催化加氫技術(shù)及發(fā)展前景

摘 要：本文介紹石油餾分加氫技術(shù)，回顧加氫技術(shù)的發(fā)展歷史及貢獻(xiàn)，闡述在目前的能源狀況下加氫技術(shù)的發(fā)展空間及前景。

關(guān)鍵詞：催化加氫;催化加氫裂化;發(fā)展前景

催化加氫技術(shù)根據(jù)原料的不同可分為石油餾分的催化加氫、煤焦油加氫、粗苯加氫及其他化合物的加氫技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹石油餾分的催化加氫技術(shù)及發(fā)展。目前煉廠采用的加氫過程，按生產(chǎn)目的分有：加氫精制、加氫裂化、臨氫降凝、潤(rùn)滑油加氫等。

加氫精制是指在加氫反應(yīng)過程中，只有≤10%的原料油分子變小的加氫技術(shù)，包括對(duì)原料處理和產(chǎn)品精制，如催化重整、催化裂化、渣油加氫等原料的加氫處理;石腦油、汽油、噴氣燃料、柴油、潤(rùn)滑油、石蠟和凡士林加氫精制等。

加氫精制的目的在于脫除油品中的硫、氮、氧及金屬等雜質(zhì)，同時(shí)還使烯烴、二烯烴、芳烴和稠環(huán)芳烴選擇加氫飽和，從而改善原料的品質(zhì)和產(chǎn)品的使用性能。加氫處理具有原料油的范圍寬，產(chǎn)品靈活性大，液體產(chǎn)品收率高，產(chǎn)品質(zhì)量高，對(duì)環(huán)境友好，勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于原料預(yù)處理和產(chǎn)品精制。

加氫裂化是在較高的壓力和溫度下（10-15MPa，400℃左右），氫氣經(jīng)催化劑作用使重質(zhì)油發(fā)生加氫、裂化和異構(gòu)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烴的原料）的加工過程。包括高壓加氫裂化和中壓加氫裂化技術(shù)。依照其所加工的原料油不同，可分為餾分油加氫裂化、渣油加氫裂化。

加氫裂化的目的在于將大分子裂化為小分子以提高輕質(zhì)油收率，同時(shí)還除去一些雜質(zhì)。其特點(diǎn)是輕質(zhì)油收率高，產(chǎn)品飽和度高，雜質(zhì)含量少。

加氫裂化原料通常為原油蒸餾所得到的重質(zhì)餾分油，也可為渣油（包括減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油）。其主要特點(diǎn)是生產(chǎn)靈活性大，產(chǎn)品產(chǎn)率可以用不同操作條件控制，或以生產(chǎn)汽油為主，或以生產(chǎn)低冰點(diǎn)噴氣燃料、低凝點(diǎn)柴油為主，或用于生產(chǎn)潤(rùn)滑油。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好（含硫、氧、氮等雜質(zhì)少）。

加氫裂化是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，包括有加氫、裂化、異構(gòu)化和氫解等。烴類的加氫裂化是按碳正離子機(jī)理進(jìn)行的。由于各烴類的斷環(huán)、脫烷基和加氫飽和等反應(yīng)的結(jié)果，重質(zhì)烴轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)烴，與此同時(shí)，含硫、氧、氮的烴類衍生物也經(jīng)過裂化和加氫反應(yīng)生成硫化氫、水、氨而除去。它與催化裂化不同的是在進(jìn)行催化裂化反應(yīng)時(shí)，同時(shí)伴隨有烴類加氫反應(yīng)。加氫裂化的液體產(chǎn)品收率達(dá)98%以上，其質(zhì)量也遠(yuǎn)較催化裂化高。雖然加氫裂化有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于它是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，投資較高，故沒有像催化裂化那樣普遍應(yīng)用。

1 國(guó)外加氫裂化技術(shù)發(fā)展概況

世界上第一套加氫裂化裝置1959年在美國(guó)雪佛龍公司加州里奇蒙煉廠建成投產(chǎn)。不久，環(huán)球油品公司宣布開發(fā)了LOMAX加氫裂化過程，加州聯(lián)合油品公司宣布開發(fā)成功了UNICRACKING加氫裂化過程;海灣研究開發(fā)公司宣布開發(fā)了H-G加氫裂化過程;殼牌國(guó)際石油集團(tuán)宣布開發(fā)了SHELL加氫裂化過程;法國(guó)石油研究院開發(fā)了AXENX加氫裂化過程;德國(guó)巴斯夫公司宣布開發(fā)了DHC加氫裂化過程;英國(guó)石油公司宣布開發(fā)了BP加氫裂化過程。

餾分油固定床加氫裂化工藝類型和專利公司雖比較多，歸納起來(lái)環(huán)球油品公司和雪佛龍公司專利和催化劑代表了當(dāng)今世界加氫裂化技術(shù)的狀況和水平。環(huán)球油品公司1995年收購(gòu)加州聯(lián)合油品公司全部加氫技術(shù)，對(duì)外銷售的加氫裂化技術(shù)稱之為UNICRACKING技術(shù)，但催化劑保留了原環(huán)球油品公司一些很有特點(diǎn)的催化劑，并在工藝流程和工程技術(shù)對(duì)原聯(lián)合油的相應(yīng)部分做了較大改變和改進(jìn)。

雪佛龍公司1986年收購(gòu)海灣全部加氫技術(shù)，對(duì)外銷售加氫裂化技術(shù)稱之為ISOCRACKING技術(shù)，并吸取海灣公司在相應(yīng)部分的技術(shù)特點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)加氫裂化技術(shù)發(fā)展概況

