渣油加氫技術應用現狀及發展前景

儲宇

摘要：重質化和劣質化（高硫、高酸等）是世界原油質量變化的主要趨勢。重質、劣質原油總量巨大，劣質重油的高效加工利用已成為當今煉油工業面臨的重大挑戰和機遇。隨著市場需求的變化和環保要求的日益提高，重油高效加工技術的研發和應用除了要消除原油質量重劣質化等帶來的不利影響，還要積極應對油品需求結構變化、環保及節能要求逐步提高等挑戰。重油尤其是渣油的高效加工和充分利用成為世界煉油工業關注的焦點。

關鍵詞：渣油；加氫技術；固定床；沸騰床；懸浮床

引言：

石油是寶貴的戰略性資源，不可再生，資源量有限，然而石油消費量呈增長之勢，為此需要努力提高石油利用率，其關鍵在于渣油的深度轉化。隨著環保法規日趨嚴格，汽柴油質量不斷升級，世界各國對清潔油品的需求將越來越大，而石油重劣質化的趨勢增大了煉廠的加工難度。此外，非常規石油資源（超重油和瀝青）儲量巨大，今后將是常規石油最重要的接替資源，但其質量更加重劣質化，目前資源利用量有限。從資源、環境和可持續發展的角度來說，提高石油資源利用率、應對原油重劣質化發展趨勢并生產清潔油品以及擴大非常規石油資源的加工利用是當今煉油工業所面臨的嚴峻挑戰，渣油加氫技術是唯一能夠應對上述挑戰的技術手段，是實現煉油工業綠色可持續發展的必然選擇。

1.固定床加氫

相比于其它渣油加氫技術，固定床加氫處理技術的投資和操作費用低，運行安全簡單，是迄今為止工業應用最多和技術最成熟的渣油加氫技術。渣油固定床加氫處理技術主要有Chevron公司的RDS/VRDS工藝、UOP公司的RCDUnionfining工藝、ExxonMobil公司的Residfining工藝、Shell公司的HDS工藝、Axens公司的Hyval技術、中國石化集團公司的S-RHT技術等。目前，Chevron公司的RDS/VRDS工藝和UOP公司的RCDUnionfining工藝是工業應用最多的專利技術。近年來，渣油固定床加氫處理技術圍繞新型催化劑開發、催化劑級配等開展了系列研究。NipponKetjen公司推出兩種新催化劑KFR15和KFR93，對渣油加氫處理具有更好的性能。KFR15催化劑用于脫除金屬雜質，KFR93催化劑用于脫除渣油中的硫，并大大提高了渣油加氫處理反應器的效率。撫順石油化工研究院采用SHIFT-G反向催化劑級配技術對渣油固定床加氫催化劑級配進行了優化，優化裝填后的催化劑級配體系消除了影響裝置操作周期的不利因素，合理地分配了反應負荷，有效地改善了加氫產品性質，延長了工業裝置運轉周期，提高了經濟效益。先進煉油技術公司（ART）研究了在固定床加氫處理催化劑體系中加入緩和加氫裂化（MHC）催化劑以增產柴油的可行性方案，結果表明，不同MHC催化劑加入量對轉化率、柴油產率以及柴油相關性質產生的影響不同，存在最優的催化劑組合能夠實現加氫脫硫、加氫脫氮和裂化活性的最佳匹配。隨著輕質原油產量減少，煉廠渣油加工量不斷增加。渣油固定床加氫處理-催化裂化組合應用技術逐漸成為煉廠實現渣油輕質化生產清潔油品的重要手段。渣油經固定床加氫處理后用作催化裂化原料不僅降低了催化裂化原料的硫含量，而且有助于降低催化裂化產品的硫含量。而渣油固定床加氫處理催化裂化-汽油選擇性加氫技術相結合的方案，對于大多數煉廠通常提供了靈活性和經濟效益的最佳組合。

