懸浮床加氫裂化反應特征分析

摘要：隨著原油重質化、劣質化和產品清潔化趨勢加劇，渣油加氫裂化技術的重要性日益提高，加氫裂化工藝技術的要求和革新正穩步推進，就目前幾種加氫裂化工藝技術對比來看，懸浮床加氫裂化技術具有更多的優勢。通過討論懸浮床加氫裂化工藝轉化效果的影響因素，主要包括溫度、壓力、反應時間和膠體穩定性。同時也分析了加氫裂化轉化過程在不同工況下，各目的產品組分含量的變化情況。根據生產實踐，優化了更為合理的工藝、設備運行參數，為該工藝技術的推廣應用提供了充分的實踐數據。

關鍵詞：懸浮床；加氫裂化；深度裂化；膠體穩定

中圖分類號：TE624文獻識別碼：B

隨著當前國際國內環保壓力增大，清潔化能源的多元化，對石油煉制和煤化工等企業形成新的嚴峻的挑戰，迫使石油煉制和煤化工等工藝研發日趨精細化、前沿化。在現階段油品加工工藝中，加氫工藝具有效率高和經濟環保的優勢，目前被廣泛的應用[1]。常用的加氫工藝過程主要為固定床加氫、移動床加氫、沸騰床加氫和懸浮床加氫四種工藝，國內大部分煉化工藝都選擇的是固定床加氫工藝。近年來較興起的懸浮床加氫工藝正被企業逐漸推廣應用，該工藝產生熱裂化反應，并在工藝過程加入催化劑，建立一定床層壓降，給高溫重質原料提供穩定的反應場所和反應停留時間，使得重劣質油能更容易反應轉化成目的輕質油。

而對于世界首套的煤油共煉試驗示范項目，加氫裂化裝置懸浮床反應器還得加入添加劑，懸浮床反應器所用的催化劑和添加劑為粉粒狀，以懸浮態在反應器中建立床層，提供物料停留和反應的場所，并可有效抑制生焦。物料在高溫、高壓、臨氫工況下，在懸浮床發生熱裂解和加氫反應。經過試驗，懸浮床反應器適應石油煉制和煤化工所產生的重質物料，不足之處操作條件較為苛刻、危險系數高。

懸浮床加氫工藝設備反應容器絕大多數為空筒形，反應過程不產生溫度過高和催化劑失活等問題[2]。介于以上優點，國內外許多石油煉化設備公司都研發了許多此類技術工藝，并逐漸投入使用。例如Chevron公司自2003年起就已經開始研發懸浮床加氫裂化工藝技術設備，轉化效率高，經濟優勢明顯。

1 懸浮床加氫影響因素

懸浮床加氫裂化工藝在轉化反應過程中，具有諸多的影響因素，分析轉化反應過程對轉化效果的影響因素，為識別轉化工藝效果和指導工藝的實施提供理論指導。

1.1 溫度影響

烴類化合物在高溫下會發生復雜的化學反應，通過斷鏈裂化產生裂解，同時也會發生縮合反應。油品中的飽和組分、芳香烴類、膠質、瀝青質等含量不同，反應過程的情況也有所不同。飽和組分和芳香烴類組分主要發生裂化，產生小分子烴類或氣態烴。膠質組分可裂化成芳香烴類，也可縮合為生產瀝青質[3]。瀝青質則主要發生生焦反應。整個高溫轉化反應過程，溫度越高，轉化效果越高，生焦量顯著提升。而針對于脫硫工藝，則需要降低溫度，過高的溫度反而不利于脫硫的進行。因此在實踐過程中，以脫硫工藝大部分采用略低的工藝溫度（320℃～400℃），而加氫裂化工藝則采用高溫進行轉化反應（420℃～500℃）。

1.2 壓力影響

在懸浮加氫裂化工藝過程，工藝中沖入大量氫氣，通過反應生產大量氫自由基，所生產的氫自由基再進一步與烴類組分反應，降低烴熱反應速率，避免烴類自由基的縮合反應的發生。隨著加氫壓力的升高，能進一步的促使氫裂解反應，提高運行效率。隨著加氫壓力的升高，渣油轉化效率也能顯著的提高。

1.3 反應時間影響

裂化轉化反應開始的一段時間內，轉化效率較高，渣油裂解效果較好，隨著反應的持續，反應物轉化程度變大，大部分油渣等皆已經裂化轉化，殘余的部分轉化效率開始降低。因此實際反應過程中，通過增加反應時間來達到提高轉化效果的作用并不十分明顯。

1.4 膠體穩定性影響

膠質、瀝青質是原油中含有的大分子物質，其中瀝青質對膠體穩定性影響最大。以往的實踐表明，原油組分越不穩定，其中瀝青質越容易聚結。瀝青質中含有硫、氧、氮等原子，這些原子的存在，為重油膠體提供形成的基礎條件。因此在轉化裂化過程，此類硫、氧、氮等原子含量越多，渣油的膠體穩定性越好[4]。

2 加氫產物組分變化

從某煉化廠選用的工藝設備反應溫度為450℃，催化劑濃度為200μg/g、反應時間為2h，并設置不同的加氫壓力，來分析不同加氫壓力下反應物的組分含量變化（表1）。通過實驗分析反應出，隨著加氫壓力的增加，反應后產物內飽和組分逐漸增加，芳香類組分逐漸降低，膠質組分逐漸增加，瀝青質組分逐漸降低。

3 結語

探討了懸浮床加氫裂化工藝在裂化反應過程中，溫度、壓力、反應時間和膠體穩定性對反應深度和轉化率的影響。提高反應溫度，在非脫硫工藝中可有效提高反應轉化效率，而以延長反應時間來實現裂化轉化效果最佳效果實際并不可取。

分析了加氫裂化反應過程不同組分隨著加氫壓力變化而變化的特征，并根據以前實際的工作經驗，設置為工藝設備反應溫度為450℃，催化劑濃度為200μg/g、加氫壓力為8MPa時為最優化反應設置運行參數。

參考文獻：

[1]王雷.渣油加氫催化劑的研究和應用[J].遼寧化工，2005，34（2）：7174.

[2]胡于中，何應登，遲文新.懸浮床加氫裂化工藝技術經濟分析[J].石油化工技術經濟，2005，21（6）：3032.

[3]周家順，闕國和.反應條件對懸浮床加氫裂化過程的影響[J].燃料化學學報，2006，34（3）：324327.

[4]張磊，沐寶泉，鄧文安，等.大港常壓渣油懸浮床加氫裂化反應[J].石油化工高等學校學報，2007，20（3）：5255.

作者簡介：高雄成（1979），男，漢族，陜西靖邊人，助理工程師，現任陜西延長石油油煤公司加氫裂化車間工藝副主任，主要從事制氫、加氫裂化等方面的管理和技術研究工作。