淺談煤焦油加氫預(yù)處理問題分析及優(yōu)化措施

黃銘 趙娟

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，對于能源需求與日俱增，我國能源消耗量正在不斷增大，石油作為主要的生產(chǎn)所用能源，因?yàn)閲鴥?nèi)石油能源的不足，很多石油是從國外進(jìn)口而來，為了緩解我國石油能源緊張的情況，探索燃料油生產(chǎn)技術(shù)很有必要。當(dāng)前，從中低溫煤焦油中通過加氫制作燃料油的技術(shù)工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了成功的嘗試和應(yīng)用，這種技術(shù)工藝能夠有效提供燃料油，且成本更低，更環(huán)保，值得推廣使用。

關(guān)鍵詞：煤焦油加氫預(yù)處理問題；優(yōu)化措施

引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使我國各行業(yè)有了新的發(fā)展空間。煤焦油加氫精制裂化工藝是將煤焦油切割為小于480℃煤焦油餾分和大于480℃的煤瀝青。小于480℃的煤焦油餾分進(jìn)行加氫處理以生產(chǎn)輕重芳烴，煤瀝青可用于調(diào)合重質(zhì)燃料油或生產(chǎn)改質(zhì)瀝青。

1 油水分離優(yōu)化設(shè)計(jì)

煤焦油原料在進(jìn)裝置前都需要脫除水。煤焦油中含有水有幾方面的危害，一是引起加熱爐操作波動，另外水氣化需要消耗燃料增加能耗；二是原料中大量水氣化后引起裝置壓力變化，惡化各控制回路；三是對催化劑造成危害，高溫操作的催化劑如果長時間接觸水分，容易引起催化劑表面活性金屬組分的老化聚結(jié)，催化劑顆粒發(fā)生粉化，堵塞反應(yīng)器。煤焦油脫水可以通過罐區(qū)沉降切水、離心機(jī)脫水、常壓塔蒸餾脫水，具體過程如下。（1）罐區(qū)沉降切水。煤焦油初次脫水應(yīng)在煤焦油原料罐區(qū)進(jìn)行，可分為原料油中水的沉降和脫除兩個過程。為了脫水，煤焦油罐采用三個，一個用于接收油，第二個進(jìn)行水、於渣的沉降并脫除，第三個出料，原料從此罐進(jìn)入裝置。（2）進(jìn)裝置離心機(jī)，進(jìn)行離心分離，脫除煤焦油中的水。（3）煤焦油進(jìn)入常壓塔，通過蒸餾水和輕油進(jìn)入常壓塔頂油水分離罐，通過沉降分離出來。由于煤焦油與水的密度很接近，罐區(qū)脫水及通過離心機(jī)效果很差，通過常壓脫水，常壓塔頂分離罐輕油和水的密度非常接近，油水在常壓塔頂分離罐分不出來。在常壓塔頂部注入煤焦油加氫產(chǎn)生穩(wěn)定塔分離出的間隔烴，能有效降低塔頂分離罐的輕油密度，密度從920kg/m3降到790kg/m3，油水能完全分離，并增加一油水分離罐。

2 工藝說明

煤焦油主要是通過對煤進(jìn)行干餾和氣化工藝實(shí)施中獲取的液體產(chǎn)物中的一種物質(zhì)，煤焦油呈黑色或者是黑褐色，是一種具有刺激性臭味的液體，狀態(tài)比較粘稠，煤焦油更是很多稠環(huán)化合物和含有氧（O）、氮（N）、硫（S）雜環(huán)化合物的來源。根據(jù)不同的裂解溫度，可以將煤焦油劃分為低溫煤焦油（溫度在450-550℃之間）、中溫煤焦油（溫度在600-800℃之間）以及高溫煤焦油（溫度在1000℃），不同的干餾溫度，對于煤焦油的性質(zhì)會產(chǎn)生很大的影響作用。中低溫煤焦油的烴類構(gòu)成和天然石油很相似，只不過中低溫煤焦油的氧（O）、氮（N）和芳烴含量要比天然石油高出很多，且碳?xì)浔容^高、原料不飽和程度也較高，金屬、雜質(zhì)以及殘?zhí)亢枯^高，因此，針對煤焦油進(jìn)行加工，以期獲得與天然石油相近的成分含量，存在一定的困難。

3 煤焦油懸浮床加氫裂化工藝

自主開發(fā)的重油懸浮床加氫裂化工藝的基礎(chǔ)之上，開發(fā)出了煤焦油懸浮床加氫裂化工藝。該技術(shù)采用油溶性Mo、Ni等催化劑，此類催化劑由于有機(jī)配體的存在，具有很好的分散性能、加氫活性，能夠有效抑制反應(yīng)體系中大分子芳烴自由基的縮合，延緩生焦、結(jié)焦的發(fā)生。此外，該工藝設(shè)計(jì)了獨(dú)特的雙向排料環(huán)流反應(yīng)器，使得反應(yīng)器內(nèi)物料流速增加幾十倍以上，能夠有效減緩焦炭在反應(yīng)器底部的積存及反應(yīng)器壁的結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生。以中溫煤焦油常壓渣油為原料，選用油溶性Mo/Ni復(fù)配催化劑，在反應(yīng)溫度425℃、反應(yīng)壓力125MPa的條件下進(jìn)行了懸浮床加氫中試實(shí)驗(yàn)，生焦率僅為1.17%，而汽油餾分、柴油餾分及蠟油餾分收率之和為88.28%。此外，油溶性催化劑多采用價格昂貴的Mo、Ni、Co等金屬作為活性組分，所以降低成本是該工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

