河北新启元煤焦油沸腾床加氢

中低温煤焦油（600℃-800℃）、低温煤焦油（450℃-650℃）。高温
煤焦油的碳氢比明显高于中、低温煤焦油，且高温煤焦油的重质组分
比较多，残炭和沥青质含量也远高于中、低温煤焦油，所以中、低温
煤焦油更适合做加氢精制裂化的原料。
2 煤焦油加氢工艺介绍和对比
目前煤焦油加氢主要有三种工艺：固定床加氢工艺、沸腾床加氢
催化剂使用
去除固体杂质的全馏 含少量固体颗粒的煤
去除沥青质的煤焦油
分煤焦油
焦油或油煤浆
高温、高压 较难 较短
高温、高压 一般 长
高温、高压 未知 长
运行周期内一次性使 运行周期内再生后多
用
次使用
一次性
催化剂状态 投资费用
固定态 低
流动态但不流出反应 流动态，且随产品流出
器
反应器
高
较低
相比于沸腾床和固定床，悬浮床加工原料的弹性最大，理论上悬 浮床所获得的产品收益最高，但是由于悬浮床工艺还处于试验阶段， 且对设备和催化剂的选型要求极高，造成投资悬浮床会有很大的风 险，目前国内的延长石油正在研究悬浮床技术，其工业放大装置已经 开工建设，并于 2015 年年初进行试车，由于设备问题和结焦问题， 该项目目前处于停运改造状态。
中捷石化有两套煤焦油处理装置，除了煤焦油沸腾床加氢装置之 外，煤焦油减压分馏系统和蒽油固定床加氢组合成为另外一套煤焦油 加工系统。煤焦油减压系统每进 20 吨煤焦油就会产生 4-8 吨的沥青 成分，实际进行加氢的部分只占煤焦油进料的 60％-80％。而沸腾床 进料不用外甩煤焦油中的沥青质成分，煤焦油加工率能达到百分之 百，也就是之前提到的全组分加工。沸腾床工艺大大提高了煤焦油的 利用率和煤焦油产品的附加值。煤焦油减压系统外甩的沥青由于粘度 过大造成机泵在很高的负荷条件下运行，所以沥青泵很容易损坏。与
传统的煤焦油加工主要以物理分离为主，从煤焦油中提取蒽油、 洗油、工业萘、酚油、煤沥青等产品，这种常规的提炼工艺流程复杂、 能耗高、污染严重、产品附加值低、效益差，因此得不到化工企业的 青睐。与传统的煤焦油加工工艺相比，煤焦油加氢工艺有着相当大的
优势，煤焦油加氢制取燃料油品的项目能有效的缓解国内燃料油品的 短缺问题；煤焦油加氢项目大幅的提高了煤的综合利用率，增加了煤 产品的附加值；煤焦油加氢之后生产的燃料油品所含 S、N 等元素非 常低，在环保形势日益严峻的今天煤焦油加氢使煤炭的清洁利用成为 可能。
传统的固定床煤焦油加氢项目成本高、煤焦油利用率低、运行周 期短、生产条件极其苛刻。与固定床煤焦油加氢相比，沸腾床煤焦油 加氢有着先天的优势，正是看中了沸腾床工艺的潜力，中捷石化集团 和新佑能源合作共同开发研制沸腾床项目。
15 万吨/年煤焦油沸腾床加氢项目作为中捷石化集团实现“煤化 油化一体化”战略目标的重要项目，于 2015 年 7 月开始试车，7 月 底产出合格产标志新启元煤焦油中捷石化集团沸腾床加氢项目一次 性开车成功。本文以中捷石化集团煤焦油沸腾床加氢项目成功开工为 基础，介绍中捷石化集团煤焦油加氢项目原理知识及操作，分析煤焦 油沸腾床加氢工艺的优势，提出个人对煤焦油沸腾床加氢项目的一些 看法。 1 煤焦油的产生及性质
煤焦油又称煤膏、煤馏油、煤焦油溶液，是煤高温干馏过程中得 到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体，具有一定溶性和特殊的臭味，可 燃并有腐蚀性，煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之 一，常温常压下其产品呈黑色粘稠液状。根据干馏温度的不同，煤焦 油分为高温煤焦油（1000℃以上）、中温煤焦油（900℃-1000℃）、
