固定床和悬浮床上煤焦油加氢技术对比*

李国峰

（新疆应用职业技术学院 石油与化学工程系，新疆 奎屯 833200）

我国原油资源短缺，煤焦油作为炼油产业的主要副产物，其数量巨大[1，2]。如何将煤焦油加氢精制转化为清洁燃料油是科研工作者一直以来的研究热点。近20多年来，我国在煤焦油加氢精制技术方面取得了一定的成果[3，4]，开发了不同的加氢工艺流程，按照技术特点，主要包括固定床和悬浮床煤焦油加氢工艺。

1 固定床上煤焦油加氢技术

固定床加氢工艺是指采用固定床反应器对原料重油进行炼化的一种工艺，具有技术成熟、工艺和设备结构简单等特点[5]。目前是科研工作者用于研究煤焦油加氢的主要反应器。

南京工业大学谭凤宜等人[6]采用自制的Ni基催化剂，采用煤焦油中的芳烃萘作为探针反应，在固定床反应器上优化了萘加氢合成十氢萘的工艺。优化的工艺条件为：T、P、LHSV 分别为 170～190 ℃、7～8MPa、0.6～0.8h-1。在此最佳的反应条件下，萘的转化率和十氢萘的选择性分别高达95%和85%以上。该研究团队自行设计了固定床加氢反应器，工艺流程简图见图1。

图1 固定床法合成十氢萘的工艺流程图Fig.1 Process flow chart for synthesis of decalin on a fixed bed

新疆大学贾其等人[7]采用商业的USY型分子筛作为催化剂载体，通过浸渍法制备了双金属催化剂Ni-Mo/USY，采用硫代硫酸铵硫化后干燥、挤条、成型，在JQLH-I型固定床上对中低温煤焦油进行加氢裂化研究。在内径为2.716cm反应管的中部加入100g的催化剂，反应管的两端填堵缓冲物，在反应温度为370℃，反应压力为9MPa，空速为0.6h-1的条件下，考察了主活性金属Mo的含量对催化剂性能的影响。研究表明，10%的Mo含量是最优的负载量，此时，加氢轻质油的收率高达93%。固定床反应器的简单示意图见图2。

图2 固定床反应器示意图Fig.2 Schematic diagram of fixed bed reactor

2 悬浮床上煤焦油加氢技术

悬浮床反应器是近年来的研究热点，在煤焦油加氢方面具有可以在线更换催化剂、催化剂不易结焦积碳和高催化活性等特点，在处理劣质煤焦油方面占有一定的优势。

我国煤炭科学技术研究院[4，8]自主研发了煤焦油加氢的多金属组分催化剂，其中主金属活性组分占比1%～10%，催化剂添加量为4%，在自主设计的悬浮床加氢工艺中取得很好的加氢效果，并且催化剂可以循环利用。该悬浮床加氢工艺流程见图3。

图3 中低温煤焦油非均相悬浮床加氢技术典型工艺流程Fig.3 Typical process flow of heterogeneous hydrogenation onslurry-phase hydrocrackingof low temperature coal tar

波兰煤炭化学加工研究所Magdalena Majka等人[9]在自制的悬浮床反应器上采用不同催化剂对煤焦油加氢裂化过程进行了实验研究。反应器简单示意图见图4。

图4 悬浮床反应器示意图Fig.4 Schematic diagram of slurry-phase hydrocracking reactor

该实验中将高温煤焦油作为加氢原料，在反应温度为400～413℃、反应压力为7.3～9.6MPa的条件下，采用5种不同的加氢裂化催化剂对加氢产率和产品特性进行了研究。研究结果表明，Ni-W/Al2O3和Y沸石催化剂对轻芳烃的催化活性最高，原料煤焦油经过Ni-W/Al2O3催化剂加氢裂化后，多环芳烃的总产量下降了52.7%。

3 固定床和悬浮床加氢技术对比

固定床反应器是目前应用最为广泛、技术最为成熟的催化剂评价装置。国内研究学者[10]大都采用固定床反应器进行煤焦油以及模型化合物的加氢实验研究，并且取得了较好的加氢效果，具体操作是在固定床的反应管中装入催化剂，上下两端填堵石英棉，然后用计量泵将原料油引入反应管中进行加氢反应。固定床反应装置具有结构简单、操作稳定的优点，然而固体催化剂在床层中静止不动，催化剂容易结焦积碳，进而影响其加氢性能和使用寿命。同时，反应结束后，催化剂的再生、更换均不方便。

悬浮床是煤化工加氢应用最早的反应器[11，12]，主要操作是将加氢原料、溶剂、催化剂和H2混合后一并加入到反应器中，在高温高压条件下进行加氢反应。研究学者采用悬浮床对新疆克拉玛依高钙渣油进行加氢处理，取得了不错的加氢效果。

悬浮床反应器是在高速搅拌下，将催化剂颗粒悬浮在气相和液相中，减少了催化剂的结焦积碳，并且可以使催化剂颗粒内表面充分利用，在处理杂原子含量较高的煤焦油方面具有自身的特点[3，7]。两种反应器上加氢原理简单示意图见图5。

图5 固定床和悬浮床加氢技术对比图Fig.5 Comparison of hydrogenation technology on fixed bed and slurry-phase hydrocracking

4 结论

固定床反应器和悬浮床反应器是煤焦油加氢过程中普遍采用的反应器。与固定床反应器相比，悬浮床反应器上催化剂不容易结焦积碳，加氢活性更好，在处理杂原子含量较高的煤焦油方面更具有优势。