煤焦油悬浮床加氢研究现状及发展趋势

彭佳民(中国神华煤化工有限公司鄂尔多斯分公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000)

通常情况下，煤焦油加工类型有加氢、溶剂脱沥青、脱碳三类方法。脱碳工艺比如像催化裂化与焦化，加氢工艺比如像加氢裂化与加氢处理。根据报道，2013年，国内煤焦油市场行情出现多次震荡，到2013年底，我国煤焦油加工处理能力约2230万吨/年，2013年全国煤焦油产量约2000万吨。2014年上半年，全国煤焦油产量约970万吨。煤焦油的加氢处理与裂化技术依据反应器能够划分成固定床，沸腾床，移动床与悬浮床反应器这四类。

1 悬浮床反应器简介

悬浮床技术是一种热加氢裂化/加氢工艺，可将石油残渣转化成可以直接用于市场

销售的馏分，这个过程的转化率很高（＞95%，524℃+），液体产品收率也高于100%，原料与添加剂调和成浆，然后注入到流程的高压段。添加补充氢气后原料经反应器出料换热器预热并进行余热回收，再经过加热炉预热。

煤焦油悬浮床加氢工艺与固定床的加氢比较，流程结构相对比较简单。由于煤焦油密度大（1.160-1.220g/cm3），固含量高，粘度大等特点，为满足特殊原料性质的特点，因此悬浮床反应器内没有催化剂床层，悬浮床加氢化反应器选取空筒结构，悬浮床反应器是个圆柱体，带有一个圆锥形封头。这个反应器就是所谓的“冷”壁反应器，因为它的外面没有保温层。反应器的内部装有保温层/耐热层，装在反应器的内壁上。悬浮床反应器内有一个套管，用于将工艺流体与保温层分离开，同时给反应器提供一个光滑的流体力学表面。但是要把煤焦油原料和氢气相互融合，凭借多重气液的分布器推动氢气在煤焦油当中实现溶解平衡，悬浮床加氢反应器可以选择合理内部构造实现加强气液传质的目的。目前学术界对于氢气在煤焦油当中溶解做过系统性研究。结果证明，一般在加氢工艺中，氢气在煤焦油当中溶解度大概是1g/kg，总压升到24MPa的时候，溶解度才可以达至2g/kg左右，强化氢和煤焦油气液传质对于加氢转化与抑制生焦具有重要意义。基本工艺流程为：原料经过原料泵升压与添加剂泵加压后的添加剂混合后换热、加热后与循环氢出口流量相混合，进入反应器，经过分配盘在反应器中反应，由于转化过程是一个高放热反应，必须给反应器提供急冷气体，用于温度控制所产生的热量，热量通过上流的反应产物、循环氢带出。添加剂用于吸收加氢反应过程中不需要的副产品，最小化反应器内表面形成焦碳层。特别是煤焦油进料中的沥青质受到添加剂的限制，可防止其作为焦碳前驱物发挥作用。添加剂还可稳定液相反应器中的流动状态。自反应器出来的反应产物进入热高压分离器，进行气，液，固分离。气体和轻组分从顶部流出，进入固定床反应器进一步加氢处理，从固定床出来的产物经冷却后进行分离，气体氢气进入循环氢压缩机作为循环氢与来自新氢压缩机的新氢混合，混合氢与原料油混合作为反应进料；热高分底部产物经过减压阀后进入闪蒸塔进行液固分离。液体作为产品在后续工艺中深加工，固体作为残渣处理。热低分底部油品经过减压后，进入分馏加热炉加热后进入分馏塔分离。

2 煤焦油悬浮床加氢技术特点

悬浮床和固定床相比，悬浮床反应器对原料中机械杂质要求不是很严格，而固定床反应器对原料中固含量的要求是不大于0.01%；悬浮床反应器所用催化剂同反应进料同时加入，可以保证反应器中催化剂的活性和选择性长期保持不变；因此，悬浮床反应器不会因为催化剂的活性逐渐降低而需要提高反应器温度来弥补；悬浮床反应器没有固定的床层，不会因为床层的压降升高而影响长周期运行。从以上特点分析，悬浮床加氢技术比其它加氢技术具有更多的优越性。

