作者:陈松
北京中星朗润能源有限公司特聘专家
近期，悬浮床加氢的火貌似烧起来，笔者参加并参与主持的世界重油大会也把这部分列为研讨交流的主题内容，这里浅谈一二。因为国内外对悬浮床的中英翻译不太统一，煤化工业内对涉及到炼油技术的一些内涵与定义也存在混淆，笔者发帖浅论一二。
广义的悬浮床包括沸腾床和浆态床，前者采用钼镍颗粒催化剂，后者采用铁系粉末催化剂。迄今我们将悬浮床分为三代: 第一代是采用微米级粉末铁系催化剂的浆态床，代表是德国维巴公司(国内VCC)，虽然其具有号称90%以上的减压重油转化率，但其15%以上的气体产率和10%以上的低值加氢油浆产率，使得其与产品液收78%左右的延迟焦化工艺并无太多优势。第二代是采用纳米级硫酸铁系催化剂的浆态床，代表是加拿大CanMet技术，国内神华的直接液化煤制油工艺与其有渊源，但依然存在铁催化剂活性低的问题。第三代则为分子级别钼系液体催化剂的分子均相悬浮床MCSH，在催化剂和反应工程上有了质的变化，尤其是反应器简化为空塔，无油浆、抗结焦使其固定资产投资及后期运营维保成本低。
在行业内的技术推广中(世界范围)，标配宣传的转化率是这样的：钼系沸腾床沥青重油(减渣)转化率～70%，铁系悬浮床沥青重油(减渣)转化率～90%。事实上，没有一套工业装置可以达到(但宣传是无恶意的，毕竟我们苦逼研究员们在实验室的实验确实是能达到的，而且也有工业装置为了嗨一把，运足内功射一把爽几天的情况也是可以干的)。沸腾床是世界上处理沥青重油最多的装置，但转化率一般控制在35%～55%。铁系悬浮床工业装置除了神华与延长在运行和努力开车中，国外的工业及工业示范装置几乎都被拆除和废置，但笔者估计，这两套装置的转化率能超过50%就很牛叉了（这也足以让领导们就烧高香了）。毕竟国内的工业原版实际上国外原版技术的缩水版，突出表现在将300公斤压力降低到220公斤压力以里，在理论上铁系催化剂的加氢平衡是不足以支撑的，除非强化超高温氢气气氛下热裂解。
有人问我，国内“王的女人”三聚环保已经推出了具有'自主知识产权'(估计延长已经哭晕在厕所了)的悬浮床技术，转化率高达90%以上，怎么看。首先，对这个90%笔者不予置评，90%的液收里有什么产品笔者也无法落实。果真如此高的转化率的话，反应操作温度必须要打鸡血(一般470℃)，除非采用更轻的原料甚至切除部分减渣的原料(这个可以有)。笔者认为粉末铁系悬浮床一直很“亚历山大”，高沥青转化的名声在外，这个屎盆子还不能不扣在自己头上(研发工程师为此不止一次地关起门很揍销售工程师屁股，美其名曰为后者拉出去的屎揩屁股)。其实，不瞒列位，这也是可行的，但没有超高压保驾护航还真有点肾虚。当然，用氢压换取悬浮床反应温度的降低，还有助于减少气体产率，也能把技术经济性做好看(但这时候就不要和我提减渣的进料了，谁提我和谁急，就好比皇上吃了丹药也架不住一群如狼似虎的宫女啊)。
谈到反应温度，笔者又要啰嗦一下。理论上，悬浮床加氢被定义到加氢裂化的范畴的原因和反应机理不是加氢催化，而是临氢气氛下热解，因此反应温度是十分重要的指标和参数。
无论是沸腾床还是悬浮床，反应温度都应该在410℃以上(VCC工艺高达470℃，沸腾床410℃～450℃)，否则不要说沥青质重渣油无法裂解轻质化，即便是减压馏份油(干点小于524℃的vacum gas oil)也不会有过高的转化率，仅作预加氢而已。中石化在金陵的5万吨沸腾床示范装置，由于在高温下的结焦和磨损，被迫无限期停运。国内的新启元作为民企，另辟蹊径，将其5万吨沸腾装置(含循环油可看作10万吨)的操作温度降到400℃以下操作，并加工切除了减渣的减压馏份混合油，也可加工蒽油，作为其后固定床装置的预加氢或预处理装置，虽可避免装闲置，但笔者估计在这个温度下其处理的混合油>360℃的常渣转化率也很难超过20%，其已经脱离了沸腾床工业化的本意和加氢裂化的范畴，如果仅作为可有可无的前置加氢预处理反应器配置，笔者的观点是还不如加一个体积更小的小固定床预加氢反应器(考虑挖潜技术改造，使其能处理更重的油，也许能让这个沸腾床更名至实归些，所以我们建议新的沸腾床反应器设计温度最好490℃，以便达到钼系最佳450℃的使用温度)。
无疑，相对采用铁系催化剂的悬浮床，沸腾床优点是其钼系催化剂活性高，反应温度较低，无塔底油浆，且气体产率相对较低 。但由于沸腾床高压在线更换催化剂和需要悬浮颗粒，沸腾床反应器复杂且需大比例内循环，反应受液固扩散控制，系统易于结焦。这也是分子均相技术在国外用于改造现有沸腾床所产生的需要和动力。
