懸浮床加氫工藝

懸浮床加氫工藝是指流體流速帶動一定顆粒粒度的催化劑運動，形成氣、液、固三相床層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫裂化反應。

基本介紹

• 中文名：懸浮床加氫工藝
• 外文名：Suspension bed hydrogenation process
• 學科：石油煉製工程
• 特點：操作流程簡單
• 設備：懸浮床加氫反應器
• 趨勢：高度分散的催化劑體系等 

工藝流程

懸浮床加氫工藝與渣油固定床加氫相比，流程結構較為簡單，右圖為渣油懸浮床加氫裝置的流程示意圖。

由於無催化劑床層，懸浮床加氫反應器可選用合理的內部構造（如內環流）來達到強化氣液傳質的目的。通常為了製造簡單，懸浮床反應器採用空筒式結構，但需要將渣油原料與氫氣預先混合，並通過多重氣液分布器來促使氫在渣油中達到溶解平衡。Lal·D等對氫在重油中的溶解性做了研究，結果表明，在通常加氫所使用的條件下，H₂在瀝青中的溶解度約為1g/kg，總壓升至24MPa時，溶解度才能達到2g/kg左右。因此，強化氫與渣油的氣液傳質對加氫轉化和抑制生焦有重要的影響。

水溶性金屬催化劑需要與渣油在反應器前預先混合，其分散程度同樣是影響加氫效果的重要因素。連續裝置通過多級高速剪下泵或靜態混合器可達到催化劑超細分散的目的。

水溶性金屬催化劑需要硫化才能達到較好的加氫活性，而且最好是經過低溫、中溫和高溫三段硫化，其中催化劑高溫硫化在懸浮床加氫反應器中進行，反應中的硫化劑可額外補充，也可使用循環氣中的硫化氫氣體。對水溶性催化劑的硫化進行了考察，發現經三段硫化的分散型催化劑具有更好的加氫和抑制生焦性能。

原理

懸浮床加氫裂化工藝原理是流體流速帶動一定顆粒粒度的催化劑運動，形成氣、液、固三相床層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫裂化反應。其基本流程是以細粉狀催化劑與原料預先混合，再與氫氣一同進入反應器自下而上流動，並進行加氫裂化反應，催化劑懸浮於液相中，且隨著反應產物一起從反應器頂部流出。由於無催化劑床層，懸浮床加氫反應器可選用合理的內部構造（如內環流）來達到強化氣液傳質的目的。通常為了製造簡單，懸浮床反應器採用空筒式結構，但需要將渣油原料與氫氣預先混合，並通過多重氣液分布器來促使氫氣在渣油中達到溶解平衡。

技術特點

開發的渣油懸浮床加氫過程的基本特徵是渣油原料在氫氣壓力和加氫催化劑存在下發生裂解和改質，同時具有熱反應的高轉化率和加氫的高液收優點。採用空筒式反應器或多反應器串聯，工藝流程簡單，操作靈活性強，可在8~16MPa壓力下進行渣油加氫裂化，亦可在2~4MPa下實現渣油深度減粘（轉化率20%~40%）。

將水溶性金屬催化劑直接添加到渣油進料中，現場乳化分散。硫化劑直接加入到原料中，在原料加熱過程中實現催化劑的預硫化。催化劑具有高的抑焦性能，整個工藝可在基本不生焦的前提下實現長周期連續運轉。

整個工藝過程對環境友好，不生成含固體粉末的難處理殘渣。懸浮床加氫未轉化尾油可作為焦化進料，也可用來調合瀝青或作其他用途。懸浮床加氫生成的餾分油，儘管雜質含量較高，但易於在固定床加氫裝置上精製，可將後精製與渣油懸浮床加氫轉化工藝直接熱偶聯從而簡化流程並節能。原料適應能力強，包括從低硫、含硫直至高硫的劣質重油和渣油。

較高的空速（1.0h左右）和轉化率（>500℃渣油單程通過轉化率60%~80%，尾油循環質量分數則可達90%以上）。

工藝採用雙組分或多組分水溶性催化劑，水溶液中金屬濃度較高，使用時可直接加入到原料油中，勿需預脫水，操作流程簡單。

水溶性催化劑克服了固體粉末催化劑的不足，價格又低於油溶性催化劑，尤其是利用冶金工業中間產物及廢物就可製備廉價適用的催化劑。催化劑活性高，加入量少，在100~300μg/g添加量下即可起到明顯的抑制生焦作用（甲苯不溶物質量分數在!）以下），並經過較大規模的連續裝置驗證。

