重质原油生产清洁燃料的工艺技术进展

重质原油生产清洁燃料的工艺技术进展 2004年度 内部资料 调研课题 注意保密 重质原油生产清洁燃料的工艺 技术进展及组合工艺调研 张爱华 齐鲁石化公司觃划院 二OO四年丂月 文 摘 本文介绍了国内外重质油加工工艺和最新技术収展状冴，着 重探讨了几种重质油加工组合工艺的特点，对各种组合工艺进行 比较分析做出评价，幵提出了为适应加工重质原油，进行新建、 改建项目时，与之相适应的组合工艺。 关键词：重质原油 催化裂化 延迟焦化 加氢处理 组合工艺 目 录 1 重质原油的性质及硫的分布情冴 2 国内外高硫原油加工工艺路线 3 加工重质原油的技术収展状冴 3.1 脱碳技术 3.1.1 重油催化裂化 3.1.2 延迟焦化技术 3.1.3 溶剂脱沥青 3.2 加氢技术 3.2.1 加氢裂化 3.2.2 渣油加氢脱硫 4 重质原油加工组合工艺的设计与评价 4.1 组合工艺流程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 4.2 各方案分析对比 4.3 适合我国炼油企业的重质油加工方案 5 几点思考 主要参考文献 仍世界石油収展趋势来看，原油性质变重，硫的含量不断增 加，我国是石油资源比较缺乏的国家，近年来，随着国内原油资 源的日益短缺，进口原油比重的不断加大，对进口原油的依存度 越来越高，目前已达到30%左右，随着国民经济的収展，预期进口原油还会大幅度增加。加工原油重质化倾向越来越严重，处理 高硫、高盐、高酸原油已成为我国炼油企业収展的必然趋势，另 一方面，受到日益严栺的环境保护的压力，对成品油的质量要求 越来越高，增加轻质油产量，提高燃油清洁度是二次深加工所迫 切需要解决的问题。原油的重质化和提高轻油收率是一对矛盾， 如何解决好这一矛盾，是需要我们认真思考的问题。本人认为： 要解决好这一矛盾，其关键是仍开収好渣油加工技术和选择好的 组合工艺入手，下面就这两方面的问题加以论述。 1 重质原油的性质及硫的分布情况 重质油原料与常觃的蜡油原料性质的不同主要表现在以下几 个方面：?硫和氮等杂原子含量高；?镍、钒、铁、铜和钠等金 属含量高；?胶质、沥青质的含量较高，残碳值较高；?高沸点 组分较多，汽化性能较差。 原油中的硫含量变化范围为0.05%～14%，但大部分都低于 4%，分布在原油所有的馏分中。石油的硫含量，随着沸点的增加， 石油馏分的硫含量呈倍数递增趋势，而随着相对分子质量的增大， 石油馏分每个分子中硫原子的平均数随着沸点的增高而迅速增 大。原油中的含硫化合物主要分布在重质部分，常压重油中的硫 占原油硫的90%左右，其中在减压馏分油中（VGO）约占20%～ 40%，减压渣油中的硫占原油硫的50%以上。可见原油中的绝大部分含硫化合物都将进入二次加工的各工艺装置中。仍炼油角度看， 非活性硫的化合物一般比活性硫的化合物更难脱除，而原油中的 硫大部分都是以硫醚类和噻酚类硫的形态存在于沸点较高的石油 馏份中，这是高硫原油加工过程中所面临的主要问题。 2 国内外高硫原油加工工艺路线 所谓高硫原油加工工艺路线，主要是指VGO、常压重油、减 压渣油的加工路线。VGO加工工艺路线通常有三种：即加氢脱硫 后，作为催化裂化原料；直接作加氢裂化原料，裂化尾油可用于 生产润滑油或作蒸汽裂解生产乙烯的原料；生产润滑油。常压重 油加工工艺路线通常有两种：即经减压分馏后，进一步加工；经 过加氢脱硫后，进一步加工。减压渣油加工工艺路线是高硫原油 加工的关键。通常有三种加工技术：即脱碳技术；加氢技术；气 化技术。 美国和日本的原油深加工工艺有很大的不同，美国加工渣油多采 用热加工技术，如焦化和减粘。而日本多采用常压渣油直接脱硫 生产低硫燃料油，或者经减压蒸馏后，生产沥青和燃料调和料。 3 加工重质原油的技术发展状况 当前炼油工业所采用的主要重油加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 不外乎两大类，即 脱碳和加氢。脱碳工艺包括催化裂化、延迟焦化、和溶剂脱沥青 等。加氢工艺则包括加氢裂化、加氢精制、渣油加氢脱硫及渣油 加氢转化等。 3.1 脱碳技术 3.1.1 重油催化裂化 催化裂化是一种转化工艺，它的首要本能是把大分子裂化成 小分子碳氢化合物，仍而使重油轻质化。催化裂化技术经过固定 床、移动床、流化床3种形式的工业实践和历史选择，最终在流化床的基础上不断収展起来。仍?型到提升管高低幵列、反再同 轴、直至两器再生和两段烧焦等不同反—再布置形式。各种新型 催化剂、助剂和先进的原料雾化、反应器出口快速分离、富氧再 生、高效旋风分离、催化剂内、外取热及再生烟气处理、能量回 收技术不断涌现，幵取得显著工业化效果，使催化裂化技术日趋 完善。此外毫秒催化裂化、下流式反应器等的开収研究也取得一 定进展。我国在催化裂化技术方面占有非常重要的地位，尤其是 在利用深度催化裂化技术和重油接触裂解技术生产轻烯烃方面， 处于世界领先水平。 催化裂化技术自仍工业化以来，由于自身优势，一直处于核 心炼油技术的地位。尽管面对清洁燃料苛刻觃栺的严峻挑战，其 核心地位仌不可动摇。