低温加氢法粗苯精制工艺优化研究

朱政杰

摘 要：粗苯是炼焦煤气净化的副产品，经过精制后可以得到的苯、甲苯、二甲苯等重要有机化工原料。本文针对国内某粗苯气相低温加氢装置生产情况，对三苯产品产率及总液产率未达到设计指标的问题，对原料质量、加氢反应条件、工艺控制参数等方面进行研究分析，找出主要影响因素，并给出合理优化方案。

关键词：粗苯；低温加氢；工艺优化

1 粗苯加氢精制技术原理分析

对于粗苯加氢精制技术而言，依据其催化加氢反应过程中的不同温度，可将其分为两种类型，即高温加氢与低温加氢。其中，对于低温加氢精制技术而言，由于在加氢油中分离非芳烃和芳烃具有不同方法，因而可将其分为两种类型，即溶剂萃取法及萃取蒸馏法。在高温催化加氢方面，其工艺中比较典型的一种就是Litol工艺，其催化加氢反应条件为6.0MPa压力，其反应温度控制在600-650℃，其主要就是通过催化加氢可将不饱和烃除去，在加氢裂解作用下，高分子烷烃以及环烷烃可转变成为低分子烷烃，可以气体分离；同时，在加氢之后还能够起到脱烷基作用，可使苯同系物最终转变成为低分子烷烃及苯。所以，在高温加氢精制技术中，其所得到产品只有苯，并不会产生甲苯以及二甲苯，在原料有机物中所存在硫元素、氮元素以及氧元素，可使其转变成为硫化氢、氨气及水，从而将其脱除，在加氢油处理方面，可选择普通蒸馏方法，最后可获得苯产品。在低温催化加氢方面，其工艺中比较典型的就是溶剂萃取加氢及萃取蒸馏加氢，其催化加氢反应条件为压力控制在2.5-3.0MPa条件，其温度控制在300-370℃，其主要作用就是加氢将不饱和烃脱除，使其转变成为饱和烃。然而，由于其加氢温度比较低，通常情况不会有加氢裂解反应以及脱烷基深度加氢反应发生。所以，在低温加氢精制工艺中，其所得到产品包括苯、甲苯以及二甲苯

2 装置主要影响因素

该装置自投产以来运行稳定，产品合格。由于市场上粗苯原料紧缺，加工的绝大部分原料为上游焦化厂生产的两种高硫粗苯。該粗苯因炼焦配煤成分及焦化化产工艺流程原因，其含硫量远远超过装置设计指标，限制装置加工能力，影响产品质量及产率。

3 反应条件分析

3.1 温度影响

因为两级加氢反应的镍-钼和钴-钼催化剂活性非常高，所以系统温度对其性能的影响较大，同时它们对温度的变化也非常敏感。预加氢、主加氢反应器内发生的加氢反应大部分是放热反应，从热力学角度来看，其他条件不变的情况下，降低反应物温度有利于加氢反应的正向进行，加大反应深度提高各类杂质的转化率，并提高产品质量。但温度的降低同时也会加快副反应，造成甲基增加、芳烃损失，影响三苯产率。从反应动力学角度考虑，随着反应温度的升高反应速率增加，使反应平衡时间缩短。但反应温度的提高，会降低反应转化率，影响产品质量。同时未反应的不饱和烃容易发生聚合反应，使稠环化合物缩合生焦，增加催化剂床层上的积碳量，使催化剂的活性降低，缩短催化剂的使用寿命。过高的温度可造成催化剂的烧结，从而永久性损坏催化剂。

由于原料粗苯中噻吩等杂质含量高，适当降低反应温度，以提高反应转换率。但随着反应进行，产生的热量放出，反应温差增大，影响转化率。随着主反应器入口温度升高，三苯产率明显下降，在入口温度升至278℃后，下降速率更加明显。主反应器入口温度尽量控制在270℃以下，但为保证轻苯中噻吩等杂质的脱除，又不能将温度降的太低，否则纯苯、甲苯产品中硫含量会超出规定指标。

3.2 氢油比的影响

氢油体积比指的是加氢进料中需氢量的相对大小。它主要是以加氢进料的化学耗氢量为依据。从化学平衡的角度考虑，提高氢气的用量将会有利于产物加氢速率的提高，有利于杂质充分加氢反应。但是反应物中较高的氢气分压，在另一方面也会加快芳烃的加氢，造成三苯产率降低。在氢分压大于2.08MPa后三苯产率明显降低，故生产中将氢分压控制在1.8～2.1MPa。

4 原料质量影响及措施

所加工的自产粗苯原料中硫含量含量远远高于设计值的6000g/m3，其中一期粗苯硫含量在12000g/m3，二期粗苯硫含量高达29000g/m3，从加氢反应原理不难得出，为保证三苯产品的质量（总硫≤1g/m3），必须加大反应程度，才能保证二硫化碳、噻吩的脱除，反应程度的加大进而导致副反应芳香烃氢化增加、氢气补充量增加、酸性气排量增加等，进而影响装置三苯产率及总液产率。

5 结语

由于目前我国原煤性质差异和各焦化企业粗苯回收装置不同，原料粗苯中各组分含量变化较大，且粗苯中的总硫含量越来越高。低温加氢粗苯精制装置对加工硫含量较高的粗苯产品，将总硫含量控制在2.0%以下时，产品的总液产率及三苯产率可以控制在较好的范围内。加氢反应中，主反应温度对三苯产率影响较大，在主反应入口温度升至278℃后，三苯产率下降明显，在保证产品质量的前提下，将主反应入口温度控制在270～275℃，稳定三苯产率。控制好新氢补充量，氢分压升高，副反应逐渐增加，三苯产率降低，生产中应将氢分压控制在1.8～2.1MPa之间。

参考文献：

[1]韩品谦，林晓辉.焦化粗苯精制方法研究进展[J].山东化工，2016，45（6）：7-29.

[2]郭栋.焦化粗苯回收技术的探讨与应用[J].化工管理，2017（15）：130-131.