中大分子芳烴自由基的縮合，延緩生焦、結焦的發生。此外，該工藝設計了獨特的雙向排料環流反應器，使得反應器內物料流速增加幾十倍以上，能夠有效減緩焦炭在反應器底部的積存及反應器壁的結焦現象的發生。以中溫煤焦油常壓渣油為原料，選用油溶性Mo/Ni復配催化劑，在反應溫度425℃、反應壓力125MPa的條件下進行了懸浮床加氫中試實驗，生焦率僅為1.17%，而汽油餾分、柴油餾分及蠟油餾分收率之和為88.28%。此外，油溶性催化劑多采用價格昂貴的Mo、Ni、Co等金屬作為活性組分，所以降低成本是該工藝實現工業化應用的關鍵。

4 加熱爐結焦問題及優化

減壓加熱爐是煤焦油預處理的關鍵設備之一，其功能將大于300℃煤焦油餾分油，通過加熱至360～380℃，讓煤焦油中小于480℃餾分油從減壓塔中很好的分離。某煤焦油加氫裝置預處理部分，減壓加熱爐只能維持運行一個月，壓降從0.3MPa升高到0.7MPA，需要不斷的進行反復停車燒焦。經過分析可能有以下幾種原因。（1）原料焦油性質不穩定。煤焦油是煉焦工業煤熱解生成產物，常溫下是一種黑色粘稠液體，其化學組成復雜。煤焦油含有大量的烯烴、多環芳烴等不飽和烴及硫、氮化合物，酸度高、膠質含量高，煤焦油作為加熱爐的原料在加熱爐中發生了復雜的化學反應，進入減壓加熱爐的原料煤焦油性質不穩定，從而導致加熱爐在高溫下結焦。（2）火焰撲燒加熱爐爐管。加熱爐的爐管處于高溫燃燒環境下運行，工藝要求對溫度控制極為嚴格。由于爐內火焰分布不均勻，爐內各溫度區域分布不穩定，熱力在爐內的分布程度差，或火焰中心偏斜，出現火焰撲燒加熱爐爐管的現象，將造成受熱面局部結渣或積灰，會使管子之間的吸熱嚴重不均。在燃燒過程中火焰分布不均而出現有局部火焰撲管或舔管的現象，必然造成爐管受熱不均勻而出現局部管壁超溫，從而導致爐管局部溫度過高，爐管結焦。根據現場DCS數據，減壓加熱爐對流段溫度較高，火焰撲燒加熱爐爐管，原減壓加熱爐設計爐負荷偏小，從現場加熱爐DCS運行反饋，輻射段溫度明顯偏高達到600℃。經改造并聯一臺相同負荷加熱爐，輻射段溫度降低到561℃，結焦問題得到解決，減壓加熱爐能長期穩定運行。

5 低溫煤焦油加氫制燃料油的加工技術和工藝

相對來說比較復雜，具有一定的難度，通過加氫的方法，去掉煤焦油原料中的氧（O）、氮（N）以及金屬等有害物質元素，促使煤焦油成分中烯烴更加飽和，這對于生產高品質的燃料油來說是關鍵，這種燃料油生產還能降低大氣污染，提升煤焦油的使用效率，實現煤焦油社會效益、經濟效益以及環境效益的共同提升。此外，中低溫煤焦油加氫制燃料油的技術工藝比較先進，技術工藝流程還在進一步優化，工藝處理中還使用了很多的循環資源利用環節設置，能夠提升資源利用率，使得產品附加值提升，符合可持續發展戰略要求。

6 減壓塔底泵選型優化

在加氫裂化裝置中，對于高溫含固工作介質的選用泵型一般是離心泵加上plan32機封沖洗方案。此種方式有兩方面的特點：一方面，plan32方案經多年實踐為高溫、含固體顆粒介質沖洗的可靠方案，其優越性在于不僅能夠帶走機封端面大部分熱量，而且能夠避免顆粒積聚，是行之有效的機械密封沖洗方案；另一方面，使用plan32沖洗，其需要沖洗液必須具有良好的流動性，且是與工藝介質能相容的沖洗液。選用的沖洗介質一般為柴油或蠟油，沖洗量大約為0.5～2t/h，而且外來介質進入泵體后無法回收，造成了一種極大的消耗，并且降低了生產效率。

結語

綜上所述，經過多個項目的經驗，進行設備及管道選材優化：塔頂管道材料維持，管道材料選用，材料選用，對于設備常減壓塔選用，減壓加熱爐爐管材質選用，解決了煤焦油加氫預處理管道及設備腐蝕問題，能滿足裝置長周期穩定運行。

參考文獻

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