我國(guó)是在世界上最早掌握加氫裂化技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一。自上世紀(jì)五十年代起就致力于加氫裂化工藝及催化劑的研究開發(fā)工作，當(dāng)時(shí)主要是針對(duì)頁(yè)巖輕柴油和煙煤焦油，并開發(fā)了相應(yīng)的催化劑。隨著我國(guó)石油工業(yè)和煉油技術(shù)的發(fā)展，六十年代開始進(jìn)行餾分油加氫裂化的研究工作，自行開發(fā)研制的無(wú)定型加氫裂化催化劑于1966年首次工業(yè)應(yīng)用，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。1965年開始研究活性更高的分子篩加氫裂化催化劑，并在九十年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

自八十年代以來(lái)，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上成套引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、工程設(shè)計(jì)和設(shè)備，相繼建設(shè)了四套高壓加氫裂化裝置。而后又自行設(shè)計(jì)、建設(shè)了多套高壓加氫裂化裝置。在消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)和催化劑，近年又相繼自行設(shè)計(jì)建成投產(chǎn)了多套高壓加氫裂化裝置。這些裝置的工藝流程種類較多，比較齊全，其中主要有一段串聯(lián)一次通過流程，一段串聯(lián)全（或部分）循環(huán)流程等。

國(guó)內(nèi)加氫裂化的工藝類型雖然比較多，但總的看來(lái)，除從國(guó)外引進(jìn)的加氫裂化裝置外，我國(guó)自行設(shè)計(jì)的加氫裂化和加氫改質(zhì)裝置，都是采用撫順石油化工研究院（FRIPP）和石油化工科學(xué)研究院（RIPP）的催化劑。目前國(guó)內(nèi)催化劑已達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)水平。

3 加氫技術(shù)的重要意義發(fā)展的趨勢(shì)

在現(xiàn)代煉油工業(yè)中，催化加氫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用較晚，但其工業(yè)應(yīng)用的速度和規(guī)模都很快超過熱加工、催化裂化、鉑重整等煉油工藝，無(wú)論從時(shí)間上，還是空間上催化加氫工藝已經(jīng)成為煉油工業(yè)重要組成部分。

隨著世界范圍內(nèi)原油變重、品質(zhì)變差，原油中硫、氮、氧、釩、鎳、鐵等雜質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)，煉廠加工含硫原油和重質(zhì)原油的比例逐年增大，從目前及發(fā)展來(lái)看，采用加氫技術(shù)是改善原料性質(zhì)、提高產(chǎn)品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)這類原油加工最有效的方法之一。

世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)輕質(zhì)油品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，特別是中間餾分油如噴氣燃料和柴油，因此需對(duì)原油進(jìn)行深度加工，加氫技術(shù)是煉油廠深度加工的有效手段。

另外，環(huán)境保護(hù)的要求的提高。對(duì)生產(chǎn)者要求在生產(chǎn)過程中要盡量做到物質(zhì)資源的回收利用，減少排放，并對(duì)其產(chǎn)品在使用過程中能對(duì)環(huán)境造成危害的物質(zhì)含量嚴(yán)格限制。目前催化加氫是能夠做到這兩點(diǎn)的石油煉制工藝過程之一，如生產(chǎn)各種清潔燃料，高品質(zhì)潤(rùn)滑油都離不開催化加氫。近幾年我國(guó)催化加氫技術(shù)在技術(shù)開發(fā)與推廣使用上都有了重大脫破，催化加氫技術(shù)已不僅僅在石油化工、石油煉制上得到廣泛的應(yīng)用，在精細(xì)化工上也得到了不斷開發(fā)和應(yīng)用。

4 未來(lái)加氫技術(shù)發(fā)展方向

4.1 加氫處理技術(shù)

開發(fā)直餾餾分油和重原料油深度加氫處理催化劑的新金屬組分配方，量身定制催化劑載體;重原料油加氫脫金屬催化劑;廢催化劑金屬回收技術(shù);多床層加氫反應(yīng)器，以提高加氫脫硫、脫氮、脫金屬等不同需求活性和選擇性，使催化劑的表面積和孔分布更好地適應(yīng)不同原料油的需要，延長(zhǎng)催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)周期和使用壽命，降低生產(chǎn)催化劑所用金屬組分的成本，優(yōu)化工藝進(jìn)程。

4.2 芳烴深度加氫技術(shù)

開發(fā)新金屬組分配方特別是非貴金屬、新催化劑載體和新工藝，目的是提高較低操作壓力下芳烴的飽和活性，降低催化劑成本，提高柴油的收率和十六烷值，控制好反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)。

4.3 加氫裂化技術(shù)

開發(fā)新的配方催化劑，以提高中餾分油的收率、提高柴油的十六烷值、提高抗結(jié)焦失活的能力、降低操作壓力和氫氣消耗。

4.4 加氫催化劑技術(shù)

開發(fā)新型加氫催化劑和加氫工藝，用化學(xué)反應(yīng)工程的理論來(lái)指導(dǎo)和加速加氫催化劑及加氫工藝過程的開發(fā)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)加氫工業(yè)裝置設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，并改進(jìn)與強(qiáng)化現(xiàn)有裝置，挖掘潛力、降低消耗、提高效能、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作最優(yōu)化等方面，還有許多問題有待進(jìn)一步探索和研究。

作者簡(jiǎn)介：

董志心（1973- ），女，漢族，山東青島人，本科學(xué)歷，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），從事化工職業(yè)教育及學(xué)生管理工作。