2.懸浮床加氫

渣油懸浮床加氫裂化技術是仍在開發中的尚未成功工業應用的一種渣油加氫技術，可加工劣質含硫原油的渣油，也可加工劣質稠油，又可加工油砂瀝青等劣質原料。該技術可生產質量良好的石腦油和柴油；同時轉化率和輕油收率高，尤其是柴油餾分收率高。渣油懸浮床加氫裂化技術加工處理的是極為劣質的原料，裝置容易結焦，難以實現長周期運轉。因此，該技術成功的關鍵是實現高轉化率、低尾油甚至是零尾油排放以及長周期運轉。隨著原油價格不斷上漲，渣油懸浮床加氫裂化技術體現出很好的經濟性。BP公司對延遲焦化、沸騰床和懸浮床加氫裂化技術進行了經濟性評價，隨原油價格升高，3種渣油加工手段收益均增大。當原油價格超過50美元/桶時，懸浮床加氫裂化比延遲焦化和沸騰床加氫裂化更具經濟性，而沸騰床加氫裂化需要在原油價格達到90～100美元/桶時相較延遲焦化才具有經濟優勢。近年來，許多大型石油公司都在加強渣油懸浮床加氫裂化技術的研究和工業化應用。目前，已有部分技術完成了工業實驗，正在向大規模工業化應用轉變。近期有望工業化的代表性技術主要有：意大利埃尼（ENI）公司的EST技術、委內瑞拉石油公司的HDHPlus/SHP技術、UOP公司的UniflexSHC技術和BP公司的BPVCC技術。經過實際發現，各種技術進展如下，第一，EST技術。ENI公司從20世紀90年代開始，在實驗室和中型裝置上進行了大量研發工作[1]，開發了渣油幾乎完全轉化并改質的懸浮床加氫裂化新工藝——EST技術。EST技術操作條件較為緩和，反應溫度400～425℃，反應壓力10～20MPa。催化劑采用油溶性的微晶輝鉬礦細粉，在反應器中在線分解成納米級無載體的MoS2。2005年以來，分別在意大利Taranto煉油廠6萬噸/年工業示范裝置上進行了俄羅斯烏拉爾減壓渣油、加拿大油砂瀝青減壓渣油和伊拉克巴士拉減壓渣油的工業試驗。基于3年的工業示范裝置的良好運轉記錄，埃尼公司決定進行工業放大，建設兩套工業化裝置。其中，第一套建在意大利Sannazzaro煉廠，加工能力115萬噸/年，預計2013年投產，是目前渣油懸浮床加氫裂化技術距離實現工業化最近的一套裝置。第二套建在意大利Taranto煉廠，加工能力70萬噸/年，投產時間未定。第二，UniflexSHC技術。UOP公司的UniflexSHC渣油懸浮床加氫裂化技術是在加拿大自然資源局（NRCan）開發的懸浮床加氫裂化技術（CANMET）的基礎上進行改進后推出的。該工藝的操作溫度為435～470℃，壓力為14MPa，催化劑采用廉價的鐵基納米級固體催化劑（硫酸鐵-水化合物在反應器中轉化為硫化鐵）。巴基斯坦國家煉油有限公司選用了UniflexSHC技術，計劃2016年開工運行，屆時將生產200萬噸/年柴油、22.5萬噸/年潤滑油。

結論：

簡而言之，渣油加氫技術是渣油實現清潔高效轉化的關鍵技術，正逐漸成為煉廠最主要的渣油加工技術手段。渣油固定床加氫處理與催化裂化組合技術將是中長期內發展的重點技術，是煉廠實現超低硫汽油質量升級的關鍵，但需要突破加工劣質渣油和實現長周期運轉的瓶頸。沸騰床加氫裂化技術作為目前實現渣油最高效利用的技術，在加拿大油砂瀝青改質生產合成原油方面將發揮愈加重要的作用，需要解決裝置投資大、操作復雜等問題。懸浮床加氫裂化技術是當今煉油工業世界級的難題和前沿技術，具有較好的推廣應用前景，如果工業應用成功將引發劣質重油加工工藝的深刻變革[2]。

參考文獻

[1]李雪靜，任文坡，朱慶云，等.中國煉油工業面臨的挑戰與發展對策[J].石化技術與應用，2017，29（4）：372-375.

[2]姚國欣.委內瑞拉超重原油和加拿大油砂瀝青加工現狀及發展前景[J].中外能源，2018，17（1）：3-21.

（作者單位：中國石油集團東北煉化工程有限公司沈陽分公司）