低溫加氫法粗苯精制工藝優化研究

蒲利鵬（寧夏寶豐能源,寧夏 銀川 750027）

低溫加氫法粗苯精制工藝優化研究

蒲利鵬（寧夏寶豐能源,寧夏 銀川 750027）

針對粗苯低溫加氫法精制裝置工藝過程進行研究，通過對粗苯原料質量、主要裝置控制參數、產品產率等數據進行分析，結合實際生產找出影響三苯產率的主要因素，并給出合理優化方案。

粗苯;低溫加氫;優化方案

粗苯是煉焦煤氣凈化的副產品，經過精制后可以得到的苯、甲苯、二甲苯等重要有機化工原料。本文針對國內某粗苯氣相低溫加氫裝置生產情況，對三苯產品產率及總液產率未達到設計指標的問題，對原料質量、加氫反應條件、工藝控制參數等方面進行研究分析，找出主要影響因素，并給出合理優化方案。

1 裝置主要影響因素

該裝置自投產以來運行穩定，產品合格。由于市場上粗苯原料緊缺，加工的絕大部分原料為上游焦化廠生產的兩種高硫粗苯。該粗苯因煉焦配煤成分及焦化化產工藝流程原因，其含硫量遠遠超過裝置設計指標，限制裝置加工能力，影響產品質量及產率。

表1 原料粗苯的組成對比表

2 反應條件分析

原料經預加氫及加氫反應，兩級反應屬于分子數減少的放熱反應，反應主要受溫度、壓力、催化劑、空速、氫油比影響。

2.1 溫度影響

因為兩級加氫反應的鎳-鉬和鈷-鉬催化劑活性非常高，所以系統溫度對其性能的影響較大，同時它們對溫度的變化也非常敏感[]。

預加氫、主加氫反應器內發生的加氫反應大部分是放熱反應，從熱力學角度來看，其他條件不變的情況下，降低反應物溫度有利于加氫反應的正向進行，加大反應深度提高各類雜質的轉化率，并提高產品質量。但溫度的降低同時也會加快副反應，造成甲基增加、芳烴損失，影響三苯產率。

從反應動力學角度考慮，隨著反應溫度的升高反應速率增加,使反應平衡時間縮短。但反應溫度的提高，會降低反應轉化率，影響產品質量。同時未反應的不飽和烴容易發生聚合反應，使稠環化合物縮合生焦，增加催化劑床層上的積碳量，使催化劑的活性降低，縮短催化劑的使用壽命。過高的溫度可造成催化劑的燒結，從而永久性損壞催化劑。

圖1 主反應器入口溫度與三苯產率關系圖

由于原料粗苯中噻吩等雜質含量高，適當降低反應溫度，以提高反應轉換率。但隨著反應進行，產生的熱量放出，反應溫差增大，影響轉化率。隨著主反應器入口溫度升高，三苯產率明顯下降，在入口溫度升至278℃后，下降速率更加明顯。主反應器入口溫度盡量控制在270℃以下，但為保證輕苯中噻吩等雜質的脫除，又不能將溫度降的太低，否則純苯、甲苯產品中硫含量會超出規定指標。綜合考慮，在保證產品質量的前提下，盡可能的降低副反應發生程度，以保證三苯產率，生產操作時，將預反應器入口溫度控制在203±2℃左右，主反應器頂部的進口溫度在273℃至277℃范圍內。

2.2 壓力的影響

加氫反應本身是一個體積縮小的反應，在其他條件都不變的情況下，增加系統的壓力，反應平衡將會正向移動，這會使得加氫反應進行得更徹底。從動力學的方面來考慮，通過增加系統的壓力，提高反應物分壓，將會加快反應的進行。另外，增加系統壓力可以抑制副反應的發生，這對于提高產品的質量也將是有利的。但考慮設備長周期穩定運行，反應壓力也不宜過高，生產過程中將預反應器入口壓力控制在3.0 MPa，主反應器入口壓力設定在2.8 Mpa。

2.3 空速的影響

提高反應氣體空速，會使加氫反應裝置的處理能力增加。如果空速過高會使一部分物料來不及充分接觸與反應，使轉化率降低，同時也可能引起床層溫升太大，影響三苯產率。生產過程中將輕苯進料量控制在7000~8000 kg/h。

2.4 氫油比的影響

氫油體積比指的是加氫進料中需氫量的相對大小。它主要是以加氫進料的化學耗氫量為依據。從化學平衡的角度考慮，提高氫氣的用量將會有利于產物加氫速率的提高，有利于雜質充分加氫反應。但是反應物中較高的氫氣分壓，在另一方面也會加快芳烴的加氫，造成三苯產率降低。在氫分壓大于2.08 MPa后三苯產率明顯降低，故生產中將氫分壓控制在1.8~ 2.1 MPa。

3 原料質量影響及措施

所加工的自產粗苯原料中硫含量含量遠遠高于設計值的6 g/m3，其中一期粗苯硫含量在12 g/m3，二期粗苯硫含量高達49 g/m3，從加氫反應原理不難得出，為保證三苯產品的質量(總硫≤1 g/m3)，必須加大反應程度，才能保證二硫化碳、噻吩的脫除，反應程度的加大進而導致副反應芳香烴氫化增加、氫氣補充量增加、酸性氣排量增加等，進而影響裝置三苯產率及總液產率。

圖2 粗苯原料總硫-三苯產率散點圖

從圖中可明顯看出隨著原料粗苯的硫含量的增加，三苯及總液產率明顯降低,在總硫大于20000 g/m3時，三苯損失逐步加大。

根據以上分析并結合裝置產氫能力(750 m3/h)，認為將原料總硫控制在20000 g/m3以內，可以將總硫對產率的影響控制在一定范圍。

根據焦化裝置兩種粗苯產量及質量，按照硫含量按比例進行摻配，以控制進料粗苯總硫含量，經充分混合后再進料加工。

4 結語

由于目前我國原煤性質差異和各焦化企業粗苯回收裝置不同，原料粗苯中各組分含量變化較大，且粗苯中的總硫含量越來越高。低溫加氫粗苯精制裝置對加工硫含量較高的粗苯產品，將總硫含量控制在2.0%以下時，產品的總液產率及三苯產率可以控制在較好的范圍內。

加氫反應中，主反應溫度對三苯產率影響較大，在主反應入口溫度升至278℃后，三苯產率下降明顯，在保證產品質量的前提下，將主反應入口溫度控制在270~275℃，穩定三苯產率。

控制好新氫補充量，氫分壓升高，副反應逐漸增加，三苯產率降低，生產中應將氫分壓控制在1.8~2.1 MPa之間。

[1]李健,耿瑞增,侯麗偉.焦化粗苯加氫反應條件的分析[J],燃料與化工,2009,06:45-47.

蒲利鵬（1986-），男，漢族，河北，本科，助理工程師，畢業于中國石油大學（北京），就職于寧夏寶豐能源公司，化學工程