李 斌，牛鴻權(quán)，何玉婷，史義存，王運濤

(陜煤集團榆林化學(xué)有限責任公司，陜西 榆林 719000)

煤焦油是一種制取輕質(zhì)燃料油品及芳烴等化工初級產(chǎn)品的重要原料[1]，但由于其組成復(fù)雜，不僅含有硫、氮、氧及金屬等雜原子，同時還含有大量的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分以及機械雜質(zhì)，在一定程度上增加了煤焦油深加工的難度[2-3]。加氫技術(shù)是煤焦油深加工的主要手段之一，其中適于加工餾分較輕的固定床加氫技術(shù)已經(jīng)十分成熟，而用于處理大量含固、含瀝青重質(zhì)餾分的懸浮床加氫技術(shù)還有待進一步發(fā)展[4]。

1 懸浮床加氫工藝流程

懸浮床加氫工藝流程如圖1所示：重質(zhì)煤焦油在混合罐與一定比例的專用催化劑混合，然后經(jīng)進料泵升壓至21.0～23.0 MPa，然后與高壓氫氣混合后進入加熱爐加熱至410～440 ℃后送至懸浮床加氫反應(yīng)器。煤焦油、氫氣和催化劑從反應(yīng)器的底部進入，頂部送出，反應(yīng)物在兩臺反應(yīng)器中的總停留時間一般控制在1.5～2.5 h，加權(quán)平均溫度控制在445～460 ℃。從反應(yīng)器頂部出來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過熱、冷兩級高壓分離，循環(huán)氫氣經(jīng)壓縮機壓縮后循環(huán)使用；熱高分油經(jīng)減壓閥降壓后進入低壓分離器，分離出的低分油依次經(jīng)汽提塔和減壓塔進行分餾，得到精制輕質(zhì)煤焦油、精制重質(zhì)煤焦油、精制蠟油和含催化劑顆粒的煤瀝青及氣態(tài)烴。精制蠟油循環(huán)進入原料油緩沖罐，進行再次加氫裂化。

圖1 懸浮床加氫工藝流程

在懸浮床加氫裂化過程中，對整個反應(yīng)系統(tǒng)的影響較大的因素主要有反應(yīng)溫度、氫油比、催化劑添加比例、反應(yīng)壓力、液時空速等。其中，反應(yīng)溫度對加氫產(chǎn)品的質(zhì)量和收率有著至關(guān)重要的影響。

2 反應(yīng)溫度的影響

煤焦油加氫過程中發(fā)生加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧、烯烴飽和、環(huán)狀化合物加氫飽和、縮合生焦、加氫裂化等諸多反應(yīng)，總體表現(xiàn)為強放熱反應(yīng)[5]。因此，加氫反應(yīng)溫度的控制尤為重要。

懸浮床反應(yīng)溫度表達方式很多，可簡單歸納為起始反應(yīng)溫度、平均反應(yīng)溫度、熱高分入口溫度。

2.1 起始反應(yīng)溫度

起始反應(yīng)溫度T1在工藝流程上表現(xiàn)為懸浮床反應(yīng)漿料在加熱爐出口溫度或者進反應(yīng)器底部入口的溫度，此溫度將直接影響到煤焦油加氫能否進行。按照目前運行的固定床加氫精制工藝流程的操作條件，煤焦油在280 ℃就會有部分組分開始進行加氫反應(yīng)，在330～360 ℃之間精制反應(yīng)幾乎可以全部進行，部分環(huán)狀化合物開始進行加氫飽和開環(huán)的反應(yīng)。

2.2 平均反應(yīng)溫度

平均反應(yīng)溫度T體現(xiàn)了在整個反應(yīng)過程中的反應(yīng)器床層的反應(yīng)溫度水平，計算公式如下：

R1平均反應(yīng)溫度TR1=(T2+T3+T4)/3

R2平均反應(yīng)溫度TR2=(T6+T7+T8)/3

式中：T2、T3、T4為反應(yīng)器R1的反應(yīng)床層溫度；T6、T7、T8為反應(yīng)器R1的反應(yīng)床層溫度。

反應(yīng)器各點的溫度表現(xiàn)為反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)的深度和反應(yīng)的劇烈程度，平均反應(yīng)溫度反映了煤焦油在反應(yīng)器床層中的反應(yīng)溫度的平均水平。對于密度偏重(密度大于1.15 g/mL3)、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高的高溫煤焦油，其平均反應(yīng)溫度高于密度在1.05 g/mL3左右的煤焦油，即進料煤焦油較輕則反應(yīng)的整體溫度溫升不會很大，平均反應(yīng)溫度較低；反之如果進料煤焦油較重，則平均反應(yīng)溫度較高。

對于同種煤焦油來說，平均反應(yīng)溫度高，則產(chǎn)品中輕質(zhì)燃料油和C4以下組分的產(chǎn)量增加，重質(zhì)燃料油產(chǎn)量減少，液收率下降，反應(yīng)器結(jié)焦風(fēng)險增大；反之則反應(yīng)深度降低，重組分轉(zhuǎn)化率下降，輕質(zhì)油品產(chǎn)量降低，重質(zhì)油品產(chǎn)量增加。

