懸浮床加氫裂化技術(shù)應(yīng)用分析

胡金余，李增勃，郭彥新，魏江濤

（陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術(shù)研究中心，陜西西安710075）

20世紀80年代，懸浮床加氫裂化技術(shù)的研究比較活躍,包括國外德國的VCC技術(shù)、加拿大的CAN-MET技術(shù)、美國環(huán)球油品公司的VOP-Aurabon技術(shù)、意大利ENI公司開發(fā)的EST技術(shù)以及國內(nèi)華東石油大學(xué)開發(fā)的新型懸浮床加氫技術(shù)等［1］。

1 懸浮床加氫裂化技術(shù)的現(xiàn)狀

懸浮床加氫裂化工藝，有煤—油共煉、重劣質(zhì)油（煤焦油、渣油、FCC油漿）輕質(zhì)化、煤直接液化3種加工模式，具有氫耗低、轉(zhuǎn)化率高、餾分油收率高、投資少等優(yōu)勢［2］。典型工藝條件對比見表1。

表1典型懸浮床加氫裂化工藝條件對比

2 懸浮床加氫裂化技術(shù)及應(yīng)用

2.1 煤—油共煉

2.1.1 工藝流程 煤—油共煉是將一定濃度的煤與重劣質(zhì)油按比例混合，在15～22 MPa、450～470℃以及催化劑條件下，使油煤漿1次通過反應(yīng)器，加氫裂解成輕、中質(zhì)油和少量烴類氣體的工藝技術(shù)［3］。煤—油共煉結(jié)合了重質(zhì)油加工和煤直接液化2項技術(shù)，使煤的直接液化更容易，同時提高了重油和渣油的有效利用率，是煤直接液化技術(shù)的改良版。煤—油共煉中試裝置工藝流程見圖1。

懸浮床加氫裂化試驗裝置通過多次不同原料和不同濃度下的試驗研究，試驗結(jié)果表明，以西灣煤和榆煉FCC油漿為原料，在反應(yīng)溫度468℃、系統(tǒng)壓力22 MPa、煤濃度45%的條件下，煤轉(zhuǎn)化率最高達94%，瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率達90%，＞525℃渣油轉(zhuǎn)化率高于90%，總液體收率達70%以上［4～6］。

圖1煤—油共煉裝置的基本流程

在多次的試驗研究下，對控制參數(shù)進行了優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)總結(jié)出的經(jīng)驗，為煤—油共煉技術(shù)研究提供了數(shù)據(jù)支撐。總結(jié)經(jīng)驗有3點。

（1）原料配置過程中，應(yīng)控制轉(zhuǎn)運罐伴熱溫度在120℃左右，30 min檢查攪拌器攪拌情況及原料混合流動情況；

（2）進料量出現(xiàn)中斷，原因及解決辦法有：①原料中帶氣，導(dǎo)致原料泵不打量。解決措施是迅速關(guān)小原料泵的變頻，關(guān)閉出口閥，立即對原料罐排氣，完成后立即沖壓，逐漸開大原料泵變頻，出口壓力達到180 KPa后，緩慢打開泵出口閥；②進料泵單向閥卡塞。措施是切泵處理并及時沖洗。

（3）系統(tǒng)中（即循環(huán)氫中）硫化氫的濃度對煤的轉(zhuǎn)化率影響很大，建議隨時監(jiān)測系統(tǒng)硫化氫濃度，控制在800～1 200 ppm，保證煤轉(zhuǎn)化、瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化效果。DMDS在原料罐內(nèi)加入有揮發(fā)的可能性，可以考慮改用硫粉加入保證系統(tǒng)硫化氫濃度。

2.1.2 優(yōu)點及面臨的問題優(yōu)點：（1）煤和溶劑油一起加氫，它們之間有協(xié)同作用，比單獨加氫獲得的油收率高；（2）與煤直接液化相比，經(jīng)濟性好，能源轉(zhuǎn)化效率達到70.12%，工程投資7 500元/t，水耗約1.6 t/t油；（3）重油在懸浮床加氫裂化工藝過程中具有良好的供氫性能，可以替代或部分替代工藝過程中需要的富氫循環(huán)溶劑，從而大大降低煤炭的液化成本［7,8］。

面臨的問題：（1）重油來源、性質(zhì)不穩(wěn)定，造成溶劑油缺乏，導(dǎo)致裝置連續(xù)平穩(wěn)運行受到限制；（2）超高壓，超高溫條件，對設(shè)備要求苛刻，從高壓到低壓的減壓閥磨損嚴重；（3）煤—油共煉熱高分底部殘渣無有效利用方案，導(dǎo)致煤—油共煉技術(shù)經(jīng)濟下降。

2.2 煤焦油加工

2.2.1 工藝流程將煤焦油全餾分經(jīng)過預(yù)處理階段，主要脫除水分及機械雜質(zhì)，分離出合適的餾分，來生產(chǎn)柴油餾分和副產(chǎn)芳潛較高的催化重整原料或清潔車用汽油調(diào)和組分。常見煤焦油加工流程見圖2。