早在二十世纪三十年代初期，人们对于悬浮床加氢反应器就已经展开了研究，欧美学术界开始对于反应器尝试做相关模型进行研究。悬浮床加氢反应器使用特殊的内置导流管反应器,固体催化剂处于悬浮状态,气液固三相反应器内可以达到完全混合,大大加快了质量传递速度。所采用的催化剂颗粒大小均匀,悬浮在反应物中,可以有效地抑制焦炭生产,依靠高温裂解原料的深度,生产出更多的轻油产品。与其他三个类型的反应器相比,它的主要内容是可涵盖任何杂质的加工材料,如加工高硫、高残碳、高粘度、高金属,劣质渣油、高沥青质等再加工产品和二次加工成品。抚顺石油大学研究所对于悬浮床相关技术也进行了研究,并在抚顺石油工厂建立了工业示范装置。由于悬浮床可以与高粘度、高金属、高沥青质和其他低级的重油一起回收,引起全世界更多石油公司关注,大量开展对悬浮床加氢裂化催化剂相关研究。煤焦油悬浮床加氢相关技术仍然在不断开发中，煤焦油加氢技术，可以在具体操作的时候适当添加劣质的含硫原油渣油，也可以用来对劣质稠油进行加工，也可以利用该项技术对油砂沥青这些劣质原料进行加工。该项技术能够生产质量优质的柴油与石脑油；同时轻油收率与转化率比较高，特别柴油馏分的收率非常高。煤焦油悬浮床加氢可以加工处理极为劣质原料，装置不易结焦，可以满足长周期运转。所以，本项技术成功因素在于得到较高转化率。伴随原油价格逐渐下跌，煤焦油悬浮床加氢技术表现出较高经济性。BP公司对于沸腾床，悬浮床加氢与延迟焦化做了经济性的评估，伴随原油价格逐步下跌，三类渣油加工技术收益都比较大。当原油的价格超出每桶五十美元的时候，悬浮床加氢化裂化比延迟焦化与沸腾床具备更高经济价值。最近几年，有绝大部分大型石油企业都在紧锣密鼓强化煤焦油悬浮床加氢技术研究及工业性应用。现如今，有很大一部分技术已经完成工业试验，并且实验效果令人满意，逐渐向工业化大规模应用靠拢。在这方面做的比较不错技术包括：委内瑞拉石油公司HDHPlus/SHP技术，意大利埃尼公司EST技术，UOP公司UniflexSHC技术与BP公司BPVCC技术。

3 煤焦油悬浮床加氢发展趋势

现阶段陕西天元化工，双翼化工，等多家装置采用固定床煤焦油加氢只能选择性的加工部分煤焦油，应用悬浮床加氢的装置为数不多，现陕西安源化工的悬浮床煤焦油加氢正在建设中。煤焦油悬浮床加氢现如今停留在工业放大实验阶段；悬浮床接下来工业化大规模经济分析研究也为重点考察环节。催化剂的分散，反应器开发，经济性及其尾油处理等因素为接下来工业化大规模决定关键性因素。

4 煤焦油悬浮床发展的必要性

现阶段国家环保压力与日俱增，清洁能源的开发和利用势在必行。作为炭的副产品煤焦油，被当普通燃料烧掉，或者简单加氢处理制取初级燃料油，甚至直接就地排放，不仅没有实现资源的清洁高效利用，还对环境造成污染。煤焦油加氢项目将开创煤焦油高端化、清洁化、精细化利用的崭新途径。

5 结语

伴随能源索求量不断扩大，重渣油的加工技术逐渐受到人们瞩目。而煤焦油悬浮床加氢因为可以处理高残炭，高金属，高粘度，高沥青质，高硫等各类劣质原料逐渐变成人们热议话题。煤焦油悬浮床加氢型反应器构筑和同它相匹配催化剂开发渐渐变成煤焦油悬浮床加氢主要突破对象，伴随悬浮床加氢有关工艺成熟和完善，悬浮床加氢势必步入工业应用，进一步推动煤焦油加氢相关技术可持续发展。

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