对于煤焦油加氢氢耗的研究

张雄　薛明泉

摘 要：本文针对煤焦油加氢改进方向进行初步探析，以小型固定床加氢装置为研究模本，分析煤焦油加氢工艺的各项参数变化对不同化合物氢耗量的不同影响，为工业化生产煤焦油的加氢氢耗计算提供理论依据，对我国化工企业的煤焦油加氢设计起到一定指导意义。

关键词：煤焦油；加氢氢耗；计算

随着全球环境的不断恶化，全世界范围内的燃油规范在不断提升，清洁型燃料已经逐步成为当前能源的主旋律，煤炭资源被逐步推向了未来能源发展的舞台。煤焦油作为煤炭资源的主产物，其经过加氢处理后可得到符合国际规范标准的清洁型燃料油，是当前缓解石油能源紧张、降低环境污染的首选技术。因此，针对煤焦油加氢方向进行深入研究，有效计算加氢工艺过程氢量的消耗就具有十分重要的意义，对未来的工业发展设计起到至关重要的作用。

1 小型固定床加氢实验

1.1 实验装置与方法

为提高煤焦油加氢氢耗计算的准确性及合理性，本实验采用小型固定床加氢反应装置，整体将反应过程切割成三个阶段：第一阶段：将HDM（脱金属剂）、HDS（脱硫剂）以及HDN（脱氨剂）依次参照一定的催化剂设计比例与原料油进行混合加入到预反应装置当中进行预硫化处理。第二阶段：将已经完成硫化后的原料油进行预热，加热至80摄氏度后与氢气在输送管线中进行混合，后流入反应管，反应管的温度可以实现有效控制。第三阶段：通过入口处设置的质量流量计控制氢气输送量，采用精密的计量泵对液路进行有效的控制，经加氢处理后的原料油预热后直接进入反应炉进行加氢精制和裂化阶段处理，反应产物经热高分罐后流进产品罐，尾气通过湿式气表计量。本次试验在硫化反应完成后，煤焦油的加氢精制和裂化反应均将反应条件控制在：液体体积空速为0.3h-1、加氢反应温度为370摄氏度至410摄氏度区间、氢油比为1800：1、氢分压为13 MPa；本次试验所用催化剂的预硫化标准设置为：反应压力为12MPa、氢油比为1600：1、液体体积空速1.5h-1、硫化油为2%的CS2的直馏柴油，然后原料油在250摄氏度下硫化8小时后，经加热，至360摄氏度后再硫化8小时。

1.2 试验用原料油及催化剂

本次试验用原料油油采用产地鄂尔多斯地区的快速热解后产生的中低温煤焦油，该产地中低溫煤焦油的最大特点为馏分重、沥青质和胶质含量高、原料油密度大、含氮量高，但最大的优点在于硫成分的含量较低。本次试验用催化剂主要采用：加氢脱金属催化剂，加氢脱硫以及脱氮催化剂，这种成分搭配出的加氢裂化催化剂的物化性质较符合原料油的基础特性，便于加氢装置的氢量计算。

1.3 反应结果分析

参照《石油和液体石油产品密度测定法》（GB/T1884-2000）的方法对原料油以及生成油的密度进行检测，馏程按 GB/T 6536-1997《石油产品蒸馏测定法》测定，硫含量按GB/T387-90《深色石油产品硫含量测定法》测定，氮含量按 GB/T17674-1999《原油及其产品中氮含量的测定》测定，杂质金属含量用 Thermo Scientific公司IRIS Advantage型的ICP 等离子发射光谱仪测定，族组成采用美国安捷伦公司的HP1100液相色谱仪测定，氢气分析用安捷伦7890A气相色谱仪测定，溴价采用溴价-溴指数测定仪测定，酸值测定采用785DMP Titrino-785通用型自动电位滴定仪。

2 煤焦油加氢氢耗计算

2.1 物理氢耗计算

参照文献记载以及实际实验过程解析，整个煤焦油加氢过程的物理氢耗主要可集中为：溶解损失、设备泄露损失以及放空损失，依照本次试验采用的加氢装置定义，可将物理氢耗计算按原料油25m3N/ m3来执行。

2.2 化学氢耗计算

本实验将煤焦油加氢总过程分解为脱硫、脱氧、脱氮、裂化等多个子反应，单独计算每一个独立化学反应阶段的氢量损耗。

①脱硫反应氢耗：在煤焦油中普遍具有硫醚类、硫醇类、杂环含硫化合物以及二硫化物等环烃类，实验假定加氢脱硫过程在不断链、不开环、双键不加氢的条件下进行，则整个脱硫反应的氢耗为Hs=2/32G（S0-YLS1）

②脱氨反应氢耗：煤焦油中含氮化合物主要是杂环化合物，非杂环化合物含量较少，主要有吡啶、喹啉、吡咯、和吲哚等，多环及稠环芳烃氮化物大部分都是以胶质或沥青质形式富集在煤焦油中。不考虑脱氮时化合物的开环、断链、饱和等其它反应，则整个脱氨反应的氢耗为Hn=3*2/28G（N0-YLN1）。

2.3 煤焦油加氢氢耗计算结果分析

本次试验的反应条件为液体体积空速为0.3h-1、加氢反应温度为370摄氏度至410摄氏度区间、氢油比为1800：1、氢分压为13MPa的条件下进行，通过煤焦油及产品油性质、煤焦油及产品油馏程、加氢尾气组成以及煤焦油加氢各项化学氢耗及其所占比例等方面进行分析，可以得出：整个煤焦油加氢过程的氢耗为物理氢耗量和化学氢耗量之和，即H=0.13 +4.59=4.72 g/h。

综上所述，煤焦油加氢工艺是当前清洁型能源生产的主要方向，较高的氢消耗会带来含氢量较高的液体产品油，氢耗也能直接反应出加氢处理的效率，通过本文设置的实验进行的研究和分析具有十分重要的生产意义，对企业的工业生产和加氢放大实验都具有参考价值。

参考文献：

[1]段孝林.加氢精制过程氢耗量与反应热的估算[J].石油炼制与化工，1975，6（2）：73-77.