焦化粗苯加氢精制工艺及催化剂分析研究进展

焦化粗苯加氢精制工艺及催化剂研究进展马春旭，王俊文，张林香，刘利辉，刘宏琦

摘要:论述了焦化粗苯加氢精制的工艺方法及其催化体系，并简单介绍了国内加氢工艺的应用。通过比较不同温度条件的加氢工艺，认为低温法加氢具有设备投资省、品种多样、操作简便等优点，是较为理想的粗苯加氢精制工艺。当前粗苯精制中应用广泛的催化剂是以A l2O3为载体的Mo钼基催化剂，如何将理论研究领域的脱硫催化剂更好地应用到粗苯加氢精制行业是发展趋势。国内近年大量上马一批粗苯加氢精制工程，但多引进国外技术，自主开发研究成为迫切任务。

关键词：焦化粗苯；加氢；精制；催化剂

中图分类号：TQ 174 文献标识码：A 文章编号:1671—3206(2oos>11—1368一o4

焦炉煤气经洗苯和蒸馏回收后得到的苯系化合物，以苯为主，一般称之为焦化粗苯。我国焦化工业生产的粗苯，是苯类产品的主要来源[1]。苯类产品苯、甲苯、二甲苯都是重要的有机化工原料和溶剂，工业价值很高，如何合理有效的回收粗苯中的苯类产品，一直是人们关注的课题。目前焦化粗苯工业化处理技术主要有酸洗法和催化加氢法两种，随着环保日益得到重视及粗苯加工规模由分散走向集中，我国的酸洗加工工艺处于被淘汰的局面，加氢精制工艺由于其产品纯度高、收率高、污染小、自动化程度高等优点，表现了更强的生命力[2]。本文结合国内外粗苯加氢技术现状和催化剂的研究应用情况，对目前加氢精制工艺及其催化剂进行评述和比较。

1 焦化粗苯加氢工艺

粗苯是烃类及其衍生物的混合物，其沸点一般低于200 clc，组成和含量见表1。

焦化粗苯加氢即在一定的温度、压力及催化剂下，通过与氢气进行反应，使粗苯中的不饱和化合物得以饱和；使粗苯中的含硫化合物得以去除，将硫转化成硫化氢气体；使非芳烃化合物裂解成低分子气体。具体的焦化苯催化加氢

工艺由于各种原因，又存在一定的差异，通常根据加氢反应温度的不同，区分为高温加

氢(600—630℃>、中温加氢(480—550℃>和低温加氢(350～380℃>3种工艺。

表1 粗苯的组成和含量

1．1 高温加氢工艺

高温加氢工艺以莱托(Lito1>法为主要代表，由美国胡德利(Houdry>空气产品公司设计，主要针对粗苯中的轻苯，进行高温加氢脱硫、脱烷基反应以及相应的分离操作[3]。

Litol法工艺先进行预蒸馏，将粗苯分离为重苯和轻苯，预蒸馏采用减压操作，利于降低温度，避免不饱和化合物在蒸馏过程中发生聚合，分离出的轻苯进入下一步预加氢反应器。预加氢采用Co—Mo系催化剂，将易发生聚合的物质除去以利于后续主加氢的操作，经预加氢后的产物进人主加氢反应器，完成加氢脱硫和脱烷基反应。主加氢采用Cr2O3AL2O3系催化剂，反应温度为610—630℃，操作压力达5．88 MPa，将轻苯中的不饱和化合物与含硫化合物几乎全部加氢脱除。该工艺采用脱烷基技术，可将粗苯中的甲苯、二甲苯等脱去支链烷基得到苯，苯产率可达1 14％以上，所得纯苯质量较好，产品质量分数>99．9％，结晶点>5．45℃，噻吩质量分数<0．5 X 10 l[4]。

1．2 中温加氢工艺

中国科学院山西煤炭化学研究所2O世纪70年代初期就开始了焦化粗苯加氢精制的研究与开发[5]，研制出适合中温加氢法与低温加氢法两系列粗苯加氢精制催化剂及工艺[6]。该工艺采用两段反应，第一段为预加氢反应，采用Ni—Mo、