圖2煤焦油加氫原則流程

通過加工不同餾分和不同品質(zhì)的煤焦油，全面的的研究了懸浮床加氫裂化技術(shù)在煤焦油加工方面的應(yīng)用。試驗研究表明，以蘭炭企業(yè)中低溫煤焦油為原料油，在468℃，22 MPa,空速0.5 kg/h、添加劑加入0.5%量、催化劑加入2%量時，重組分、瀝青質(zhì)接近全轉(zhuǎn)化，＜500℃液收大于90%。

根據(jù)實際操作，總結(jié)經(jīng)驗有3點。

（1）原料預(yù)處理過程中，嚴格控制水含量小于1%，固含量在1%～2%；

（2）試驗過程中，油水分離罐整體液位、油水界位在試驗初期有較大波動，是因為煤焦油工況下所獲得冷高分底部產(chǎn)物（輕油）密度與水接近，且其中可能含有一定量羥基類物質(zhì)起到乳化劑作用，造成油水分離效果不佳。經(jīng)多次調(diào)整獲得較好分離效果，曲線逐步趨于穩(wěn)定。后期隨著試驗進行，油水界位仍有一定波動，這可能仍為上述原因造成，因此在后期煤焦油工況下需進一步對該問題進行探索研究；

（3）控制預(yù)熱器出口溫度在260～280℃，防止

2.2.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 陜西延長石油設(shè)計總投資約70×108元，在榆林神木錦界工業(yè)園區(qū)建設(shè)100×104t/a煤焦油加氫項目是煤焦油綜合利用示范項目，解決了目前煤焦油加工過程中附加值低、污染轉(zhuǎn)移的工藝缺點，實現(xiàn)了煤焦油資源的增值利用［9］。該項目一期50×104t/a的懸浮床煤焦油全餾分加氫項目已建成并投產(chǎn)。

該工藝首先通過預(yù)處理，將進廠煤焦油（密度為1.06-1.07及0.97-0.98的2種煤焦油）里面的水分及灰渣分別脫至4%及2.55%以下，然后通過分餾裝置將170～230℃餾分的輕組分直接進固定床反應(yīng)器，大于230℃的重組分進入3個串聯(lián)的懸浮床反應(yīng)器，在450℃、18.5 MPa下完成煤焦油加氫，其中懸浮床反應(yīng)器總體積約130 m3。

2016年2月21日，由北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司和華石聯(lián)合能源科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)的15.8×104t懸浮床工業(yè)示范裝置一次開車成功。該技術(shù)宣稱總轉(zhuǎn)化率達96%～99%，輕油收率92%-95%。12月30日，其與鶴壁世通綠能石化科技發(fā)展股份有限公司簽署的150×104t/a煤焦油、煤瀝青綜合利用項目開工奠基，該項目是示范型裝置向大型工業(yè)化邁出的重要一步，是世界上最大的煤焦油、煤瀝青懸浮床加氫項目。

2011年12月，北京煤炭科學(xué)技術(shù)研究院與LPEC簽署了有關(guān)煤—油共煉、煤液化、煤焦油加氫等一系列煤化工項目協(xié)議。目前已完成50×104t/a及20×104t/a煤焦油懸浮床加氫技術(shù)工藝包的編制。2013年12月，北京煤炭科學(xué)技術(shù)研究院與新疆慶華達成了協(xié)議，建成20×104t/a中低溫煤焦油制清潔燃料項目［10］。

2.2.3 優(yōu)點及面臨的問題優(yōu)點：（1）懸浮床和固定床相比，懸浮床對原料中油品的性質(zhì)（機械雜質(zhì)、餾程）的要求不是很嚴格，煤焦油原料的選擇廣度及加工深度都具有明顯優(yōu)勢；（2）加氫深度大，煤焦油轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品油性質(zhì)好，對固定床的催化劑影響小，經(jīng)濟效益高。

面臨的主要問題有3方面。

（1）反應(yīng)壓力高、溫度高，操作苛刻度高；

（2）煤焦油懸浮床加氫裂化技術(shù)整體工藝的設(shè)計缺乏匹配性，需要進一步加強優(yōu)化；

（3）整套工藝都借鑒國外技術(shù)，在反應(yīng)器熱力學(xué)、動力學(xué)研究方面存在不足，導(dǎo)致理論對實踐缺乏指導(dǎo)作用。

3 結(jié)束語

懸浮床加氫裂化技術(shù)具有轉(zhuǎn)化率高、液體收率高、能源轉(zhuǎn)化效率高、可靠性強等諸多優(yōu)點，也是解決煤炭分質(zhì)高效利用的重要途徑，需在整套工藝理論基礎(chǔ)層面、高效催化劑、含油殘渣高效利用、產(chǎn)品油的高附加值、工藝設(shè)備的合理設(shè)計及選型等多方面開展大量工作，從而優(yōu)化整套工藝，增強整個工藝的經(jīng)濟效益，使該工藝在煤—油共煉、煤焦油加氫、重質(zhì)油加氫方面取得重大突破，為該工藝在“十三五”及未來的廣泛推廣及應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。