《粗苯与焦油轻油配合加氢精制的可行性分析》

粗苯与焦油轻油配合加氢精制的可行性分析
贺小平（辽宁石油化工大学顺华能源学院，抚顺113001）
陈卫孙志远（中冶焦耐工程技术有限公司，大连116085）
焦化粗苯的产量与炼焦煤种的挥发分、炼焦条件、洗苯用洗油等因素有关。

一般来说，粗苯的产量是入炉煤的1％左右（质量分数）。

粗苯可用于生产苯、甲苯、二甲苯等化工原料，与石油催化裂化和催化重整工艺及效益相比，用粗苯生产更易获得芳烃，且成本相对较低。

粗苯加氢精制法具有投资少、见效快、污染小、产品质量高等优点，已在国内广泛采纳。

近年来原料粗苯的供应不足，价格一路飙升，因此，拓宽原料来源、降低生产成本势在必行。

1 粗苯加氢工艺简介
目前，国内有两种粗苯加氢精制工艺，一种是高温高压加氢的Litol 法，另一种是低温低压加氢的德国Uhde法和美国Shell-UOP法。

Litol法加氢对温度和压力要求高，所以设备材质、生产控制、工艺条件的满足、设备的维修等存在较多难点。

德国的Uhde法加氢使用了萃取精馏分离法，美国的Shell-UOP法采用了液液萃取分离法，都属于低温低压加氢技术，设计数据比较结果见表1。

从表1 可看出，德国Uhde法的技术优势明显比美国的Shell-UOP法好，也较适合中国国情，因此，Uhde技术在国内已应用较广。

表1 粗苯的两种低温低压加氢法比较
1. 1 Uhde法粗苯加氢工艺流程
Uhde法加氢的萃取工艺由加氢、预蒸馏和萃取精馏等步骤组成。

原料粗苯经过滤器、粗苯缓冲槽和原料高速泵被加压到3.5MPa, 与来自循环气体压缩机的循环气体一起送入预蒸发器，然后进入多段蒸发器，原料粗苯在预蒸发器及多段蒸发器中进行分离，高沸点的三甲苯、茚、萘等组分作为残油从底部排出，低沸点的苯、甲苯、二甲苯等轻组分与循环气体一起从顶部蒸出后进入预反应器。

在此，烯烃、苯乙烯、二硫化碳在Ni-Mo催化剂作用下发生加氢反应，气体混合物从预反应器顶部流出，经主反应器加热炉被加热到290℃以上，进入主反应器顶部，自上而下穿过Co-Mo催化剂床层，发生脱硫、脱氮、脱氧、烯烃加氢饱和反应。

经过主反应器加氢后的混合气体经冷却进入气液分离器，气相作
为循环气体经压缩机加压后送回预蒸发器，液相送入稳定塔，除去溶于液相中的H2S、CH4、NH3、C2H6等气体，除去气体后的液相称为加氢油即BTXS馏分。

BTXS馏分进入预蒸馏塔被分离成含有苯、甲苯和非芳烃的BT馏分和含有二甲苯和溶剂油的XS馏分。

XS馏分送入二甲苯蒸馏系统生产二甲苯和溶剂油C8和C9馏分，可作为产品。

BT馏分送入萃取蒸馏塔，从塔顶按一定比例加入萃取剂N-甲酰吗啉。

在此非芳烃与芳烃分离，非芳烃从萃取蒸馏塔顶蒸出，作为产品送入产品贮槽。

从萃取蒸馏塔底排出的溶有芳烃的萃取剂（称为富溶剂）送入汽提塔进行解吸，塔顶蒸出的苯和甲苯送入BT分离塔，再次分离成苯和甲苯。

汽提塔塔底的产品为萃取剂N-甲酰吗啉（称为贫溶剂），送入萃取蒸馏塔顶部循环使用。

1.2 原料要求与产品标准
粗苯加氢的目的是获得苯、甲苯、二甲苯等重要的工业原料，这些化工原料广泛应用于合成橡胶、合成纤维、合成树脂以及染料、洗涤剂、农药和医药等领域。

这些产品的收率以及纯度越高，其经济效益就越可观。

粗苯中主要的成分是苯，是纯苯的主要来源。

一般焦化粗苯中含苯及同系物为80％～95%；不饱和物为5％～15%，主要集中在79℃以前的低沸点馏分和140℃以上的高沸点馏分中。

主要为环戊二烯、茚、古
马隆及苯乙烯等。

硫化物含量为0.2％～2.0%，饱和烃含量为0.3%～2.0%。

此外，还有来自洗油的轻馏分、苯、酚和吡啶等。

Uhde法加氢精制对原料的设计要求是必须满足粗苯国家行业标准（YB/T 5022-93）。

通过Uhde法加氢精制工艺所获得的产品质量分别
达到纯苯国标（GB/T 2283-2008）、甲苯国标（GB/T 2284-2009）、二甲苯国标（GB/T 2285-93）。