分子均相悬浮床催化技术的产生和在国外成为沥青质重油工业化主流方向的原因在于两个方面：一是企业经营行为对技术经济性的追求，二是工业化技术对简易与可靠性的追求。对于在国外为啥早已被淘汰第一代，问一个问题就可以搞定：你是愿意切出10%塔底沥青卖出并用固定床加工余下90%vs.先用悬浮床加工100%全馏份油然后再以更低的价钱卖掉10%的加氢塔底油浆。第二代依然铁系，主要用于煤油共炼和煤焦油加氢，高温状态铁催化的高气体产率依然是个制约经济性的问题。因此，用活性更好的钼基催化剂便成为分子均相催化技术的初衷，也成为分子均相催化对传统沸腾床改造解决结焦的主因，并因此成为分子均相悬浮床催化工业化应用的第一个层次。而第二个层次就是完全的摒弃沸腾床催化剂，简化工艺及反应器结构设计，用鼓泡反应器实现分子均相催化的独立工艺。
悬浮床所涉及的催化剂无论是钼系还是铁系，催化剂中都不含有象固定床加氢裂化催化剂配方里所含的分子筛裂解组分(这有点象伟哥，不能乱用，一方面在高硫高氮高沥青质的重油原料中会被毒死，另一方面调制不好催化剂甚至成为脱氢催化剂和结焦中心不)。因此，我们可以理解悬浮床所使用的催化剂仅仅是加氢的作用，但在高温下加氢平衡又被抑制，这就成为一对矛盾(如何解决，那就是我们这些苦逼研究员的责任，大家不用在此烧脑)。
啰嗦了这么多，我们是不是有点貌似恍然大悟，意识到悬浮床加氢必须要高温，否则就不能处理沥青质重油，否则一切就是耍流氓，我们留着眼泪跳动着小心脏等的全馏份加氢就…就…(就当友谊的小船翻了呗)。如果没有温度的前提，加氢裂化就无从谈起，重油轻质化与沥青质的转化就是缘木求鱼，悬浮床的功效和使用的目的也就被阉割了。
再一拍脑子，原来真要在悬浮床的操作工况下，才发现悬浮床催化剂所起到的更重要作用就是加氢稳定，那我们还要催化剂干嘛。列位，当然要了，既然要结焦，你总得找些篮子装这些焦炭，找些抹布擦灰吧。除非，除非…，你可能猜对了，除非就不让它结焦，于是就有挑战下限的、挑战上限的，各用其道，就看你想不想得明白(当然这要看你是喜欢和销售工程师喝酒畅聊还是能坐稳听技术工程师干谈清聊)。
这样，我们就容易理解悬浮床加氢过程催化剂的作用了：悬浮床催化剂的的目的一个是对稠环沥青质大分子加氢，另一个目的就是对临氢气氛高温热裂解产生的自由基迅速地饱和稳定；两者都依赖于催化剂的氢转移活性，但后者对于悬浮床的意义更重要，因为在高温下裂解产生的自由基极易碰撞成大分子变成更大的分子而结焦，而结焦是所有处理沥青质重油工业装置最头疼的问题，因为企业对生产装置的首要需求是稳定运行，这关系着企业效益。因此，悬浮床催化剂的加氢活性很重要，但其加氢催化效率与是否扩散控制就更重要。钼远比铁加氢活性要高，因此反应温度低(温度越低其结焦趋势和反应概率也减少)，产气也小，这也是沸腾床反应器结构复杂，依然成为主流悬浮床工业化主流的原因之一。
沸腾床采用的是固体颗粒催化剂，所有液固反应基本都属于扩散控制，而高温裂解产生的大分子自由基在碰撞到催化剂之前自行碰撞的话就会形成焦，而事实也是如此，这也是沸腾床对原料重度控制很在意的原因之一。为此，分子均相概念及其在此概念基础上开发的第三代悬浮床技术逐渐成为工业化方向的主流 。正是由于催化剂为液体，且活性中心是以分子形态高分散在原料油中，准确而言，所谓分子均相悬浮床里的这个'悬浮'的定义是应该加引号的，称为鼓泡加氢床更科学更准确。
由于分子均相悬浮床技术采用特殊的高活性液态分子催化剂，所以对设备的要求更低，操作成本和设备投资更低，操作更简单，维护保养更廉价，这也是国外悬浮床加氢技术及百万吨级工业化装置推广的方向的重要原因和动力。
加拿大M C S H分子均相悬浮床(针对煤焦油的为C T S H)的特征是采用高活性的钼基液体催化剂前体及活化引发剂(与LGO混合后活化后再高速分散到原料油中后在一超声波反应器中活化)。由于采用液态催化剂，因此分子均相悬浮床采用极简空塔加氢反应器，油溶性钼系催化剂前体分子水平分散在油中，没有固体颗粒。
这样也表现出反应和工程化上的优势。首先，在反应机理上，均相分散的分子催化活性点具有超高氢转移活性，沥青高温裂解出现的自由基会被迅速稳定而避免结焦；其次，在工程上，由于摈弃了固体颗粒或粉末催化剂，复杂的高温高压反应器变成了简单的空筒反应器，且无复杂的分离问题。反应器就是一个空筒(内构主要涉及氢气鼓泡分配筛板)。
按照北美炼油投资指数，10万吨的投资估计能控制在2亿左右，50万吨7亿左右。
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