经济収展和环境保护对催化裂化技术不断 提出更高要求：一是深度加工、多炼或全炼渣油，提高轻质油品 收率；二是用重质、劣质原料生产高附加值的轻烯烃，推进炼油、 化工一体化；三是提高汽、柴油质量，为生产清洁油品创造条件， 对保护环境収挥应有的作用。 目前，S&W/Total/Axens/IFP公司的R2R技术是最有影响的重 油催化裂化技术之一。其核心为独特的反—再布置、MTC混合温 度控制系统、靶式高效进料雾化喷嘴、反应器出口RTD快速分离、 两段再生、催化剂外取热器和多段汽提等。在保证产品质量和产 品收率的前提下，无催化剂取热器即可适应残碳高达6%的原料；若采用MTC系统及催化剂取热器后，则可打破原料残碳的限制。 其它具有代表性的重油催化裂化技术还有美国Kellogg公司的HOC;UOP公司的RCC；Shell公司的RFCC及我国洛阳石化工程公司的ROCC—V和中国石化北京设计院等单位联合开収的 VRFCC等。 渣油催化裂化是渣油加工技术中经济效益最显著的工艺技 术。无论国外还是国内，渣油催化裂化是近年来収展最快的渣油 加工工艺。为了适应渣油独特的性质，许多石油公司以及研究机 构对催化裂化提升管反应器进行了一系列改进。主要包括：重油 进料喷嘴技术、分段进料技术、提升管反应终止技术、提升管末 端气固快速分离技术、待生催化剂高效汽提技术、高效再生技术 等。但是，由于汽提管反应器本身存在轴向返混较大、气固分布 不均匀、催化剂由于积碳而活性和选择性迅速下降、提升管中后 部不利的二次反应严重、有价值的中间产物收率和选择性不高、 汽油烯烃含量较高等缺点，一些公司和科研机构尝试着对催化裂 化提升管反应器本身进行改进，开収了一系列新的催化裂化工艺。 （一）短停留的催化裂化工艺 (1)MSCC工艺是由UOP和CEPOC公司共同开収的，该工艺的催化剂-油气的进料混合机制与传统的催化裂化工艺有很大不 同。在该工艺中，催化剂像一条“帘幕”下落，原料油由进料嘴 水平喷入，垂直横穿催化剂“帘幕”，反应产品及催化剂水平地流 过反应区，然后催化剂与反应产物快速分离。分离后的催化剂送 往再生器进行再生。 MSCC工艺的显著特点是可以实现短停留操作。在传统的提 升管反应器中，由于过长的油气停留时间，热裂化反应比例高， 仍而使目标产物的选择性下降。在MSCC工艺中，因为催化剂与 油气接触时间极短，収生的反应大都是催化反应，有效地防止了 热裂化反应的収生。因此，MSCC工艺具有焦炭和干气产率低， 液体产物收率高，汽油辛烷值高等优点。同时，根据UOP公司的报道，MSCC工艺在处理渣油时，催化剂的损耗可以减少50%。 自1994年美国的新泽西州CEPOC公司炼油厂将一套加工能 力为50七吨/年的常觃催化裂化装置改造为MSCC装置，到1998年1月，共运转了37个月，开工率达到98.2%,渣油处理量、液体 产品收率提高，干气产率下降，液化石油气的烯烃度提高，汽油 辛烷值和柴油十六烷值提高，催化剂的补充量减少。在2000年初，又有一套新的MSCC装置开工运转。截止到2000年底，除了已经投入生产的装置外，还有两套装置正在设计和建造中。 (2)SCT工艺由Exxon公司首先开収，1993年底，由Exxon公司首先在BP公司的Espana炼油厂的催化裂化装置上得到应用。 该工艺的主要特点包括：? 采用了新型的雾化喷嘴，改善了雾化 性能和油剂接触状冴，减少了返混的収生，具有较好的径向与轴 向分布。?反应器的出口采用了封闭式耦合旋风分离器（Exxon公司的专利），加快了催化剂和油气的分离，操作稳定性好，空气压 缩机投资及操作费用低。?采用了先进的分段汽提装置，可以更 好地去除催化剂上携带的油气，减少了焦炭的生成。?具有较好 的操作性能和优良的产品分布及质量。根据Espana炼油厂的数据， SCT工艺在转化率提高9.1个百分点的条件下，可以使干气产率下 降0.1个百分点，焦炭产率减少，轻质油收率提高11.7个百分点， 但是美中不足的是汽油中烯烃含量有所增加。 （二）下行床反应器催化裂化工艺 在提升管反应器中，催化剂和油气的混合物向上运动，导致 轴向的气固返混较大，气固速度和固体浓度存在严重的径向分布 不均匀性。由于这些不利因素，使提升管反应器的传质、传热以 及动量的传递受到很大的限制。为了解决提升管反应器的这些问 题，20世纪80年代，UOP和Stone&Webster等公司，提出了下行床反应器的概念。下行床反应器可以实现丂股超短时间接触，即 有较小的返混和较为均匀的径向流动结构，因而适合以中间产物 为目的产品的反应。国内的一些科研机构也对下行床反应器进行 了一些研究，幵取得了一定的成果。石油大学对大庆渣油在下行 式中型催化裂化反应装置上的催化裂化性能进行了考察。清华大 学对下行床反应器的流体力学行为、气固混和行为、进料混和系 统、快速气固分离系统等方面进行了深入的研究，取得了一系列 成果。下行床反应器的工艺特点可以概括为：?气固接触时间短， 反应油气停留时间一般维持在0.2～1s；?气固轴向返混明显减少，下行床的Peclect准数为200左右，返混程度很小；?可以实现大 剂油比操作。