FCC油漿與煤共煉在懸浮床技術(shù)中的應(yīng)用研究

方玉虎，郭彥新，康徐偉，李 琦，李生鵬

（陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

懸浮床加氫裂化技術(shù)在重劣質(zhì)油輕質(zhì)化和油品清潔化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已成為世界煉油技術(shù)發(fā)展的主要研究方向［1］。該技術(shù)具有原料范圍廣，適合于金屬含量高、殘?zhí)己扛?、高硫含量的重質(zhì)渣油的深加工，所產(chǎn)的產(chǎn)品中瀝青和煤的轉(zhuǎn)化率高，汽柴油等輕組分產(chǎn)率高，成本低，設(shè)備少，流程簡單，產(chǎn)品可調(diào)節(jié)性強等優(yōu)點［2］。

2010年，某石油集團著手開發(fā)煤油共煉技術(shù)，煤油共煉技術(shù)不僅能單獨加工煤、重劣質(zhì)油（常減壓渣油、催化油漿、煤焦油等）也可以將煤與重劣質(zhì)油混合加工，并在反應(yīng)中添加新的催化劑、添加劑，使轉(zhuǎn)化率和液體收率進一步提高［3］。

1 裝置介紹

1.1 裝置概況

碳氫研究中心懸浮床加氫裂化中試裝置加工量為150 kg/d，具有煤—油共煉、重劣質(zhì)油（煤焦油、渣油、FCC油漿）輕質(zhì)化、煤的直接液化等3種加工模式。裝置采用2段加氫裂化流程，懸浮床加氫裂化裝置、固定床加氫裂化裝置。

1.2 懸浮床加氫單元

煤油共煉工藝的核心為懸浮床液相加氫裂化單元，由以下幾部分組成：進料罐；高壓進料泵；預(yù)熱器；含加熱系統(tǒng)的懸浮床反應(yīng)器；熱高壓分離器；冷卻系統(tǒng)和冷高壓分離器；低壓分離器。

混合好的油煤漿原料與催化劑進行攪拌混合均勻進行脫水處理后，加入原料罐大約在160℃，通過低壓油煤漿泵，1部分進行循環(huán)，防止油煤分層；另1部分送入高壓進料泵入口，高壓進料泵采用柱塞泵將壓力升到系統(tǒng)壓力22 MPa后，與加熱后的循環(huán)氫、新氫一同進入加熱爐進一步加熱至340℃后進入懸浮床反應(yīng)器，進行反應(yīng)，大約在反應(yīng)器中的停留反應(yīng)時間為2 h，經(jīng)懸浮床反應(yīng)器反應(yīng)后的產(chǎn)物被推入熱高壓分離器，進行固體、重組分與氣相的分離。其中熱高分底部固、液相經(jīng)間減壓后進入低壓分離罐，經(jīng)過停留降溫后排至取樣罐，為熱高分產(chǎn)物，主要為重組分產(chǎn)品和部分汽柴油等烴類產(chǎn)品，經(jīng)過減壓可分離出殘渣和525℃以下產(chǎn)品，可進入固定床進行加氫裂化，精制為汽柴油。熱高壓分離器頂部的氣相經(jīng)冷卻器冷卻至45℃與脫鹽水混合防止鹽結(jié)晶進入冷高壓分離器分離出氫氣和油水混合物。冷高壓分器中進行氣體與油水分離，頂部分離出的氣相1部分放空回收保證循環(huán)氫純度在85%以上，1部分送至循環(huán)氫壓縮機升壓到22 MPa與新氫并入進料系統(tǒng)；冷高壓分離器底部液相油水物經(jīng)過限流孔板和限流閥減壓，后進入油水分離罐，并保持一定停留時間進行分離，建立油水分離界位，油水分離罐中部分離出輕組分排至取樣罐，底部分離出的酸性水排至酸性水系統(tǒng)進行處理。懸浮床液相加氫裂化單元中試裝置工藝流程見圖1。

圖1 懸浮床加氫裂化單元工藝流程

2 試驗?zāi)康?/h2>

（1）驗證FCC油漿與煤共煉裝置運行的穩(wěn)定性和可靠性；（2）進行某石化所自主研發(fā)的A型催化劑與赤泥催化劑的對比試驗研究；（3）為工業(yè)化FCC油漿與煤共煉提供數(shù)據(jù)。

3 原料性質(zhì)

3.1 榆煉催化裂化FCC油漿

試驗用油漿為榆煉催化裂化裝置的FCC油漿，其基本性質(zhì)見表1。

表1 原料FCC油漿基本性質(zhì)