2 粗苯与焦油轻油配合加氢精制的可行性分析
2.1 焦油轻油的来源、组成及性质
焦油轻油来源于煤焦油，是煤焦油蒸馏过程中切取的170℃前馏分，其密度为0.88～0.90g/cm3。

焦油轻油中的成分主要是苯族烃，其余为含量小于5％的酚以及少量的古马隆、茚、不饱和化合物和微量萘。

表2是国内某公司生产的焦油轻油的分析结果。

由表2可知，三苯总含量均能达到80％以上，180℃前馏出量均能达到90％以上。

因为煤焦油的初馏点均大于85℃，所以焦油轻油中不含初馏分。

与粗苯的各项指标相比，组成与性质接近，将二者配合加氢精制具有一定可行性。

煤焦油的来源有3个方面，即高温炼焦、低温干馏和快速热解。

由于3种工艺所采用的原料煤种、干馏条件等不同，所以得到的煤焦油组成和性质也有一定差异。

一般来说，高温煤焦油的密度较高，主要由多环芳烃组成，烷基芳烃含量较少，170℃前馏出的轻油产率大致在0.4%～
0.8%。

低温干馏的煤焦油密度较小，含苯类和酚类较多，170℃前馏出的轻油产率大致在5.5％～10.0% 。

快速热解煤焦油的产率较高，其中，170℃前馏出的轻油也多，产率大致在11％左右。

三者的比较结果见表3。

表2 焦油轻油的分析结果
表3 三种焦油馏分的组成比较
2.2 配合油与国家行业标准对比
为了满足Uhde法设计的要求，同时符合粗苯国家行业标准，将粗苯与焦油轻油的样品进行了分析，取其平均数据模拟配比指标。

试验表明，配比指标符合粗苯国家行业标准。

所以利用现有的Uhde法加氢装置进行生产具有可行性。

表4是粗苯、焦油轻油及二者按照3:7比例配合后的指标对比，配合油的指标符合国家行业标准。

表4 焦油轻油、粗苯、配合油与粗苯国家行业标准对比结果
2.3 生产中可能出现的情况
由于使用配合原料，与粗苯相比，个别指标发生了变化，所以在生产中必须及时调整生产参数，才能达到安全、稳定生产合格产品的目的。

（1）配合原料中总硫和噻吩含量较高，为了除硫，生产中需调整加氢单元的操作。

（2）配合原料与粗苯相比，苯的含量下降，甲苯和二甲苯含量上升，所以生产中需要调整BT纯苯塔的操作。

（3）配合原料与粗苯相比，三苯的总和有所下降，非芳烃组分上升，由此进入萃取蒸馏塔的BT馏分中的非芳烃含量大幅度增加，影响萃取蒸馏塔的操作，需调整其操作参数。

（4）非芳烃产量有所上升，会影响纯苯和甲苯的产量。

2.4 调整方案
根据上述分析结果，在实际生产中应该对加氢单元、BT单元、XS 单元分别进行调整。

（1）增加新氢补充量，除去原料中较高含量的硫、噻吩和非芳烃等杂质，使经过加氢单元后的BTXS馏分中硫的含量达到设计要求。

（2）根据配合原料参数的变化，适当提高主、副反应器的入口温度，保证反应进行完全。

（3）配合原料中苯的含量下降，甲苯和二甲苯含量上升，应调整BT 塔、XS塔的回流量，以保证产品质量符合要求。

（4）由于来料不均，可能会造成操作参数波动，所以要求原料组成稳定，才能保证安全稳定操作。

上述调整方案符合国内Uhde法加氢精制生产装置设计的参数调整范围，具有一定可行性。

表5是Uhde法焦化粗苯装置设计参数摘要，表6是国内某公司采用Uhde 法粗苯加氢操作的实际运行数据，具有代表性。

从表5、表6的对比可知，在相同产量的前提下，主、副反应器的入口温度，设计参数比实际运行参数大很多，升高温度还有一定空间。

装置设计的氢耗量远远超过实际运行的氢耗量，所以加大配氢量具有可行性。

BT塔和XS塔的回流量设计也远远超过实际运行参数，所以加大回流量操作也具有一定可行性。

表5 Uhde装置的设计参数
表6 采用粗苯原料的Uhde装置实际运行参数
3 结论
（1）焦油轻油与粗苯具有相似性，两者配合使用具有可行性。

（2）配合油的指标能满足国内Uhde法装置对原料的设计要求，具有一定可行性。

（3）生产操作过程中的调整手段及调整范围符合装置安全设计范围。

利用己经建成的粗苯加氢精制装置，采用粗苯和焦油轻油配合的方案是可行的。

这样可以拓宽原料来源，给企业带来极大的经济效益。

采用配合原料的具体比例，还要考虑原料价格的波动以及产品经济效益的平衡适当调整，只要是配合原料指标符合各项要求就可行。