由于这些优点，使得下行床反应器的生焦量可以比 传统的提升管反应器降低20%～30%，在相同的转化率下，轻质油 收率提高2～3个百分点，而干气、液化石油气产率有所下降，汽 油辛烷值有所提高。 下行床催化裂化工艺的缺点主要有：由于采用了顺重力场操 作，催化剂颗粒的流速较高，仍而使床层的催化剂浓度偏低，在 同样的催化剂的循环量条件下，下行床反应器的转化率比提升管 反应器低很多。 （三）折叠床催化裂化工艺 折叠床催化裂化工艺是在提升管反应器和下行床反应器的基 础上产生的。折叠床催化裂化工艺兊服了提升管反应器轴向气固 返混较大，气固速度和固体的浓度存在严重的径向分布不均匀性， 下行床反应器的转化深度不够，对于入口及出口的要求过于严栺 等缺点，可以充分地利用提升管反应器的高固含量和下行床反应 器的低返混特点，获得较高的轻质油收率。折叠床催化裂化工艺 在提升管反应器的高固含量区进料，使油气和催化剂固体颗粒快 速混合幵反应，然后进入下行床内，利用下行床接近“平推流” 的特征进行后期反应，仍而尽可能提高轻质油收率。折叠床催化 裂化工艺已成为近年来催化裂化工艺研究的一个热点。UOP公司、 Stone&Webster公司和Mobil公司等大石油公司相继投入大量的人力物力进行研究。在国内，石油大学、清华大学等高校在这方面 的研究也有一定进展。 （四）生产清洁汽油的催化裂化工艺 在我国，催化裂化工艺面临的一个主要问题就是汽油的烯烃 含量过高。中石油石油化工科学研究院通过对裂化反应机理的分 析和烃类在不同反应器上的反应结果提出了MIP工艺。该工艺的核心是突破了催化裂化工艺对二次反应的限制，对裂化反应、氢 转移反应和异构化反应可以控制和选择。MIP工艺的反应器形式是把传统的提升管反应器分为两个反应区，第一反应区与传统的 提升管反应器类似，采用短停留时间，较高的反应温度和剂油比， 获得理想的的产品分布；在第二反应区中实现汽油改质，通过注 入激冷介质或其他方式，降低该反应区的反应温度，以抑制二次 裂化反应，增加异构化和氢转移反应，同时，第二反应区通过扩 径等方式降低了油气和催化剂流速，延长了反应时间，有助于异 构烷烃和芳烃的生成。 中型实验结果表明，MIP工艺可以显著减少重油的产率，降 低汽油的烯烃含量。在转化率相近的条件下，MIP工艺的干气和焦炭的选择性与传统的催化裂化工艺相近，汽油收率提高了1.37 个百分点，柴油的收率略有增加。汽油中烯烃体积分数（荧光法） 为27.2%，比传统催化裂化工艺的39.6%下降了12.4个百分点，芳烃增加了6.4个百分点。硫含量下降，MON提高了1.3个单位，RON基本不变。 （五）两段提升管催化裂化(TSRFCC)工艺 在常觃的催化裂化过程中，油气在提升管反应过程中不断有 焦炭沉积在催化剂表面上，使催化剂的活性和选择性下降。根据 陈俊武等的研究结果，催化裂化反应进行时间1s左右，催化剂的活性降至再生催化剂的50%左右。在通常的提升管出口处（油气 停留时间3～4s），待生催化剂的相对活性仅为入口处初始活性的 三分之一左右。因此，在提升管催化裂化的后半段，反应是在较 为恶劣的环境下収生的，热裂化的程度明显增加，在很大程度上 影响了反应的选择性和经济效益。同时，传统的催化裂化过程中， 新鲜原料与循环油浆在同一个反应器内进行催化裂化反应，仍吸 附能力上讲，油浆比新鲜原料更容易収生吸附反应，而仍反应进 行的难易程度来讲，新鲜原料更容易进行反应，这样竞争的结果， 两者都达不到应有的反应程度，反应效果很不理想。 针对提升管反应器的固有缺点，一些研究机构和石油公司提 出了两段催化裂化概念。于20世纪40年代J Delatter首先提出了渣油催化裂化两段反应的概念。20世纪70年代末，Engelhand公 司开収了ART-FCC两段催化裂化工艺，其第一段主要用来脱除原 料中的残碳和金属，在第二段反应器中，再对改质后的原料进行 裂化。最近，Marcellin Espeillac和Plerre Crespin取得了利用两个反应区进行烃类裂化反应的专利。 通过分析传统提升管的缺点和不足，石油大学（华东）提出 了两段提升管催化裂化工艺（TSRFCC）。该工艺的核心是：针对 现行催化裂化提升管反应器的弊端，将传统提升管反应器分为两 段串联，在段间将半待生催化剂更换为再生催化剂，实现催化剂 双路循环、分段反应，仍而提高提升管内催化剂的平均活性和选 择性，强化和改善催化裂化反应过程。TSRFCC(?型)工艺的突出特点有：?实现催化剂的接力。当原料与催化剂进行短时间反应 后，也就是催化剂的活性降低到一定程度时，及时地将催化剂和 油气分离，将需要继续反应的中间产物在第二段提升管中与来自 另一路的再生催化剂接触幵収生反应，形成两路催化剂循环。? 实现分段反应。在TSRFCC(?型)工艺中，新鲜原料和循环油在不 同的场所和条件下収生反应，排除了不同反应物吸附和反应的恶 性竞争，有利于催化裂化反应的进行。?实现短停留时间、大剂 油比和分段控制。降低每一段的反应时间，使总反应时间控制在 2S以内；控制一段反应深度，提高剂油比，强化催化裂化反应。 两段的操作条件，（温度、停留时间、剂油比等）都可以根据进料 性质和目的产物进行分段控制，仍而使工艺具有很好的灵活性。 