反应器中间的杯型设计和循环泵是沸腾床工艺的核心。重质油品 在反应温度下不能被带出反应器，而是降落在反应器的中间的油杯之 中，循环泵将油杯中的重质油品带回反应器继续反应，经过不断的反 应重质油品逐渐变轻，最终离开反应器。开工初期，沸腾床单台反应 器产出的热低分油产品的 S、N 含量可以降低到 100ppm 以下（原料油 的 S、N 为 2000ppm-2500ppm），产品的密度也降低到了 940Kg/ m3 以 下（原料密度 1000Kg/ m3 以上）。当产品不合格时，笔者一般适当提 高反应器入口温度来增加反应深度使产品质量达到正常值，在提高反 应器温度的同时一定要适当增加反应器循环泵的流量，提高了床层的 膨胀度，增加了床层散热效果，有效防止超温现象发生。 3.1.5 催化剂装卸系统的操作
沸腾床采用的是小颗粒圆形催化剂，且堆密度仅有 0.8g/ml 左 右，所以在开工之处最担心的就是催化剂会被产品携带至下游，从而 引起管道堵塞。为此中捷石化集团进行了冷模状态实验，实验模拟工 况下的气速和液速观察透明容器中浸泡在油品中的催化剂的运动情 况，实验结果表明在工况的气速和液速下只有极少量的催化剂被带出
表 3-2-1 固定床反应器与沸腾床反应器的操作温度
A 反应器
B 反应器
C 反应器 沸腾床反应器
进口温度/℃
240
310
360
280
出口温度/℃
ห้องสมุดไป่ตู้
260
由于煤焦油固定床加氢的催化剂在反应器内是不流动的，所以在 一个生产周期内催化剂是无法更换的。随着生产时间的延长固定床催 化剂逐渐结焦失活，反应的深度开始逐渐下降，产品质量逐渐下降， 当催化剂活性不能保证产品质量的时候，装置不得不进行停工更换催 化剂。热点的形成是固定床另外一个难以解决的问题，一旦床层有热 点形成整个催化剂床层就会有飞温的危险。传统的煤焦油固定床加氢 的运行周期在 4-8 个月，如果原料油质量恶略，固定床的运行周期不 足两个月。每次开停工都是对人力物力的巨大消耗。沸腾床反应器中 催化剂是流动的，所以不会出现热点，而催化剂装卸体统能够对反应 器内的催化剂进行频繁的更换，保证反应器内的催化剂一直保持较高 的活性，从而保证了装置在较长的运行周期内一直生产合格的产品。 运行周期的延长减少了装置频繁开停车的费用，卸出催化剂不断的再 生也降低了催化剂的消耗，这些都为企业带来节省了资金，增加了效 益。
引言 伴随着石油的日益枯竭，煤作为石油的替代品受到人们的广泛关
注。中国是一个贫油、多煤、少气的国家，大力发展煤化工已经成为 我国未来能源发展战略的既定目标，神华煤制油项目、大唐煤制气项 目、阳煤的 60-80 项目等都是我国发展煤化工道路上关键项目。煤焦 油作为煤干馏的产品之一，其综合利用已经成为国内最热门的研究课 题，其中煤焦油加氢制取燃料油品项目备受关注。
工艺、悬浮床加氢工艺。
2.1 固定床加氢
2.2 沸腾床加氢
2.3 悬浮床加氢
2.4 三种工艺的比较
表 2-4-1 固定床、沸腾床、悬浮床三种技术的比较
固定床
沸腾床
悬浮床
工艺成熟度
工艺十分成熟
国内工业化装置刚刚 处于试验阶段没有成
起步，工艺有待改进
型的工业化装置
原料加工情况
加工条件 操作难度 运行周期
透明容器。通过实验我们还观测到了沸腾床反应器中油品和催化剂的 相太变化：第一层是固液密相，固体催化剂和油品形成运动的反应床 层；第二层是固液稀相，反应后的油品携带少量的催化剂向上运动； 第三层是气液密相，该层液体较多，但也有少量夹带液体的气泡；第 四层是气液稀相，气体夹带少量液体形成泡沫状，然后逐渐的上升离 开反应器。 3.1.2 沸腾床工艺开工进料控制情况
沸腾床虽然不能加工带有固体颗粒的重质油品，但是通过离心和 过滤等简单方法能去除油品中的固体杂质。与固定床相比沸腾床最大 的优势在于收率高、运行周期长。高收率代表高效益，所以沸腾床加 氢项目受到各个炼厂的青睐。7 月底中捷石化集团煤焦油沸腾床加氢 项目开车成功，标志着国产沸腾床加氢项目正式进入工业化阶段，虽 然沸腾床项目投资较大，效益比悬浮床要低，但是项目的后期收益要 远高于投资，与还未成熟的悬浮床相比沸腾床更适合目前重质油品的 炼化。 3 中捷石化煤焦油沸腾床加氢项目 3.1 中捷石化煤焦油沸腾床加氢项目原理和操作 3.2.1 沸腾床反应器内的相变
在沸腾床工艺中，催化剂床层料位的控制是至关重要的。过高的
