悬浮床加氢裂化反应特征分析

摘要：随着原油重质化、劣质化和产品清洁化趋势加剧，渣油加氢裂化技术的重要性日益提高，加氢裂化工艺技术的要求和革新正稳步推进，就目前几种加氢裂化工艺技术对比来看，悬浮床加氢裂化技术具有更多的优势。通过讨论悬浮床加氢裂化工艺转化效果的影响因素，主要包括温度、压力、反应时间和胶体稳定性。同时也分析了加氢裂化转化过程在不同工况下，各目的产品组分含量的变化情况。根据生产实践，优化了更为合理的工艺、设备运行参数，为该工艺技术的推广应用提供了充分的实践数据。

关键词：悬浮床；加氢裂化；深度裂化；胶体稳定

中图分类号：TE624文献识别码：B

随着当前国际国内环保压力增大，清洁化能源的多元化，对石油炼制和煤化工等企业形成新的严峻的挑战，迫使石油炼制和煤化工等工艺研发日趋精细化、前沿化。在现阶段油品加工工艺中，加氢工艺具有效率高和经济环保的优势，目前被广泛的应用[1]。常用的加氢工艺过程主要为固定床加氢、移动床加氢、沸腾床加氢和悬浮床加氢四种工艺，国内大部分炼化工艺都选择的是固定床加氢工艺。近年来较兴起的悬浮床加氢工艺正被企业逐渐推广应用，该工艺产生热裂化反应，并在工艺过程加入催化剂，建立一定床层压降，给高温重质原料提供稳定的反应场所和反应停留时间，使得重劣质油能更容易反应转化成目的轻质油。

而对于世界首套的煤油共炼试验示范项目，加氢裂化装置悬浮床反应器还得加入添加剂，悬浮床反应器所用的催化剂和添加剂为粉粒状，以悬浮态在反应器中建立床层，提供物料停留和反应的场所，并可有效抑制生焦。物料在高温、高压、临氢工况下，在悬浮床发生热裂解和加氢反应。经过试验，悬浮床反应器适应石油炼制和煤化工所产生的重质物料，不足之处操作条件较为苛刻、危险系数高。

悬浮床加氢工艺设备反应容器绝大多数为空筒形，反应过程不产生温度过高和催化剂失活等问题[2]。介于以上优点，国内外许多石油炼化设备公司都研发了许多此类技术工艺，并逐渐投入使用。例如Chevron公司自2003年起就已经开始研发悬浮床加氢裂化工艺技术设备，转化效率高，经济优势明显。

1 悬浮床加氢影响因素

悬浮床加氢裂化工艺在转化反应过程中，具有诸多的影响因素，分析转化反应过程对转化效果的影响因素，为识别转化工艺效果和指导工艺的实施提供理论指导。

1.1 温度影响

烃类化合物在高温下会发生复杂的化学反应，通过断链裂化产生裂解，同时也会发生缩合反应。油品中的饱和组分、芳香烃类、胶质、沥青质等含量不同，反应过程的情况也有所不同。饱和组分和芳香烃类组分主要发生裂化，产生小分子烃类或气态烃。胶质组分可裂化成芳香烃类，也可缩合为生产沥青质[3]。沥青质则主要发生生焦反应。整个高温转化反应过程，温度越高，转化效果越高，生焦量显著提升。而针对于脱硫工艺，则需要降低温度，过高的温度反而不利于脱硫的进行。因此在实践过程中，以脱硫工艺大部分采用略低的工艺温度（320℃～400℃），而加氢裂化工艺则采用高温进行转化反应（420℃～500℃）。

1.2 压力影响

在悬浮加氢裂化工艺过程，工艺中冲入大量氢气，通过反应生产大量氢自由基，所生产的氢自由基再进一步与烃类组分反应，降低烃热反应速率，避免烃类自由基的缩合反应的发生。随着加氢压力的升高，能进一步的促使氢裂解反应，提高运行效率。随着加氢压力的升高，渣油转化效率也能显著的提高。

1.3 反应时间影响

裂化转化反应开始的一段时间内，转化效率较高，渣油裂解效果较好，随着反应的持续，反应物转化程度变大，大部分油渣等皆已经裂化转化，残余的部分转化效率开始降低。因此实际反应过程中，通过增加反应时间来达到提高转化效果的作用并不十分明显。

1.4 胶体稳定性影响

胶质、沥青质是原油中含有的大分子物质，其中沥青质对胶体稳定性影响最大。以往的实践表明，原油组分越不稳定，其中沥青质越容易聚结。沥青质中含有硫、氧、氮等原子，这些原子的存在，为重油胶体提供形成的基础条件。因此在转化裂化过程，此类硫、氧、氮等原子含量越多，渣油的胶体稳定性越好[4]。

2 加氢产物组分变化

从某炼化厂选用的工艺设备反应温度为450℃，催化剂浓度为200μg/g、反应时间为2h，并设置不同的加氢压力，来分析不同加氢压力下反应物的组分含量变化（表1）。通过实验分析反应出，随着加氢压力的增加，反应后产物内饱和组分逐渐增加，芳香类组分逐渐降低，胶质组分逐渐增加，沥青质组分逐渐降低。

3 结语

探讨了悬浮床加氢裂化工藝在裂化反应过程中，温度、压力、反应时间和胶体稳定性对反应深度和转化率的影响。提高反应温度，在非脱硫工艺中可有效提高反应转化效率，而以延长反应时间来实现裂化转化效果最佳效果实际并不可取。

分析了加氢裂化反应过程不同组分随着加氢压力变化而变化的特征，并根据以前实际的工作经验，设置为工艺设备反应温度为450℃，催化剂濃度为200μg/g、加氢压力为8MPa时为最优化反应设置运行参数。

参考文献：

[1]王雷.渣油加氢催化剂的研究和应用[J].辽宁化工，2005，34（2）：7174.

[2]胡于中，何应登，迟文新.悬浮床加氢裂化工艺技术经济分析[J].石油化工技术经济，2005，21（6）：3032.

[3]周家顺，阙国和.反应条件对悬浮床加氢裂化过程的影响[J].燃料化学学报，2006，34（3）：324327.

[4]张磊，沐宝泉，邓文安，等.大港常压渣油悬浮床加氢裂化反应[J].石油化工高等学校学报，2007，20（3）：5255.

作者简介：高雄成（1979），男，汉族，陕西靖边人，助理工程师，现任陕西延长石油油煤公司加氢裂化车间工艺副主任，主要从事制氢、加氢裂化等方面的管理和技术研究工作。