渣油加氫工藝的研究與應用

摘要：近年來，隨著我國國民經濟的迅猛增長、人們物質生活水平的極大提高及工業化進程的不斷深入，國內油品交易市場對于石化產品和車用燃油的需求呈現出空前的熱情，而與之形成鮮明對比的是國內原油供給不足的尷尬局面，為了保障工業生產及人們生活的正常需求，我國的原油大量依靠進口。在這種形勢下，渣油的回收再利用成為業界普遍關注的熱點問題，從組分構成我們可以看到：渣油中含有大量的硫、氮、重金屬等有害雜質，而以國內現有的煉油技術水平，為了使渣油達到催化裂化等二次加工工藝條件，并符合國家相關環保要求，渣油加氫工藝是處理渣油最有效的工藝方案，其能夠較為徹底的祛除渣油中硫、氮及殘炭等雜質對環境的污染。本文從對渣油加氫工藝反應原理及影響因素的分析入手，介紹了當前幾種常見的加氫工藝流程，并對渣油加氫工藝的應用現狀進行了簡要的說明。

關鍵詞：渣油 渣油加氫工藝 反應原理 工藝流程 應用

中圖分類號：TE624文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0097-01

1 引言

渣油是原油經過蒸餾工藝加工后剩余的由非理想組份或雜質構成的石油殘渣，由于其二次加工難度大，通常情況下會被煉油廠當作鍋爐燃料而燃燒掉。而由于殘余的渣油比率含量高，進行燃燒處理不僅造成有限制資源的浪費，而且也使周圍的環境受到了威脅和污染。采用加氫工藝進行渣油的處理，這種工藝方案不僅可以增加企業的經濟收入，減少環境污染，而且更重要的是提高了資源的利用率，真正做到了對有限資源的吃干炸盡，是目前在國內各大煉廠廣泛推廣和實施的渣油處理工藝。

2 渣油加氫工藝反應原理及影響因素

在渣油加氫的過程中通常會同時發生精制和裂化兩類反應，其主要的反應形式如下。

2.1 脫硫反應

脫硫反應是渣油加氫處理工藝中最重要的化學反應，由于渣油硫化物的種類及結構復雜多變，因而在實際反應過程中所涉及的脫硫反應也較為復雜。通常情況硫化物的脫硫反應可近似的看成是渣油中的硫化物在催化劑的作用下發生的碳硫件斷裂的氫解反應，并釋放出硫化氫氣體和不含硫的飽和烴類，而且這一反應是強烈而不可逆的。反應過程中催化劑顆粒外形尺寸、孔徑分布及工藝條件是影響加氫脫硫反應活性的兩個主要因素。

2.2 脫金屬反應

加氫脫金屬反應主要的目的是脫出對渣油二次反應性能影響較大的鎳、鐵等金屬雜質。與脫硫反應類似，脫金屬反應也是渣油加氫處理的又一重要的化學反應，其反應的全過程通常要經過一種或多種可逆反應傳遞完成。反應的第一步首先要加氫生成中介產物，中介產物經過進一步的氫解，最后生成固態的金屬硫化物附著或沉積在催化劑的表面或孔口附近。反應過程中催化劑顆粒外形尺寸、孔徑分布及反應物分子的擴散速率是影響加氫脫金屬反應活性的兩個主要因素。

2.3 脫氮反應

渣油中的氮元素是以氮雜環化合物的形式存在的，其加氫反應通常要先經過雜環飽合，然后才是碳氮建斷裂生成氣相產物，因而渣油脫氮反應的過程是非常復雜和多變的。產物中硫化氫含量、各種氮化物之間的競爭吸附及反應物分子的擴散速率是影響脫氮反應活性的主要因素。