懸浮床加氫工藝技術發展趨勢

1、全新的懸浮床工藝技術

該工藝融合當前世界上各種懸浮床加氫工藝的優點，並在原來基礎上進行多項的技術創新，構成了目前完整的可實現工業化的新型懸浮床加氫新工藝。該工藝既能適用於低硫、低金屬渣油的加工，對高氮、高金屬、高粘度、高酸值、高殘炭、高硫的重油或常減壓渣油的輕質化加工也非常有效，並且原料性質愈差，此工藝的優勢愈大。它在低氫分壓，高空速，較高的反應溫度下，採用尾油及蠟油循環裂化的方式使不同原油，渣油的轉化率達到80%~96%。而且相對於其他的劣質重油輕質化工藝而言，具有高收率、高柴汽比、低生焦的特點。

2、高度分散的催化劑體系

該懸浮床加氫工藝採用高度分散（納米級）的多金屬液體催化劑，反應器內有效催化劑金屬在原料渣油中含量僅為0.8*10-3左右，催化劑的有效金屬組分包括鎳、鐵、鉬、鈷、錳等，其中相當一部分金屬組分是由工業廢料回收得到的，成本極低。這與世界上其他的類似工藝常用的固體粉末催化劑或組分較少的分散型催化劑有著本質的區別。

3、尾油或蠟油循環裂化及線上精製

與世界上其他類似工藝不同的是，本工藝採用了以蠟油或尾油循環裂化的工藝路線，裝置主要產物是加氫後的優質石腦油和柴油，外排的尾油極少，可低於4%。同時由於增加了反應後產物的線上加氫精制工序，不僅充分利用了已有的反應溫度和壓力，更重要的是進一步提高了產品的質量。線上加氫精制催化劑採用3996加氫催化劑，加氫精制反應溫度為360℃，氫分壓10MPa，體積空速1.0h，氫油比500：1。

4、全返混式加氫裂化反應器

經過長時間的試驗探索，該工藝採用與其他類似工藝截然不同的新型全返混式加氫裂化反應器，反應溫度均勻，易於控制，從而降低了反應器的操作控制難度。

懸浮床加氫裂化技術套用拓展

懸浮床加氫裂化是劣質重、渣油深度加工的有效手段，可與其它加工過程結合形成組合工藝，以達到重、渣油深度轉化的要求。根據原料性質和產品等要求，我們推薦以下一些組合工藝，在這些工藝中，將部分加氫尾油進行循環後，可進一步提高重、渣油的加氫轉化效果。

1、懸浮床加氫尾油循環

由於懸浮床加氫單程轉化率不能太高，要想提高轉化率，尾油就必須循環裂化，尾油循環的目的在於提高輕油收率及原料油轉化率.隨著尾油循環量的增加，汽油的總氮含量和鹼性氮含量及柴油和減壓餾分油的鹼性氮含量和總氮含量逐漸上升；渣油的總氮含量和鹼性氮含量總體看來呈上升趨勢。也就是說，在一定循環量下，鹼性氮和總氮含量都隨餾分變重而增加。對同一循環量來說，其總氮含量的增加明顯高於鹼性氮含量的增加，鹼性氮增加緩慢，總氮含量急劇增加。

2、懸浮床加氫裂化與焦化工藝相結合

懸浮床加氫裂化與焦化相結合的工藝主要是針對低硫的渣油原料。由於原料的硫含量低，且懸浮床加氫裂化過程僅添加極微量的金屬催化劑，不會影響焦化主要產物低硫焦的質量。例如：以遼河渣油的加氫尾油為進料進行焦化實驗，可得到約50%的液體產物，而焦炭產物可以達到治金焦的標準。

3、懸浮床加氫裂化與瀝青調和工藝相結合

懸浮床加氫裂化與瀝青調和的組合工藝主要加工比較難於處理的渣油原料，如沙輕和沙中渣油等。在這種組合工藝中，加氫尾油的外甩油漿可同其它殘渣油調合生產瀝青，瀝青質量與渣油原料的性質有關，渣油原料的性質不同，調和後的瀝青質量會略有差異。4懸浮床加氫裂化與加氫處理工藝相結合懸浮床加氫裂化與加氫處理的組合工藝可以加工硫、氮、殘炭和金屬等含量高的劣質重、渣油，過程中將懸浮床加氫尾油進行緩和加氫處理，用來生產優質低硫燃料油。這種工藝具有靈活性好、原料適應性強等優點。我們以孤島加氫尾油為原料，進行緩和加氫處理，緩和加氫處理後的尾油粘度（100e）可以在100mm/s以下，硫和氮的質量分數也可達到0.5%以下。

在以上組合工藝中，產生的氣體經脫除硫化氫和其它雜質處理後，可作循環氫使用。工藝過程中產生的輕質餾分油，需要進一步加氫精制；而生成的減壓柴油的後續加工的靈活性也比較大，可以直接作為催化裂化的進料，還可以經加氫脫蠟、異構脫蠟和加氫精制等步驟來生產優質石蠟和潤滑油。