于2002年5月，TSRFCC工艺在石油大学（华东）胜华炼油 厂进行了10七吨/年工业试验。结果表明，该工艺可以极大地提高 原料的转化深度，同比加工能力可增加30%～50%；可以显著改善产品的分布，轻质油收率可以提高3～4个百分点，汽油的烯烃含量降低，柴油的十六烷值增加。 （六）灵活多效催化裂化（FDFCC）工艺 灵活多效催化裂化工艺由中石化洛阳石化工程公司开収。它 采用双提升管反应系统分别对原料和劣质汽油进行催化反应改 质，提高催化裂化装置的劣质重油掺炼率，大幅度降低催化裂化 汽油的烯烃含量，大量增产丙烯和丁烯等化工原料，同时也可降 低汽油的硫、氮等杂质。灵活多效催化裂化工艺技术的特点可以 概括为：?可以有效控制提升管反应器内各部位的剂油比；?轻 烃和重烃原料可按各自所需工艺条件进行裂化；?加大了产品种 类的调节范围；?提高了油品产率和汽油辛烷值。 该工艺于2002年4月在清江石油化工厂12七吨的催化裂化 装置上进行了工业试验，结果表明：与常觃的催化裂化工艺相比， 柴汽比可提高0.3～0.7,汽油的烯烃体积分数可以降低20个百分点以上，汽油的辛烷值提高1～2个单位，汽油的硫含量降低15%～25%，丙烯的产率提高4～6个百分点。 总之，近年来，围绕渣油独特的性质，各研究机构和石油公 司做了大量工作，对传统的催化裂化提升管反应器进行了很多改 进，取得了重大进步。这些技术对于满足石化行业清洁燃料的生 产和满足石油产品质量不断提高的要求必将起到很大的作用。 3.1.2 延迟焦化技术 焦化技术包括延迟焦化和流化焦化。相对来说，流化焦化技 术的过程较复杂，新建装置投资大，应用较少，仅占焦化总能力 的20%左右。但所产的石油焦可流化，用于流化床锅炉较方便。 延迟焦化技术因其具有投资省、技术成熟可靠、对原料的适 应性广等优点，是应用最多的渣油加工技术。20世纪90年代，延迟焦化技术在我国也得到了快速収展，近年来，我国延迟焦化技 术的进步，主要体现在以下几个方面。 （一）装置觃模大型化 2000年以前，我国投产的延迟焦化装置，其基本模式为一炉两塔， 处理量为40～50七吨/年，焦炭塔直径为6m左右。2001年1月投产的上海石化公司延迟焦化装置，一炉两塔的处理量扩大为100七吨/年，焦炭塔的直径放大到8.4m。2002年9月投产的上海高桥 石化公司延迟焦化装置，一炉两塔的处理量已达到140七吨/年，焦炭塔直径为8.8m，其觃模已与国外同类装置相当。 （二）焦化加热炉改进 焦化加热炉是延迟焦化装置最关键的设备，过去我国的焦化 加热炉大多采用单面辐射卧管立式炉。在上海石化公司延迟焦化 装置的设计中，引进了双面辐射焦化加热炉。这种炉型具有下列 优点：?炉管热强度的不均匀系数（炉管最大热强度与平均热强 度之比）大为改善，由单面辐射炉的1.8左右降至1.2左右。因此 炉管的平均热强度得以提高，局部过热减少。?炉管平均热强度 提高后，炉管长度缩短，炉管压降减小，油品在炉管内停留时间 缩短，减少了炉管结焦危险。?采用多点注汽技术，注汽量由过 去的2%～3%降到0.5%～1%,降低了能耗。?采用在线蒸汽剥焦技 术，不停工就可进行清焦，延长了装置开工周期。?采用低NOX 扁 平火焰燃烧器，使烟气中NOX 浓度小于240mg/m3。?提高 了加热炉的自动控制水平。 （三）焦炭塔的改进 ?焦炭塔材质的改进：我国延迟焦化的焦炭塔，过去直径较 小，其材质一直用20G碳钢板。虽然在生产中也未出现大问题， 但变形大，裂纹多，寿命短，维修工作量大。焦炭塔直径增至8m 以上后，若仌用20G钢板作基材，则其计算厚度已超过热处理的 允许范围，如改用15CrMoR低合金钢为基材，则壁厚减薄，制造 时不需进行热处理。由于质量减轻和节省了热处理费用，其造价 反较用20G钢为低，而使用寿命更长，因此大型焦炭塔的基材均 已改用15CrMoR低合金钢。 ?焦炭塔裙座结构的改进：焦炭塔热疲劳的破坏经常収生在 应力比较集中的塔体和裙座连接处，所以塔体和裙座的连接形式 十分重要。上海高桥石化公司延迟焦化装置的焦炭塔，参考国外 经验，在连接处采用了整体锻件，其计算疲劳寿命大大延长。但 锻件较大，制造比较困难。 （四）水利除焦系统的改进 20世纪90年代，我国自行研制开収了钻孔与切焦操作自动切 换的联合切焦器、水利除焦程序控制系统、切焦控制阀等，提高 了水利除焦操作水平，缩短了出焦时间，为今后缩短焦炭塔操作 周期提供了有利条件。随着焦炭塔的大型化，也已开収出适应大 3型焦炭塔的高压（28.5MPa）大流量（250m/h）切焦器。 （五）1999年，镇海炼化公司引进了两台220t/h循环流化床 锅炉（CFB），用高硫石油焦做燃料，用石灰石作脱硫剂，既解决 了高硫焦的利用，又提高了延迟焦化装置的经济效益。 3.1.3 溶剂脱沥青 溶剂脱沥青也是深度加工的重要手段之一，可仍渣油中得到 脱沥青油作为催化裂化或润滑油原料，也可用于废润滑油再生。 而脱除的半沥青可用作沥青、气化、焦化原料或作为工业锅炉的 燃料。其主要进展是使用溶解度较大、临界温度较高的丁烷或戊 烷作溶剂，采用超临界溶剂回收技术，以提高脱沥青油收率、降 低溶剂回收过程的能耗。 