Co．Mo催化剂，主要脱除粗苯中的不稳定化合物，也可脱除部分含硫化合物；第二段为主加氢反应，采用Cr．Mo催化剂，脱除大部分的硫化物，两段反应压力均为3．0—5．0 MPa。该工艺产品品种多，可生产优质纯苯、硝化级甲苯、高纯甲苯、二甲苯等产品，市场适应性强。

1．3 低温加氢工艺

低温加氢工艺以联邦德国的鲁奇(Lurgi>法、克鲁柏一考柏斯(Krupp—Koppers>法为主要代表，两者的加氢流程基本相同，但操作条件及精馏系统有所不同[8]，本文主要介绍K—K法。K—K法是由BASF／VEBA公司开发，由克鲁柏·考柏斯(K·K>公司改进的工艺技术。该工艺萃取蒸馏选用了莫菲兰法，以Ⅳ．甲酰吗啉为萃取剂。工艺流程简图见图1。

为避免在一个反应器内的反应过于激烈而影响催化剂的活性和寿命, 故该加氢精制工艺采用两段式反应器, 设置了预反应器和主反应器。在预反应器内, 以N-iMo为催化剂, 反应温度190~ 240 ℃, 将乙烯、苯乙烯和二硫化碳等物质除去, 以避免它们在后续设备中发生聚合反应。在主反应器内, 经预反应器处理后的物料在Co-Mo 催化剂和320~ 370 ℃条件下发生加氢反应, 烯烃加氢后生成相应的饱和烃, 噻吩等硫化物、氧化物和氮化物加氢后转化为烃类、硫化物及氨。该工艺采用萃取精馏分离出芳烃和非芳烃, 芳烃再经普通蒸馏分离出苯、甲苯及二甲苯。所得产品中纯苯质量分数> 99. 9% , 结晶点> 5. 48℃, 噻吩含量同时可得到高纯度的甲苯和二甲苯。

1. 4各加氢工艺比较

通过上述对粗苯加氢机理以及各工艺的分析,可对各加氢工艺进行比较, 其结果见表2。

由表2可知, 低温加氢工艺操作温度低, 对设备要求低, 设备成本低。产

品种类多, 能更好的满足工业对不同原料的需求。产品结晶点更高, 纯度好, 明显优于中温和高温法。因此, 低温加氢法是一种比较理想的加氢精制方法, 既能得到优质的苯系芳烃产品, 又可解决环境污染问题。

2、粗苯加氢催化剂的研究进展

在焦化苯加氢精制的实质中涉及的反应主要是加氢脱硫(HDS>, 同时在加氢过程中要防止深度加氢使苯转化为环己烷, 根据这个原则, 讨论目前焦化苯加氢精制中催化剂的进展状况。

2. 1加氢脱硫机理

焦化苯加氢制取精苯工艺中涉及到的脱硫反应很多, 但其中以噻吩硫最难脱除, 噻吩含量的多少是衡量精苯质量的一个重要指标, 其中涉及的反应是:

王祥生等[ 9] 对噻吩在HZSM-5催化剂上的反应机理做了分析, 认为噻吩反应的活性中心是HZSM-5上的B酸中心。屈锦华等[ 10 ] 采用微型等温积分反应器, 在一定条件下系统的研究了国产Co-Mo /A l2O3 催化剂上加氢脱硫的本征动力学, 得出噻吩加氢的本征动力学模型:

王瑶等[ 11] 利用假一级平推流反应模型, 求得了C o-Mo /MCM-41催化剂上二苯并噻吩( DBT>加氢脱硫反应的表观反应速率常数和表观反应活化能, 通过实验表征, 得出Co、Mo 原子物质的量比为0. 75时活化能最低, 催化活性最高, 动力学分析表明, Co-Mo /MCM-41催化剂上DBT的氢解反应和加氢反应发生在不同的活性中心上, 助催化剂Co对HDS 反应的促进作用主要体现在促进氢解路径反应速率上。

2. 2催化活性组分的研究

目前工业上广泛应用的焦化苯脱硫-脱氮催化剂多为负载型催化剂, 即: 将过渡

金属(如: W、N i、Mo和Co等元素>氧化物负载于上, 在使用前要先将它硫化, 即在催化剂中活性组分为过渡金属的硫化物[ 12 ]。典型的加氢脱