2.3 熱高壓分離器入口溫度

熱高壓分離器入口溫度T9是油品離開反應(yīng)器時的溫度，同時也是反應(yīng)產(chǎn)物進入熱高壓分離器的溫度。

加氫反應(yīng)產(chǎn)物在熱高壓分離器中還會有一定程度的加氫裂化反應(yīng)發(fā)生，而此處的氫分壓相對較低，熱高壓分離器入口溫度過高，會因供氫不足導(dǎo)致熱高壓分離器結(jié)焦而影響正常生產(chǎn)運行，國內(nèi)某煤焦油加氫企業(yè)已有熱高壓分離器結(jié)焦的案例發(fā)生。熱高壓分離入口溫度T9過低，會導(dǎo)致其分離效果變差，大量的輕質(zhì)油品隨熱高分油帶入熱低壓分離器，造成熱低壓分離器負荷過大，操作穩(wěn)定性變差。通過調(diào)整反應(yīng)器出口的冷油和冷氫量可將進入熱高壓分離器的溫度控制在合適的范圍內(nèi)。

3 反應(yīng)溫度的控制

懸浮床加氫裝置通常有強制循環(huán)和非強制循環(huán)兩種運行模式，對于不同的運行模式，反應(yīng)溫度的控制方式也不相同。

3.1 非強制循環(huán)懸浮床反應(yīng)溫度的控制

圖2所示的非強制循環(huán)懸浮床加氫反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)漿液動力來源于系統(tǒng)整體的壓差，流動狀態(tài)可按平推流考慮，反應(yīng)溫度控制方式與固定床加氫裝置類似。起始反應(yīng)溫度T1可通過加熱爐的熱負荷來控制；反應(yīng)溫度T2的測溫點距離反應(yīng)器入口大約在3.0～4.0 m之間，其溫升主要來源于反應(yīng)放熱，可通過調(diào)整起始溫度T1和第一床層冷氫注入量來控制；反應(yīng)溫度T3、T4分別通過調(diào)整對應(yīng)床層冷氫注入量來控制；T5是進入R2反應(yīng)器的溫度，通過調(diào)節(jié)R1出口的冷氫、冷油的流量來控制；反應(yīng)溫度T6的測溫點距離反應(yīng)器入口大約在3.0～4.0 m之間，其溫升來源于反應(yīng)放熱，可通過調(diào)整反應(yīng)溫度T5及R2反應(yīng)器的第一床層冷氫注入量來控制；反應(yīng)溫度T7、T8通過調(diào)整對應(yīng)床層冷氫流量來控制。各床層之間的溫度梯度控制應(yīng)該根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)品的收率及床層之間的溫度來相互匹配和調(diào)整。良好的溫度控制表現(xiàn)為T2、T3、T4、T6、T7、T8溫度相同，T2與T1溫差約10～15 ℃。當T2、T3、T4、T6、T7、T8任何一點的溫度出現(xiàn)較上一層溫度高出10 ℃以上即表示此床層反應(yīng)劇烈，應(yīng)及時的加大對應(yīng)床層冷氫注入量，調(diào)整反應(yīng)床層溫度，控制反應(yīng)深度；如果調(diào)整不及時就可能會造成裂化反應(yīng)加劇，導(dǎo)致反應(yīng)器飛溫。

圖2 非強制循環(huán)懸浮床加氫

3.2 強制循環(huán)懸浮床反應(yīng)溫度的控制

圖3所示為強制循環(huán)懸浮床加氫反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)漿液的動力來源于系統(tǒng)的壓差和反應(yīng)器底部的強制循環(huán)泵。強制循環(huán)泵出口的反應(yīng)漿液和爐出口來的新鮮原料通過反應(yīng)器內(nèi)的分布盤混合后進入反應(yīng)器R1的反應(yīng)床層，在較大程度上加強了物流的返混程度。因此，強制循環(huán)懸浮床加氫裝置反應(yīng)溫度的控制方式也與非強制循環(huán)懸浮床加氫裝置迥異。起始反應(yīng)溫度T1可通過加熱爐的熱負荷來控制；反應(yīng)溫度T2的測溫點距離反應(yīng)器入口大約在3.0～4.0 m之間，反應(yīng)溫度T2、T3、T4通過調(diào)整起始反應(yīng)溫度T1和R1反應(yīng)器底部的強制循環(huán)泵的流量來控制；T5是進入R2反應(yīng)器的溫度，通過控制R1出口的冷氫、冷油的流量來控制；T6的測溫點距離反應(yīng)器入口大約在3.0～4.0 m之間，T6、T7、T8通過調(diào)整R2反應(yīng)器底部的強制循環(huán)泵的流量來控制。良好的溫度控制表現(xiàn)為T2、T3、T4、T6、T7、T8溫度相同，T2溫度點較T1溫度點高10～15 ℃。

圖3 強制循環(huán)懸浮床加氫

帶強制循環(huán)懸浮床加氫反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)漿液較非強制循環(huán)更為均勻，反應(yīng)器各測溫點的溫度變化幅度更小。當T2、T3、T4、T6、T7、T8任何一點的溫度出現(xiàn)較上一層溫度高或者低的現(xiàn)象時則說明反應(yīng)器內(nèi)整體反應(yīng)不均衡，可通過調(diào)整物料在反應(yīng)器內(nèi)的流速來控制各點的溫度。若反應(yīng)器上部溫度高于下部溫度，則可適當加大反應(yīng)器內(nèi)漿液循環(huán)量，反之則減小。

4 結(jié) 論

懸浮床加氫反應(yīng)溫度與原料煤焦油性質(zhì)和裝置運行穩(wěn)定性密切相關(guān)，在裝置運行過程中，應(yīng)根據(jù)原料性質(zhì)的變化以及產(chǎn)品市場需求的不同及時對反應(yīng)溫度進行調(diào)整，控制反應(yīng)深度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。對于不同的懸浮床加氫反應(yīng)系統(tǒng)運行模式，應(yīng)采取與之相適宜的溫度控制方式，及時干預(yù)，以保證懸浮床加氫制燃料油裝置的長周期穩(wěn)定運行。