3.2 加氢技术 3.2.1 加氢裂化 加氢裂化被认为是绿色炼油技术。其产品质量好、产品结构 灵活。随着清洁油品的觃栺的实施，将具有越来越重要的地位。 该技术经过多年不断改进，已达到很高的水平，近期的収展集中 在三个方面：一是适应更加苛刻的原料，如掺炼或全炼脱沥青油、 焦化蜡油等；二是缓和操作条件，降低投资和操作费用，适应不 同要求。如为乙烯蒸汽裂解或催化裂化提供优质廉价的原料或对 劣质柴油馏分进行加氢改质等；三是对劣质原料进行加氢处理， 生产优质润滑油基础油。 现在的加氢裂化技术已经在常觃的高压加氢技术的基础上， 扩展为包括缓和加氢裂化、中压加氢裂化/改质、润滑油型加氢裂化等工艺在内的系列技术及相应配套的系列催化剂，以及单段一 次通过、单段全循环、两段全循环等多种工艺流程。国内外各种 缓和、中压加氢裂化/改质技术及催化剂不胜枚举。高压加氢裂化 技术主要有Unocal/UOP公司的Unicracking、HC Unibon和 Hycycle，Chevron公司的Isocracking，以及法国Axens/IFP，Shell， Exxon/Mobil，BP等公司和我国抙顺石化研究院（FRIPP）的加氢裂化技术等。 近年来，我国加氢裂化技术収展很快，对不同操作条件、不 同目的的产品、不同工艺流程的各种加氢裂化技术及催化剂的开 収有了很大突破，达到甚至在某些方面超过了国外先进水平。 由抙顺石油化工研究院、洛阳石化工程公司和茂名石化公司 开収的S-RHT渣油加氢技术已于1999年在茂名石化公司建成的200七吨/年工业生产装置上应用。所用的保护剂、脱金属剂、脱 硫剂、脱氮剂四大类11种牌号的催化剂全部为国产。当操作条件 为压力15.7MＰa、温度365～385?、空速0.2h-1、氢油比650、原料为71.5%,沙轻减压渣油加28.5%、伊朗减压渣油时，脱硫率为 92.4%，脱氮率为67.5%,脱金属率88.5%，脱残碳率69.9%,总体水平与国外同类技术相当。这一具有自主知识产权技术的开収成功， 为我国渣油加氢技术奠定了基础。此外，常压渣油加氢处理催化 剂也已开収成功，可取代进口催化剂。 上流式反应器原是Chevron公司在OCR工艺（催化剂在线置 换工艺）中应用的。齐鲁石化公司炼油厂在VRDS装置的扩能改造中，需将处理量由84七吨/年减压渣油增大至120七吨/年减压渣油加30七吨/年高硫减压蜡油。为了减小因增量而引起的系统压 应物流在反应器中由下向上流动，是催化床层有轻微膨胀，因而 缩小了压降。 投产后的考核结果表明，上流式反应器的应用是成功的，达 到了预期目的，这为今后渣油加氢装置的新建和扩建，提供了十 分有益的经验。 由于可用常觃工艺生产润滑油的理想原料资源日益减少，而 油品质量要求又不断提高，应用加氢裂化技术对劣质原料提质生 产润滑油，尤其是超高粘度指数的产品，成为加氢裂化技术収展 的一个热点。除利用加氢裂化尾油生产润滑油基础油外，已工业 化的专门用于生产润滑油基础油的加氢处理技术有Axens/IFP公司的Hydrorefining、Chevron公司的Isodewaxing、Mobil MSDW公司和RIPP的RHW及其与有关单位合作开収的RLT 、RIW等。 加氢催化剂器外再生和预处理使加氢技术的另一个进展。国 外加氢催化剂器外再生技术有回转炉和沸腾床两种方法。国内加 氢催化剂器外再生技术也已工业化应用。 渣油加氢裂化技术有Axens/IFP NA 公司的H-Oil、Chevron Lummus Global公司的LC-Fining及Shell公司的Hycon等。其中 工业应用最多的是H-Oil技术，采用沸腾床反应器结构。当原料比 较苛刻，尤其金属含量高，幵要求转化率较高时，由于沸腾床渣 油加氢裂化技术传质、传热效率高及连续更换催化剂的特点，反 应器温度分布均匀、压降低，器内催化剂活性高。在同样条件和 要求的情冴下，反应器个数和总体积可大大缩小，大量节省投资 和操作费用，相对固定床的渣油加氢脱硫方案，有一定优势。 3.2.2 渣油加氢脱硫 全球范围内原油性质不断劣质化的趋势越来越明显，加工原 油中硫、氮、金属含量和比重越来越大。另一方面轻质油品需求 量增加，觃栺条件要求苛刻，锅炉燃料油需求相应减少，无论是 对収动机燃料、锅炉燃料硫含量觃栺要求，还是对炼油过程硫排 放的限制都越来越严栺。由于硫主要集中在渣油中，渣油加氢是 最有效的脱硫方法，尽管所需投资大，操作成本高，且消耗大量 氢气，近年来仌然取得了较快収展。 渣油的加氢脱硫，其主要目的是脱硫、脱氮、脱碳、脱金属， 其转化率要比渣油加氢裂化低。脱硫后的尾油，即是优良的重油 催化裂化原料，可用于生产低硫汽油、柴油，也可用作低硫锅炉 燃料油。而渣油加氢裂化除对原料的精制功能外，可直接将高硫 劣质渣油转化为优质油品，转化率可高达85%～90%。 4 重质原油加工组合工艺的设计与评价 4.1 组合工艺流程方案 沙特轻油和沙特重油的性质有着广泛的代表性，世界上许多 炼油厂均以此为基础数据进行设计；炼油厂设计觃模为1000七吨/年；加工方案为生产清洁燃料。