渣油加氫技術進展與發展趨勢

姚 遠，張 濤，于雙林，張 曉，趙愉生，崔瑞利

(中國石油石油化工研究院，北京 102206)

重質化和劣質化是世界原油質量變化的主要趨勢。同時，隨著燃料標準升級，環保減排目標明確，重油特別是渣油的加工過程清潔化，加工效率高質化，成為世界煉油企業關注的焦點[1-4]。與焦化技術相比，渣油加氫技術具有轉化率高、改善原料的裂化性能、裂化產品質量高、生產過程清潔化等優點，是煉化企業提高效益的重要技術手段。

渣油加氫技術依據原料轉化水平和生產目的分為進料基本不發生分子變化的加氫處理過程和減料半數以上發生分子量減小的加氫裂化過程兩種。按照反應器形式分類，以常壓或減壓渣油為原料的反應裝置分為固定床、沸騰床和懸浮床(又稱漿態床)等三種。本文詳細介紹固定床、懸浮床、漿態床三種渣油加氫工藝技術進展與下一步發展趨勢。

1 固定床渣油加氫技術

固定床渣油加氫工藝是20世紀60年代在餾分油加氫技術基礎上發展起來的。目前，該工藝越來越多地被用于加工含硫渣油，為下游RFCC提供優質原料。固定床渣油加氫技術具有裝置一次性設備投資及運行費用較低，技術方案相對簡單，現場便于操作等優點，發展最為迅速，應用裝置最多，是目前渣油加氫技術的首選技術。

截止到2017年12月，我國固定床渣油加氫裝置年加工能力約52.8 Mt(除臺灣地區)，隨著中國石油華北石化、遼陽石化、浙江石化一期、中科煉化等企業渣油加氫裝置投產，2019年底我國固定床渣油加氫年生產能力達到70 Mt(除臺灣地區)。

典型的固定床渣油加氫技術以美國雪佛龍-魯姆斯公司(CLG)開發的RDS/VRDS技術、美國UOP公司的RCD Unionfining技術應用最為廣泛，同時，美國埃克森美孚公司Residfining技術、法國Axens公司的Hyval技術、美國殼牌公司的HDS技術以及國內中國石化S-RHT技術的工業應用市場化范圍也在逐步擴大。中國石油石油化工研究院自主研發出PHR系列渣油加氫系列催化劑，在中國石油大連西太平洋石化公司、大連石化等煉油廠成功應用。

固定床工藝的優點是：(1)工藝成熟，易操作，裝置投資相對較低；(2)產品氫含量增加較多，未轉化渣油可以作為RFCC原料和調制低硫燃料油；(3)反應溫度較低，渣油轉化率為20%～50%。但固定床工藝也存在一定的缺點和原料局限性：操作周期受原料雜質含量影響較大，容易發生床層堵塞，一般用于加工金屬Ni+V含量<120 μg·g-1的原料油。

近年來，固定床工藝技術取得了顯著的進步，主要體現在：(1)通過催化劑制備技術創新，開發雙峰型孔道結構載體、活性緩釋功能等，催化劑容金屬能力、活性穩定性、原料適應性進一步增強[5-9]；(2)針對固定床加氫裝置保護反應器易出現床層堵塞、影響長周期運行的難題進行了工藝技術創新。美國雪佛龍-魯姆斯公司開發的UFR工藝，通過采用上流式反應器，使催化劑床層處于微膨脹狀態，有效解決了常規固定床反應器存在的初末期壓力降變化較大不易控制的難題；IFP通過采用可切換反應器技術，可加工Ni+V 含量高達3 500 μg·g-1的原料油[10]；中國石化開發了采用非對稱輪換式保護反應器的固定床渣油加氫技術開發[11]。(3)組合工藝開發。渣油加氫的目的主要是為下游催化裂化裝置提供優質原料，渣油加氫-催化裂化的高效組合可有效改善兩套裝置整體運行水平。中國石化石油化工科學研究院、撫順石油化工研究院分別開發了渣油加氫-RFCC 雙向組合新技術、渣油加氫-RFCC 深度組合技術[12-13]。