由表1可以看出，F(xiàn)CC油漿所含芳烴含量在44.27%，芳烴含量高對于溶解和分散煤裂解生產(chǎn)碎片起到關(guān)鍵性作用，提高煤的轉(zhuǎn)化率［4］。

3.2 榆樹灣煤

試驗選用榆樹灣煤作為原料煤，其基本性質(zhì)見表2，結(jié)果反映該煤是較理想的可液化煤種。

表2 原料煤基本性質(zhì)

4 試驗過程

將原料煤碾磨、篩分，選取小于75μm的煤粉，置于80℃烘箱內(nèi)干燥6 h以上，水含量小于1.0%后便可用于配制油煤漿。FCC油漿加熱至100℃左右，具有良好的流動性之后進行原料的配置，配置比例為60% FCC油漿+40%榆樹灣煤+催化劑2%（以煤為基準）+添加劑0.50%（以原料量為基準）+注硫劑1%，可根據(jù)反應(yīng)氣體中硫化氫的含量改變硫化劑的加入量，配置后的原料在電加熱原料轉(zhuǎn)運罐160℃的條件下攪拌4~6 h均勻后加入原料罐，為避免油煤漿中煤粉溶脹加大油煤漿粘度，保證配制的油煤漿在15 h內(nèi)進行反應(yīng)［5］。

在FCC油漿與煤共煉過程中，反應(yīng)器入口溫度預(yù)熱至340℃，平均溫度保持在468℃，熱高分溫度380℃，進料量穩(wěn)定在2.2 kg/h，系統(tǒng)壓力為22 MPa，純度99.5%以上的氫氣補入量為400 g/h，循環(huán)氣中氫氣純度保持在90%以上，滿足液化加氫過程中氫油比為3 000 L/kg，硫化氫含量維持在（1 500~5 000）×10-6。工藝參數(shù)調(diào)整平穩(wěn)后，循環(huán)氫純度在90%以上，穩(wěn)定運行12 h以后，開始4 h的取樣。取樣開始時對進料流量、各管路補入氫氣流量、循環(huán)氣流量、循環(huán)氣排放量、熱低分氣、冷低分氣分別累計；取樣結(jié)束時對將熱低分產(chǎn)品、冷低分產(chǎn)品收集稱重。主要分析產(chǎn)品為熱低分產(chǎn)物、冷低分產(chǎn)物和循環(huán)氣。

計時取樣開始后，取樣計時結(jié)束后進行物料平衡計算，損失小于5%算為合格樣。在取樣開始2 h后對所有氣相產(chǎn)物進行取樣，氣體產(chǎn)物在線取樣時，需將取樣器置換3次。

5 結(jié)果分析

試驗催化劑分別是赤泥催化劑和某石化所研究的A型催化劑，每種催化劑分別取樣2次，熱高分模擬流程數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表3，冷高分產(chǎn)物模擬餾程數(shù)據(jù)見表4。

表3 熱高分產(chǎn)物模擬餾程數(shù)據(jù)

表4 冷高分產(chǎn)物模擬餾程數(shù)據(jù)

由表3可見，熱高分產(chǎn)物在455℃的餾程，A型催化劑參與反應(yīng)的液收最高達到99%，赤泥催化劑參與反應(yīng)的條件下液收最高達到93%，則說明相同反應(yīng)條件下A型催化劑比赤泥催化劑活性高，裂解反應(yīng)強，碳的轉(zhuǎn)化率高。

在比例為60%FCC油漿+40%榆樹灣煤+催化劑2%+添加劑0.50%+注硫劑X%（注硫劑加入比例視現(xiàn)場循環(huán)氫中硫化氫濃度而定，硫化氫濃度控制在（1 500~5000）×10-6）），進料量為2.2 kg/h，反應(yīng)器溫度在468℃，22 MPa壓力，氫油比3 000 L/kg的反應(yīng)條件下，煤的轉(zhuǎn)化率在77%以上，液體收率在72%以上，氫耗在8%以下，說明FCC油漿與煤共煉的方案可行。

6 結(jié)論

60%FCC油漿與40%濃度的榆樹灣煤共煉過程中，原料循環(huán)泵和高壓進料泵運行平穩(wěn)，反應(yīng)器溫度穩(wěn)定，說明FCC油漿與煤具有良好的成漿性，F(xiàn)CC油漿與煤共煉的方案可行。A型催化劑適合FCC油漿與煤工業(yè)化使用，轉(zhuǎn)化率更高。