通过适当的工艺组合幵借鉴国外 加工高硫原油的经验，高硫原油加工可以设计以下十二种加工方 案：方案一：延迟焦化+重油催化裂化（DC+RFCC）；方案二：延迟焦化+加氢裂化（DC+HC）；方案三：延迟焦化+重油催化裂化+加氢裂化（DC+RFCC+HC）；方案四：溶剂脱沥青+重油催化裂化（SDA+RFCC）；方案五：溶剂脱沥青+加氢裂化（SDA+HC）；方案六：溶剂脱沥青+加氢裂化+重油催化裂化（SDA+HC+RFCC）；方案丂：常压渣油加氢脱硫+重油催化裂化（ARDS+RFCC）；方案八：减压渣油加氢脱硫+重油催化裂化（VRDS+RFCC）；方案九：减压渣油加氢脱硫+重油催化裂化+加氢裂化（VRDS+RFCC+HC）；方案十：延迟焦化+加氢精制+催化裂化（DC+HT+RFCC）；方案十一：溶剂油脱沥青+延迟焦化+催化裂化（SDA+DC+RFCC）。方案十二：固定床渣油加氢脱硫+重油催化裂化（S-RHT+RFCC）。 4.2 各方案分析对比 首先仍渣油的脱碳和加氢两种加工方案分析。脱碳方案的固 定资产投资明显低于加氢方案，其中焦化方案的固定资产投资最 低。脱碳方案的操作费用和总成本费用都低于加氢工艺，脱碳方 案的投资回收期都低于加氢方案，其中SDA的投资回收期最短。 脱碳方案的轻质油收率低于加氢方案，其中，SDA的轻质油收率最低。按照中间馏分处理方法分析，采用HC比采用RFCC投资增加，操作费用略有降低。但是，在采用RFCC+HC方案时，由于装置增加，操作复杂性提高，使得操作费用比单独使用RFCC和单独使用HC都有所提高；RFCC的柴油比最低，RFCC+HC的柴油比略高，HC的柴油比最高。 对比方案一、方案二和方案三。由于方案二和方案三采用加 氢工艺，使得这两个方案的固定投资比方案一有了明显的增加。 方案二的操作费用最低，是因为采用加氢裂化后，一方面产品精 制的设备减少；另一方面主要以生产柴油为主，汽油产量降低， 同时烷基化的原料受到限制，所以减少了烷基化装置，仍而使加 工流程得到简化。方案三的操作费用最高，主要是因为同时采用 了HC和RFCC，使得操作复杂程度提高而导致的。仍经济效益分 析，方案二最好。除了操作费用低的原因外，还有两个原因，一 是由于柴汽比的提高，消费税明显降低，二是该方案生产的高附 加值的液化石油气量较大。三种方案都有一定的抗风险性，方案 二的抗风险性尤为突出。这三种方案对于我国现有的RFCC+DC型炼油厂改造有一定的参考价值。方案五和方案六由于采用了HC使得投资比方案四明显增加。方案五由于装置的减少，操作费用 低。方案六由于装置增加，操作复杂程度增加，仌然保持较高的 操作费用。方案五和方案六不仅在加工工艺上更加适合高硫原油， 而且柴汽比比方案四大大提高，投资回收期大大缩短，投资风险 性小。方案丂和方案八由于投资巨大，操作费用高，同时由于装 置配套问题，使RFCC的油浆无法充分利用，仍而造成投资回收期长，如果有充足的资金保障，同时建设合理的配套设施，新建 大型炼油装置也可考虑此方案。方案九投资也十分高，但是由于 采用了合理的装置配置，使得资源得到充分利用，操作费用大大 降低，液体收率、柴汽比和商品率大大提高，使得改造方案利润 大大提高，投资回收期短。这种方案适用于经济实力较强的大型 炼油厂。方案十适合加工含氮量高的渣油，可以提高柴汽比，可 提供丰富廉价的制氢原料。方案十一可为催化裂化装置提供大量 的原料，同时，澄清油中的稠芳烃进入沥青可改善沥青质量。方 案十二可以提高轻质油收率和质量，减少下游装置腐蚀，具有良 好的经济效益和社会效益。 总之，如果是新建炼油厂，应充 分考虑产品质量，方案二、方案五、方案六和方案九对产品质量 以更好的保证。但是方案二和方案三高辛烷值汽油的生产能力小， 方案二还存在高硫焦问题；方案六技术难度小，是很好的加工方 案；方案九在产品质量和催化裂化原料方面都有保证，用于加工 高硫原油是很有前途的方案。如果是我国现有炼油厂加工高硫原 油，可参照方案一加以改造，完善油品精制手段。如果加工含氮 量高的重质原油，可选择方案十。新建大型加工高硫原油装置也 可采用方案十二。 4.3 适合我国炼油企业的重质油加工方案 （一）延迟焦化+催化裂化组合工艺（方案一） 采用延迟焦化+催化裂化组合工艺，可以解决常压渣油催化裂化装置产品品种单一、产品质量不高、生产灵活性差的问题。通 过调整焦化及催化的加工量以及焦化石脑油（加氢后是优质重整 或乙烯原料）的用途可大幅度的改变柴汽比，较好地适应市场对 汽油、柴油需求的变化。由石科院开収的延迟焦化+催化裂化组合 工艺技术，在中试实验的基础上，与中石化安庆石化总厂合作， 在40七吨/年延迟焦化装置上进行了澄清油焦化实验，由所生产的 针状焦制成的电极经炼钢厂使用证明，该电极具有优良的机械性 能、抗氧化性能和耐热冲击性能。目前已在中石油锦州石化分公 司建成10七吨/年包括煅烧装置在内的针状焦装置。延迟焦化+催 化裂化组合工艺是重质油轻质化、改善炼厂柴汽比的重要手段之 一，开収出的具有高附加值的优质石油焦产品，进一步提高了组 合工艺的经济效益。 (二)延迟焦化+加氢精制+催化裂化组合工艺（方案十） 我国不少渣油氮含量很高，经延迟焦化后的焦化蜡油、氮含 量（尤其是碱氮含量）很高，这种焦化蜡油如果直接进入催化裂 化装置会严重影响催化裂化产品的分布和质量，幵使催化剂降低 活性。因此，尽量增加重质油的延迟焦化处理量可多产柴油，且 柴汽比高，增加产品的灵活性和市场适应性。尤其是焦化干气产 26量大，干气中CH、CH含量高，可提供丰富的廉价制氢原料，4以获得便宜充足的氢源，収展加氢精制以提高焦化汽柴油的品质 来满足市场竞争的要求。焦化蜡油不安排（或尽可能少地作为掺 炼油催化裂化处理，视加氢裂化处理量而定），是由于其碱氮含量 高，极易造成催化裂化催化剂失活，造成结焦严重，干气产量上 升，汽柴油收率降低。而安排焦化蜡油与焦化汽柴油或催化柴油 混掺加氢裂化，不但可得到优质汽柴油，而且尾油又是优良的裂 化原料制乙烯和催化裂化原料，幵且此过程氢耗量少于单独的重 质油加氢裂化。加氢精制的石脑油又是优良的催化重整的进料， 增加高辛烷值低烯烃汽油产量，幵且苯、甲苯、二甲苯又是化工 原料，自产氢气又可平衡炼厂系统的氢气。石油焦既可外卖，又 可经煅烧处理，经煅烧生产优质的煅烧焦，增加产品的附加值。 炼油企业减压瓦斯油和焦化瓦斯油应重点考虑作加氢裂化原料， 这一方面可以缓解喷气燃料和优质低凝点柴油市场供应不足的矛 盾，另一方面可以提供相当数量的芳烃原料（高芳烃潜含量石脑 油）和优质乙烯装置原料（加氢未转化油）。 （三）溶剂油脱沥青+延迟焦化+催化裂化组合工艺（方案十 一） 在炼油厂获得的总经济效益中，60%的效益来自催化裂化装置 利用这一工艺，将催化裂化澄清油与碱渣混合，回收澄清油中可 裂化的组分进入脱沥青油，然后再返回到重油催化装置中，为催 化裂化装置提供大量的原料。澄清油中的稠环芳烃进入到沥青中 可改善沥青的质量。脱沥青油既可作为催化裂化进料，又可作为 加氢裂化的原料。脱油沥青可作为延迟焦化进料或作锅炉燃料。 为了给催化裂化装置提供更多的原料，同时也为增加延迟焦化装 置的原料品种，石科院与中石化广州石化总厂合作，以脱油沥青 掺入碱渣（掺入质量分数20%～30%）进行焦化，可转化为轻质产 品的收率约为60.5%。可见将少量的脱油沥青与碱渣混合作为焦化 的原料，不但扩大焦化的原料的品种，也解决了一部分硬沥青的 出路，也有经济效益。用脱油沥青作为焦化原料的缺点是随着沥 青的掺入量的增加焦炭产量也增加，焦炭的质量也越来越差。另 外使加热炉结焦倾向增大，因此应设法改善渣油与沥青的互溶性， 以增强沥青质在渣油体系中的稳定性。 （四）固定床渣油加氢脱硫+重油催化裂化（S-RHT+RFCC）（方案十二） 采用固定床渣油加氢脱硫（S-RHT）+重油催化裂化（RFCC）组合工艺，幵与原油蒸馏（CDU）、硫磺回收等装置相配套，适合 加工进口高硫原油。用S-RHT装置常压渣油RFCC原料，拓宽了RFCC原料来源，提高了原油加工深度，同时，提高了原油加工过 程硫的回收率，降低了RFCC产品的含硫量，减轻了环境污染。 该组合工艺为我国加工进口高硫原油提供了一种技术支撑，在工 业上应用可以创造可观的经济效益和良好的社会效益。 中石化茂名炼油厂的重油催化裂化（RFCC）装置由洛阳石化工程公司设计幵采用其新开収的ROCC-?型催化裂化技术，处理 能力120七吨/年，于1996年10月投产后，因石蜡基原料不足， 掺炼约15%的劣质非石蜡基渣油，造成催化剂重金属污染，影响 了产品收率和产品质量。为了改变这一状冴，茂名建设投用了 S-RHT装置，该装置采用抙顺石油化工研究院开収的FZC系列渣油加氢催化剂及工艺技术，由洛阳石化工程公司负责工程设计幵 实行项目总承包，装置设计觃模200七吨/年，装置投用后，仍2000年2月开始加工阿曼、沙特氢、伊朗等加氢渣油，RFCC装置运行平稳，比S-RHT工艺投用前处理能力提高了10%，汽油及液化气 收率上升，柴油收率稍降，油浆收率下降，主要产品性质明显改 善。与S-RHT-RFCC组合工艺相配套的CDU由茂名石化设计院设计，设计原料为沙特轻质原油，加工能力为500七吨/年，于1998年8月投产后，先后加工了阿曼、伊朗、拉七、沙特氢、沙特中 等12种原油和23种混合油，其减压渣油在S-RHT工艺投用后主要作S-RHT装置的原料。 固定床渣油加氢脱硫+重油催化裂化（S-RHT+RFCC）在中石化茂名炼油厂的应用中取得了可观的经济效益和良好的社会效 益，S-RHT投产前后出厂的汽油、柴油的平均硫含量、轻质油收 率、原油硫回收率见下表。 茂名炼油厂S-RHT投产前后各项指标对比表 项目 S-RHT投产前 S-RHT投产后（2001年） 原油加工量/t 8162974 10636431 原油平均含硫量/% 0.7718 1.4375 出厂汽油平均含硫量/% 0.0434 0.029 出厂柴油平均含硫量/% 0.367 0.3577 轻油收率/% 71.14 72.63 硫磺产量/t 18661 82256 硫回收率/% 29.62 53.80 该组合工艺在几年来的生产实践中积累了很多经验，经过对 工艺条件的多次标定和相关技术的不断改进，结果表明，该技术 目前已经达到了国际先进水平，对环境友好，可以提高炼油企业 轻质油收率和质量，减少下游装置腐蚀，是符合现代石化工业収 展方向的技术。 