懸浮床加氫裂化技術(shù)是由20世紀(jì)40年代的煤液化技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，懸浮床反應(yīng)器所用的催化劑和添加劑為粉粒狀,以懸浮態(tài)在反應(yīng)器中建立床層，提供物料停留和反應(yīng)的場(chǎng)所，并可有效抑制生焦。物料在高溫、高壓、臨氫工況下，在懸浮床發(fā)生熱裂解和加氫反應(yīng)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，懸浮床反應(yīng)器適應(yīng)石油煉制和煤化工所產(chǎn)生的重質(zhì)物料，不足之處操作條件較為苛刻、危險(xiǎn)系數(shù)高。

我國(guó)是多煤少油的國(guó)家，是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)和生產(chǎn)國(guó)，石油資源供需矛盾在我國(guó)顯得尤為突出。利用煤直接或間接液化技術(shù)，可將煤和劣質(zhì)的含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、高硫、高酸、高殘?zhí)俊⒔饘俸枯^高的重質(zhì)油經(jīng)過(guò)懸浮床反應(yīng)后產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的液態(tài)產(chǎn)品，可緩解我國(guó)石油資源的供需矛盾。

懸浮床反應(yīng)器是煤油共煉項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，壁厚為125mm，內(nèi)壁設(shè)隔熱層，厚度為100mm，隔熱層表面敷設(shè)10mm厚S32168不銹鋼襯筒，內(nèi)部無(wú)內(nèi)件。由于反應(yīng)器操作工況為高溫、高壓、臨氫條件較為苛刻，反應(yīng)器殼體采用冷壁式鍛焊結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器材質(zhì)為2.25Cr1Mo0.25V，由于反應(yīng)介質(zhì)含硫化氫，為防止高溫硫化氫腐蝕，在筒體內(nèi)部堆焊2層，與筒體母材過(guò)渡層相接觸的為E309L，表層為E347，E309L+E347總厚度為6.5mm，其中E347最小有效厚度為3mm，反應(yīng)器內(nèi)襯筒材質(zhì)為S32168，反應(yīng)器的上下封頭均為半球形封頭，反應(yīng)器支撐結(jié)構(gòu)為群坐式，開口接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)為整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)。

懸浮床加氫裂化技術(shù)是煤、重質(zhì)、劣質(zhì)物料深度轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴原料適應(yīng)性非常強(qiáng)；⑵空筒反應(yīng)器、無(wú)特殊內(nèi)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；⑶轉(zhuǎn)化率高、輕質(zhì)油收率高、柴汽比高、氫耗低；⑷工藝簡(jiǎn)單、流程短、操作靈活；⑸催化劑和添加劑簡(jiǎn)單、廉價(jià)、添加方便、可連續(xù)和間斷添加。缺點(diǎn)是：⑴殘?jiān)诠I(yè)領(lǐng)域未得到推廣利用；⑵含固原料易使管道設(shè)備堵塞、結(jié)焦、磨損；⑶殘?jiān)饘?、揮發(fā)分組分高。

由于懸浮床反應(yīng)器是空筒結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)物料在反應(yīng)器內(nèi)充分反應(yīng)，必須在懸浮床反應(yīng)器中加入一定量的添加劑，在循環(huán)氫的作用下形成懸浮床層，保證物料“著床”后有足夠的反應(yīng)時(shí)間，保障煤粉和重質(zhì)油在氫氣的作用下充分反應(yīng)。在運(yùn)行過(guò)程中，由于添加劑和催化劑在床層返混過(guò)程中相互摩擦而變小，以及在高線速、大壓降的異常情況下，油氣流會(huì)攜帶一定的添加劑、催化劑而造成床層損耗。

為了維持床層料位的穩(wěn)定，需采用“細(xì)水長(zhǎng)流”進(jìn)行補(bǔ)充兩劑，使床層溫度保持穩(wěn)定，從而使氫氣、油煤漿和兩劑在穩(wěn)定的懸浮床中充分接觸而完成自由基裂解和自由基加氫的反應(yīng)，同時(shí)伴隨少量縮合反應(yīng)而形成膠質(zhì)的過(guò)程。其基本流程是在原料預(yù)混合罐內(nèi)將催化劑、添加劑與原料油、煤粉預(yù)先混合攪拌，制成漿料，再與氫氣一同進(jìn)入反應(yīng)器自下而上流動(dòng)，并進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)，催化劑懸浮于液相中，反應(yīng)產(chǎn)物攜帶催化劑和少量的添加劑一起從反應(yīng)器頂部隨著生成物流出，共同進(jìn)入懸浮床熱高壓分離器，對(duì)氣體和未反應(yīng)的原料、添加劑、催化劑進(jìn)行分離，氣體進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器至固定床系統(tǒng)，未反應(yīng)的殘?jiān)头磻?yīng)生成的瀝青稀、前瀝青稀及重質(zhì)油進(jìn)入減壓系統(tǒng)進(jìn)一步分離的過(guò)程。