料位会使催化剂带出反应器，过低的床层会是反应热聚集从而造成飞 温的危险。催化剂的料位受进入反应器的氢气量和油量的共同影响， 开工初期由于氢耗不稳定所以并入系统的循环氢量会有所波动，这阶 段的催化剂床层不太容易控制。当反应器内温度和进料量恒定以后， 氢耗变得稳定，进入反应系统的氢气量基本不变，此时催化剂床层的 料位主要由进入反应器的油量进行控制。反应进料量是不能随意变化 的，我们通过调节反应器底部循环泵的流量来控制催化剂料位变化。 3.1.4 产品质量控制
煤沥青相比煤焦油的粘度要低的多，所以沸腾床的机泵不用承担过高 的负荷，这在设备选型和维修方面能为企业减少不小的开支。煤焦油 减压系统需要高温将煤焦油中的沥青质和轻质油进行分离，减压产生 的轻质油品由于温度不够高仍需要进一步加热才能够进行加氢，外甩 的沥青也会带走很多的热量，这部分热量很难被利用起来；沸腾床加 氢工艺只需要对反应原料进行一次性加热，就能达到很好的加氢效 果，这大大降低了生产能耗。 3.2.2 沸腾床加氢工艺运行周期长
3.2.3 沸腾床工艺操作温度和压力比较低
中捷石化集团蒽油固定床加氢项目采用三台精制反应器串联的
形式对产品进行加工，即油品先进入 A 反应器反应，然后在进入 B 反
应器，最后进入 C 反应器。最终产出合格的产品。下面我们将蒽油固
定床加氢 A、B、C 反应器的反应状况与沸腾床反应器进行比较，各反
应器进出口温度、温升及反应温度如下表所示：
中捷石化集团煤焦油沸腾床加氢项目 摘要：中捷石化集团煤焦油沸腾床加氢项目开车成功，标志着煤焦油 全馏分加工成为现实，大大提高了煤焦油的利用率；沸腾床在线催化 剂装卸系统的成功运行，解决了传统加氢工艺催化剂易失活影响装置 运行周期的问题，大大提高了装置的运行周期；沸腾床反应器的特殊 设计使轻质油和重质油分离，轻质油进入下游系统，重质油品返混继 续反应，大大提高了产品的质量。 关键字：煤焦油，加氢，沸腾床，催化剂，中捷石化 Abstract: Keyword:
开工初期的进料采用煤焦油和柴油混合进料，煤焦油和柴油的混 合比例从 2:8 逐渐提升，最终实现煤焦油单独进料。煤焦油粘度比较 高，柴油的混入能有效的降低原料油的粘度，从而使得各机泵在运行 之初不必承受过大的负荷，随着煤焦油进料比例的逐渐提高，原料油 粘度逐渐变大，各机泵的负荷逐渐提升，这对设备的运行起到了保护 作用。最初，我们用 2:8 的进料比例来稳定催化剂床层的温升，因为 煤焦油的 S、N、不饱和烃的含量比较高，如果用单一的煤焦油进料， 催化剂床层很可能因为反应过于剧烈而造成飞温的危险。柴油的混入 能降低进入反应器内油品的 S、N、不饱和烃的含量，降低了油品在 催化剂床层反应的剧烈程度，床层的温升能够得到有效的控制。随着 煤焦油混入比例的逐渐提升，催化剂床层的温度也随之上升，通过降 低进料温度来控制催化剂床层温度，最终使反应器内反应温度处于比 较稳定的状态。 3.1.3 沸腾床反应器内料位控制
催化剂装卸系统是为了延长沸腾床运行周期而设计的。催化剂在 反应器内是流动态的，设计则利用催化剂的流动来完成催化剂的装 卸。中捷石化集团沸腾床催化剂的装卸主要的动力来自于反应进料泵
的出口油的动能和反应器与催化剂系统的压差。反应器内部的压力高 于催化剂系统的时候，催化剂从反应器内卸出；反应器内部的压力低 于催化剂系统的时候，催化剂从催化剂系统进入反应器。无论是卸出 还是添加，催化剂流动的动力都是由反应进料泵出口的油品来提供。 催化剂装卸系统采用智能控制，减小了操作者的工作量。在催化剂装 卸过程中采用催化剂输送油的温度要比进入反应器油品的温度低 60℃，所以在装剂的时候反应床层要下降，为了不影响产品质量一般 要提升反应器床层温度，但是提升温度不宜过高，因为一旦活泼的催 化剂被装入反应器反应器内的反应会变得更加剧烈，笔者认为将温度 提升 3℃-5℃为宜。在卸出催化剂后，由于反应器内催化剂减少反应 深度会下降，进而使反应床层温度下降，为了保证产品质量笔者在卸 出催化剂之后会将反应器温度提升 2℃。 3.2 中捷石化煤焦油沸腾床加氢工艺的优势 3.2.1 沸腾床加氢工艺能加工能够对煤焦油进行全馏分加工