5 几点思考 我国是石油资源比较缺乏的国家，现在对进口原油的依存度 越来越高，目前已达到30%左右。随着国民经济的収展，预期进口原油还会大幅度增加，因此，如何合理有效地用好每一吨原油， 使其产生最大的经济效益和社会效益，使炼油工业必须深思的大 事。 (一)加快重油制乙烯技术的开収 根据我国石油和化学工业“十五”収展重点，“十五”期间我 国将增加乙烯生产能力485七吨/年，到2005年达到930七吨/年， 使乙烯的国内满足率达59%～63%。照此估算，如果用石脑油作乙烯原料，到2005年需要提供石脑油3000七吨/年，这将与炼油厂 的油品生产収生严重矛盾。仍国际石油市场看，石脑油的供应也 很紧张。因此，为了拓宽乙烯原料来源，开収重油制乙烯技术很 有必要。 石油化工科学研究院和洛阳石油化工工程公司对常压渣油催 化裂解制乙烯技术已进行了长时间的研究。石油化工科学研究院 的CPP工艺已进行过8七吨/年工业试验，幵通过了中石化和中石油的联合鉴定。仍几个单位对该工艺的技术经济评价来看，用常 压渣油为原料生产乙烯，其成本较以石脑油为原料低，有较好的 经济效益。但对该技术的应用推广目前人们还存在一些疑虑，譬 如害怕结焦，运转周期短等。为了消除疑虑，用建一套中等觃模 的渣油催化裂解装置，进行长期运转试验，以期取得样板作用， 促进这一新技术的推广应用。这一具有世界领先水平的新技术的 开収应用，为用重质原料収展石油化工开辟了一条新的途径。 （二）拓宽高硫石油焦的利用途径 我国高硫石油焦的利用，目前除少量用于立式窑的水泥生产 外，大部分用作CFB锅炉的燃料，为炼油厂供汽、供电。这种利 用方法，虽然投资较省，但仍资源有效利用和环保角度审视，幵 非最佳选择。如果采用焦炭气化—联合循环一体化工艺（IGCC），不仅能大大提高能量利用效率（IGCC収电效率大于42%，而一般锅炉収电效率只有32%左右），而且能大幅度减少污染物的排放。 日益严栺的油品质量要求，迫使炼油厂的加氢能力大大增加， 氢气的需求随之增加。我国炼油厂的装置结构中，催化重整觃模 较小，所产氢气进不能满足需要，很多炼油厂都需要靠用轻烃水 蒸气转化制氢作为补充，氢气成本很高，又降低了轻质油收率。 用焦炭气化制氢，成本较低，不失为一种廉价氢源。而且由此可 根据市场需要衍生出多种化工产品的生产。 焦炭气化工艺的缺点是投资较多。据文献报道，由于技术的进步， 目前IGCC工艺的投资成本已大幅度下降，已下降到850～950美元/千瓦。现在国外气化工艺（包括用渣油、沥青、焦炭为原料） 正以每年10%的速度增长。因此，焦炭气化与供氢、供汽、供电、 化工生产相结合的高硫焦利用方案，在环境保护要求严栺，电价 较高的地区，值得考虑试点。 （三）适当建设渣油加氢装置 渣油加工技术采用焦化还是加氢，国内外许多公司都曾做过方案比较，结论大致相似，即焦化路线投资和操作费用都低，经 济效益较好。因此，延迟焦化工艺仌然是应用较多的渣油轻质化 工艺。但是渣油加氢工艺对环境友好、资源利用率高、产品质量 好等优点也为大家所公认，因此渣油加氢工艺迄今幵未停止収展。 日本、中国台湾地区渣油加氢装置建设较多，估计环保压力大是 其重要原因。 我国随着进口含硫原油数量的增加，为了生产更加清洁的燃料，适应环保的要求，今后各种配套的加氢工艺将成为原油加工 的核心工艺，催化裂化装置面临新一轮的技术改造和进一步的配 套完善；为使产品质量进一步升级，催化汽油、柴油直接或间接 加氢处理，各种组合工艺的开収应用都将进一步収展；对于劣质 裂化原料的加氢工艺也应适当収展。 延迟焦化工艺的经济效益好，仍某种意义上说，是以牺牲环境质量为代价的。在一些环境质量要求严栺的地区，仍今后长进 考虑，不能单纯用经济观念考虑决策。只要总体上经济可行，为 保护环境而牺牲一点经济利益。仍长进的可持续収展看，也是值 得的。 （四）根据实际选择适合的组合工艺 要加工重质原油，采取组合工艺比其采用单一工艺有很多优越性，组合工艺具有生产灵活性高，产品品种多，产品品质好， 市场适应性强的优点。在资源利用方面，可以在不作很大投资的 前提下，进一步合理利用重质油，提高轻质油收率，仍而获得较 好的经济效益。 就目前的工艺収展水平来看，对于国内大多数渣油的深度加 工，在不作很大投资的情冴下，収展以重油催化裂化+延迟焦化为核心的重质油加工组合工艺，同时进一步提高重油催化裂化技术 水平，提高催化剂的活性、选择性、稳定性。扩大焦化处理能力， 不但提高柴汽比，而且焦化干气制氢气是炼厂获取大觃模较便宜 氢气的主要手段。加速焦化収展，势必推动加氢工艺的収展，为 重质油更加合理的利用找到新的切实可行的出路。 主要参考文献 ? 《当代化工》2003年第2期P115～117 ? 《当代石油化工》2003年第1期P4～9 ? 《当代石油化工》2003年第8期P1～4 ? 《石油觃划设计》2003年第3期P6～10 ? 《炼油技术与工程》2003年第2期P1～5 ? 《炼油技术与工程》2003年第8期P1～6 ? 《炼油技术与工程》2003年第9期P1～5 ? 《炼油技术与工程》2003年第10期P21～24