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(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，陜西西安710075）

20世紀(jì)80年代，懸浮床加氫裂化技術(shù)的研究比較活躍,包括國(guó)外德國(guó)的VCC技術(shù)、加拿大的CAN-MET技術(shù)、美國(guó)環(huán)球油品公司的VOP-Aurabon技術(shù)、意大利ENI公司開(kāi)發(fā)的EST技術(shù)以及國(guó)內(nèi)華東石油大學(xué)開(kāi)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(shì)［2］。典型工藝條件對(duì)比見(jiàn)表1。

表1典型懸浮床加氫裂化工藝條件對(duì)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(guò)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(xiàng)技術(shù)，使煤的直接液化更容易，同時(shí)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(jiàn)圖1。

懸浮床加氫裂化試驗(yàn)裝置通過(guò)多次不同原料和不同濃度下的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)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(dá)94%，瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%，＞525℃渣油轉(zhuǎn)化率高于90%，總液體收率達(dá)70%以上［4～6］。

圖1煤—油共煉裝置的基本流程

在多次的試驗(yàn)研究下，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，為煤—油共煉技術(shù)研究提供了數(shù)據(jù)支撐?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)有3點(diǎn)。

（1）原料配置過(guò)程中，應(yīng)控制轉(zhuǎn)運(yùn)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(dòng)情況；

（2）進(jìn)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(duì)原料罐排氣，完成后立即沖壓，逐漸開(kāi)大原料泵變頻，出口壓力達(dá)到180 KPa后，緩慢打開(kāi)泵出口閥；②進(jìn)料泵單向閥卡塞。措施是切泵處理并及時(shí)沖洗。

（3）系統(tǒng)中（即循環(huán)氫中）硫化氫的濃度對(duì)煤的轉(zhuǎn)化率影響很大，建議隨時(shí)監(jiān)測(cè)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(diǎn)及面臨的問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)：（1）煤和溶劑油一起加氫，它們之間有協(xié)同作用，比單獨(dú)加氫獲得的油收率高；（2）與煤直接液化相比，經(jīng)濟(jì)性好，能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)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(guò)程中具有良好的供氫性能，可以替代或部分替代工藝過(guò)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(wèn)題：（1）重油來(lái)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(yùn)行受到限制；（2）超高壓，超高溫條件，對(duì)設(shè)備要求苛刻，從高壓到低壓的減壓閥磨損嚴(yán)重；（3）煤—油共煉熱高分底部殘?jiān)鼰o(wú)有效利用方案，導(dǎo)致煤—油共煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(guò)預(yù)處理階段，主要脫除水分及機(jī)械雜質(zhì)，分離出合適的餾分，來(lái)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(jiàn)煤焦油加工流程見(jiàn)圖2。

圖2煤焦油加氫原則流程

通過(guò)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(yàn)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(shí)，重組分、瀝青質(zhì)接近全轉(zhuǎn)化，＜500℃液收大于90%。

根據(jù)實(shí)際操作，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)有3點(diǎn)。

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

（2）試驗(yàn)過(guò)程中，油水分離罐整體液位、油水界位在試驗(yàn)初期有較大波動(dòng)，是因?yàn)槊航褂凸r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(yàn)進(jìn)行，油水界位仍有一定波動(dòng)，這可能仍為上述原因造成，因此在后期煤焦油工況下需進(jìn)一步對(duì)該問(wèn)題進(jìn)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(shì) 陜西延長(zhǎng)石油設(shè)計(jì)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(xiàng)目是煤焦油綜合利用示范項(xiàng)目，解決了目前煤焦油加工過(guò)程中附加值低、污染轉(zhuǎn)移的工藝缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了煤焦油資源的增值利用［9］。該項(xiàng)目一期50×104t/a的懸浮床煤焦油全餾分加氫項(xiàng)目已建成并投產(chǎn)。

該工藝首先通過(guò)預(yù)處理，將進(jìn)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(guò)分餾裝置將170～230℃餾分的輕組分直接進(jìn)固定床反應(yīng)器，大于230℃的重組分進(jìn)入3個(gè)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(kāi)發(fā)的15.8×104t懸浮床工業(yè)示范裝置一次開(kāi)車成功。該技術(shù)宣稱總轉(zhuǎn)化率達(dá)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(xiàng)目開(kāi)工奠基，該項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(dá)成了協(xié)議，建成20×104t/a中低溫煤焦油制清潔燃料項(xiàng)目［10］。

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

面臨的主要問(wèn)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(jì)缺乏匹配性，需要進(jìn)一步加強(qiáng)優(yōu)化；

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

3 結(jié)束語(yǔ)

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(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，也是解決煤炭分質(zhì)高效利用的重要途徑，需在整套工藝?yán)碚摶A(chǔ)層面、高效催化劑、含油殘?jiān)咝Ю?、產(chǎn)品油的高附加值、工藝設(shè)備的合理設(shè)計(jì)及選型等多方面開(kāi)展大量工作，從而優(yōu)化整套工藝，增強(qiáng)整個(gè)工藝的經(jīng)濟(jì)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(lái)的廣泛推廣及應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。