2.4 芳烴加氫反應

芳烴加氫反應由于受到熱力學控制，因而成為所有加氫反應中最難實施的一類反應。稠環芳烴的加氫是渣油芳烴加氫的主要反應類型，當反應在較高氫分壓及低溫下進行時，芳烴的加氫飽和條件充分，反應化學平衡向右側移動；而當反應在較低氫分壓及較高溫度下進行時，芳烴的加氫飽和條件不充分，反應化學平衡向左側移動，形成多環芳烴和焦炭吸附、沉積在催化劑上，使催化劑喪失活性。因而氫分壓及催化劑的反應溫度是影響芳烴加氫反應能否正常進行的主要因素。

2.5 加氫裂化反應

加氫裂化反應是一類具有較大反應熱的放熱反應，其主要是通過催化劑的作用，將渣油中具有較大分子量的大分子分解成小分子。蠟油、柴油及石腦油是加氫裂化反應的主要產物，轉化率是衡量加氫裂化反應程度的主要性能指標。

3 渣油加氫工藝流程及應用現狀

3.1 工藝流程

渣油加氫工藝的主要工藝流程可以簡要的敘述為：進入流程的渣油原料經過加熱爐的換熱加熱達到加氫工藝的反應溫度，之后，進入反應器的渣油在催化劑的作用下發生加氫反應，加氫產物經分離器分離后形成氣液兩相，氣相脫硫后重新返回系統使用，液相經分餾塔分餾后生成石腦油、柴油等不同類產品。其中柴油可用于對全廠的組份進行調合，而加氫渣油既可作為燃料油使用或又可成為下游裝置的原料。

3.2 渣油加氫工藝類別及應用現狀

3.2.1 沸騰床加氫工藝

沸騰床加氫工藝是指在渣油及循環氫的不斷推動下反應裝置內的催化劑呈現出沸騰狀態，由于反應器設置有專門的催化劑進排口，可使失活的催化劑得到定期的排放，并進行相應數量新鮮催化劑的補充，使反應裝置可以保持長期運轉。沸騰床加氫工藝的特點是設備運轉周期長，操作靈活、反應時裝置內的溫度均勻而且對渣油原料的適應性較廣、轉化率高，但由于其配套的反應裝置投資費用巨大，催化劑耗量高，因而在國內很難得到推廣。

3.2.2 移動床加氫工藝

移動床加氫工藝就是使失活催化劑連續排出，并進行相應數量新鮮催化劑的連續補充，這種工藝方式可以解決加氫反應中催化劑因附著或吸附大量雜質或生焦而喪失活性，導致轉化率降低的現象。目前，已經工業化的移動床加氫工藝主要有OCR工藝和Hycon工藝兩種。

3.2.3 懸浮床加氫工藝

懸浮床加氫工藝就是將原加氫裂化工藝的煤糊懸浮床用于渣油的加氫處理，其工藝過程是將細粉狀的催化劑、氫氣及渣油一同通過反應裝置進行反應。反應過程中，催化劑可提高瀝青轉化率，抑制生焦；反應結束后，沉積在催化劑上的焦體也與生成油一起排出?，F階段，采用懸浮床渣油加氫工藝的處理系統主要有VCC、Canmet、MRH、HDN、HFC、Aurabon、SOC、Micro—cat等8種類型。

3.2.4 固定床加氫工藝

常壓渣油加氫處理工藝和減壓渣油加氫處理工藝是固定床渣油加氫工藝的兩種形式，其反應過程中，催化劑始終固定在反應裝置中不移動，渣油和氫氣由上至下呈現出滴流反應。固定床加氫工藝以其簡單的工藝流程、較低的設備成本投入及較高的成品質量在世界范圍內得到了廣泛的推廣和應用。

4 結語

隨著國內市場對輕質油需求量的不斷遞增，作為實現渣油全部輕質化的生產技術，渣油加氫工藝在煉廠中的地位日益突出。因而進一步加強和落實加氫處理工藝研究工作，及時了解國內外渣油加氫工藝的應用現狀對實現石油石化行業的可持續發展將具有非常重要的現實意義。

參考文獻

[1]李大東.加氫處理工藝與研究[M].北京：中國石化出版社，2004.

[2]張立新.煉油技術與工程[M].北京：中國石化出版社有限公司，2011.