4 加熱爐結(jié)焦問題及優(yōu)化

減壓加熱爐是煤焦油預(yù)處理的關(guān)鍵設(shè)備之一，其功能將大于300℃煤焦油餾分油，通過加熱至360～380℃，讓煤焦油中小于480℃餾分油從減壓塔中很好的分離。某煤焦油加氫裝置預(yù)處理部分，減壓加熱爐只能維持運(yùn)行一個月，壓降從0.3MPa升高到0.7MPA，需要不斷的進(jìn)行反復(fù)停車燒焦。經(jīng)過分析可能有以下幾種原因。（1）原料焦油性質(zhì)不穩(wěn)定。煤焦油是煉焦工業(yè)煤熱解生成產(chǎn)物，常溫下是一種黑色粘稠液體，其化學(xué)組成復(fù)雜。煤焦油含有大量的烯烴、多環(huán)芳烴等不飽和烴及硫、氮化合物，酸度高、膠質(zhì)含量高，煤焦油作為加熱爐的原料在加熱爐中發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)入減壓加熱爐的原料煤焦油性質(zhì)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致加熱爐在高溫下結(jié)焦。（2）火焰撲燒加熱爐爐管。加熱爐的爐管處于高溫燃燒環(huán)境下運(yùn)行，工藝要求對溫度控制極為嚴(yán)格。由于爐內(nèi)火焰分布不均勻，爐內(nèi)各溫度區(qū)域分布不穩(wěn)定，熱力在爐內(nèi)的分布程度差，或火焰中心偏斜，出現(xiàn)火焰撲燒加熱爐爐管的現(xiàn)象，將造成受熱面局部結(jié)渣或積灰，會使管子之間的吸熱嚴(yán)重不均。在燃燒過程中火焰分布不均而出現(xiàn)有局部火焰撲管或舔管的現(xiàn)象，必然造成爐管受熱不均勻而出現(xiàn)局部管壁超溫，從而導(dǎo)致爐管局部溫度過高，爐管結(jié)焦。根據(jù)現(xiàn)場DCS數(shù)據(jù)，減壓加熱爐對流段溫度較高，火焰撲燒加熱爐爐管，原減壓加熱爐設(shè)計(jì)爐負(fù)荷偏小，從現(xiàn)場加熱爐DCS運(yùn)行反饋，輻射段溫度明顯偏高達(dá)到600℃。經(jīng)改造并聯(lián)一臺相同負(fù)荷加熱爐，輻射段溫度降低到561℃，結(jié)焦問題得到解決，減壓加熱爐能長期穩(wěn)定運(yùn)行。

5 低溫煤焦油加氫制燃料油的加工技術(shù)和工藝

相對來說比較復(fù)雜，具有一定的難度，通過加氫的方法，去掉煤焦油原料中的氧（O）、氮（N）以及金屬等有害物質(zhì)元素，促使煤焦油成分中烯烴更加飽和，這對于生產(chǎn)高品質(zhì)的燃料油來說是關(guān)鍵，這種燃料油生產(chǎn)還能降低大氣污染，提升煤焦油的使用效率，實(shí)現(xiàn)煤焦油社會效益、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益的共同提升。此外，中低溫煤焦油加氫制燃料油的技術(shù)工藝比較先進(jìn)，技術(shù)工藝流程還在進(jìn)一步優(yōu)化，工藝處理中還使用了很多的循環(huán)資源利用環(huán)節(jié)設(shè)置，能夠提升資源利用率，使得產(chǎn)品附加值提升，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

6 減壓塔底泵選型優(yōu)化

在加氫裂化裝置中，對于高溫含固工作介質(zhì)的選用泵型一般是離心泵加上plan32機(jī)封沖洗方案。此種方式有兩方面的特點(diǎn)：一方面，plan32方案經(jīng)多年實(shí)踐為高溫、含固體顆粒介質(zhì)沖洗的可靠方案，其優(yōu)越性在于不僅能夠帶走機(jī)封端面大部分熱量，而且能夠避免顆粒積聚，是行之有效的機(jī)械密封沖洗方案；另一方面，使用plan32沖洗，其需要沖洗液必須具有良好的流動性，且是與工藝介質(zhì)能相容的沖洗液。選用的沖洗介質(zhì)一般為柴油或蠟油，沖洗量大約為0.5～2t/h，而且外來介質(zhì)進(jìn)入泵體后無法回收，造成了一種極大的消耗，并且降低了生產(chǎn)效率。

結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過多個項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)備及管道選材優(yōu)化：塔頂管道材料維持，管道材料選用，材料選用，對于設(shè)備常減壓塔選用，減壓加熱爐爐管材質(zhì)選用，解決了煤焦油加氫預(yù)處理管道及設(shè)備腐蝕問題，能滿足裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

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