（一）原料煤

煤直接液化工藝對(duì)煤種有一定的要求，選擇適宜直接液化的煤種應(yīng)考慮的原則如下：①以原料煤有機(jī)質(zhì)為基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率要高；②煤轉(zhuǎn)化為低分子產(chǎn)物的速度要快，可用達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)時(shí)間來(lái)衡量；③氫耗要少，可以用氫利用率（單位氫耗量獲得的液化油量）來(lái)衡量；④年輕的煙煤、褐煤；⑤揮發(fā)分（Vdaf）＞35%；⑥氫含量（Hdaf）＞5%、碳含量（Cdaf）82%～85%、氫/碳原子比愈高愈好，同時(shí)希望氧含量愈低愈好；⑦芳香度小于0.7；⑧活性組分大于80%；⑨灰分小于10%（干燥基），礦物質(zhì)中最好富含硫鐵礦。

（二）原料油

為了讓煤與重質(zhì)原料油之間存在協(xié)同效應(yīng)，重質(zhì)原料油一般要求（＞525℃）以上的組分在70%以上；重質(zhì)原料油中的Ni、V等金屬；S、N等雜原子在煤油共煉加氫體系中，對(duì)于煤的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是有益的，特別是Ni、Fe、S等對(duì)煤的液化是起催化作用的。

懸浮床加氫反應(yīng)器物料設(shè)計(jì)為氣液固三相，懸浮床反應(yīng)器在工業(yè)裝置中一般按照三臺(tái)或者兩臺(tái)串聯(lián)布置、低進(jìn)高出，反應(yīng)器內(nèi)床層處于完全反混狀態(tài)，氣液固三相充分混合，單程轉(zhuǎn)化一次通過(guò)。

原料油和原料煤經(jīng)過(guò)懸浮床高壓、臨氫反應(yīng)后，因原料油為重劣質(zhì)油含微量的金屬雜質(zhì)、原料煤里含6%～7%的灰分等金屬雜質(zhì)無(wú)法轉(zhuǎn)化，形成殘?jiān)?，?jīng)過(guò)熱高分和熱低分分離后，進(jìn)入減壓系統(tǒng)進(jìn)一步將殘?jiān)M分里的油組分進(jìn)行分離。

懸浮床加氫裂化裝置是由懸浮床反應(yīng)器部分、懸浮床高低壓分離部分、減壓部分、殘?jiān)尚筒糠帧⒐潭ù卜磻?yīng)部分、分餾部分、壓縮機(jī)部分組成。經(jīng)過(guò)懸浮床反應(yīng)后的產(chǎn)物，在高分內(nèi)將450℃以上的氣相組分進(jìn)入固定床進(jìn)行精制和裂化反應(yīng)得到輕質(zhì)油產(chǎn)品。懸浮床將86%的煤轉(zhuǎn)化為525+℃重質(zhì)油及瀝青稀和前瀝青稀組分，將94%的重油轉(zhuǎn)化為525+℃的重質(zhì)油。

（一）原料性質(zhì)的影響

如果原料油變輕（525℃）組分過(guò)低，煤和原料油的協(xié)同效應(yīng)就變差，輕組分原料油在反應(yīng)器內(nèi)迅速氣化，會(huì)破壞懸浮床反應(yīng)器床層，懸浮床反應(yīng)器床層壓降明顯會(huì)下降，反應(yīng)物停留時(shí)間減少，反應(yīng)深度降低。

（二）反應(yīng)溫度的影響

如果反應(yīng)溫度過(guò)高，會(huì)使反應(yīng)深度增加，干氣、殘?jiān)吭黾樱康漠a(chǎn)品減少；同時(shí)會(huì)發(fā)生“飛溫”現(xiàn)象。大氣相負(fù)荷會(huì)使床層物料攜帶量增加，床層破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致后路管路、設(shè)備磨損、泄漏、堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，影響裝置設(shè)備磨損、泄漏、堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，影響裝置的安全運(yùn)行。

延長(zhǎng)油煤共煉試驗(yàn)示范項(xiàng)目采用懸浮床反應(yīng)器技術(shù)，通過(guò)各類重質(zhì)油、劣質(zhì)油與煤共煉調(diào)試、分析論證，基本操作參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，部分實(shí)踐數(shù)據(jù)優(yōu)于設(shè)計(jì)，其轉(zhuǎn)化率、液收達(dá)到了試驗(yàn)示范的效果，并得到了國(guó)內(nèi)權(quán)威?專家的考核認(rèn)可。將為今后能源轉(zhuǎn)型、清潔生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了懸浮床加氫裂化技術(shù)在重油轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景。