為進一步拓寬裝置進料性質限制，延長裝置運轉周期，固定床渣油加氫技術還需要在以下幾個方面進行加強研究：(1)開發新一代渣油加氫催化劑及級配技術，提高催化劑原料適應性和雜質深度脫除能力，降低催化劑生產成本；(2)根據反應器大型化發展需要，進行新一代反應器內構件技術開發，改善器內油氣混合效果和催化劑床層潤濕效果，提高反應效率；(3)根據加工原料油性質特點，開展與其他工藝技術的組合優化研究，實現不同裝置間協同優化，提高目標產品收率。

2 沸騰床渣油加氫技術

沸騰床渣油加氫技術是20世紀60年代末開發成功的。采用氣體、液體和催化劑顆粒返混的三相流化床反應器系統。氫氣和原料油從反應器底部進入，與循環油混合后通過泡罩分配盤，向上提升催化劑而使催化劑床層膨脹并保持為流化態。沸騰床加氫裂化技術對高金屬和高粘度的原料油幾乎沒有限制，反應器內傳熱均勻，解決了反應器內徑向溫差大、系統壓力大的問題，渣油轉化更加完全，具有獨立的催化劑在線加排系統，在不影響裝置正常運轉的前提下完成催化劑置換，為裝置長周期運轉提供可能[14]。

目前，工業化運行的沸騰床渣油加氫技術主要以美國雪佛龍-魯姆斯公司(CLG)公司的LC-Fining和法國石油研究院(IFP)的H-Oil工藝為主。兩種工藝反應器結構基本相同，唯一區別在于循環泵的選擇安裝。H-Oil工藝使用裝置外循環泵，而LC-Fining工藝為裝置底部的內循環泵。中國石化鎮海煉化分公司、恒力石化、盛虹石化沸騰床渣油加氫裝置采用H-Oil工藝進行建設，其中鎮海煉化分公司、恒力石化沸騰床渣油加氫裝置已于2019年投產。中國石化撫順石油化工研究院完成了沸騰床加氫裂化工藝技術研發，最終形成了具有自主知識產權的STRONG成套技術。該技術沒有使用循環泵，采用自主設計的三相分離技術進行氣、液、固的分離，提高了反應器的利用效率，已在中國石化金陵石化建成一套年產50 kt沸騰床工業示范裝置。

近年來，沸騰床渣油加氫裂化技術在工藝技術集成和催化劑方面均取得了顯著進展。在工藝技術集成方面，Axens公司和雪佛龍公司作為技術持有方，分別推出了H-Oil-延遲焦化集成工藝與H-Oil-氣化結合工藝和LC-Fining與溶劑脫瀝青的組合技術(即LC-Max工藝)。H-Oil-延遲焦化組合技術的脫殘炭率為40%～70%，大幅度提高了焦化過程的輕油收率；LC-Max工藝的兩段反應段氫耗大為降低，實現了企業提質降本增效的目的[15]。催化劑作為沸騰床加氫裂化技術的重要組成部分，第三代催化劑的研發成功可以大大提高脫硫、脫殘炭、產品的氧化安定性和渣油轉化率[16]。美國ART公司研發的新型催化劑可針對設備易結垢、未轉化渣油不穩定等問題，減少沉積物35%～40%[17]。

3 懸浮床渣油加氫技術

近幾年懸浮床渣油加氫裂化技術發展較快，是各大石油公司研發的熱點，該技術對原料油性質幾乎沒有限制，液體產品收率高達90%以上，與延遲焦化相比，液收可提高30個百分點以上。懸浮床反應器使用細粉狀催化劑，在反應器中分散懸浮，高溫高壓下進行渣油臨氫熱解反應。

與固定床、沸騰床技術相比，懸浮床加氫裂化技術具有以下優點：(1)原料油適應性強，對加工原料中雜質含量基本沒有限制。(2)反應器內部結構簡單，無特殊內構件；(3)渣油轉化率高，輕油收率高。(4)工藝簡單，操作靈活，渣油轉化率的高低可通過循環模式進行調節實現[17]。目前懸浮床加氫裂化技術主要有意大利埃尼(Eni)公司EST技術、委內瑞拉Intevep公司HDHPlus/SHP技術、英國BP公司VCC 技術、中國三聚環保公司MCT技術、UOP公司Uniflex SHC技術、Chevron公司VRSH技術。這幾項技術中，埃尼公司采用油溶性納米分散催化劑的EST技術工業化進度最快，2013年建成首套年產1.15 Mt渣油加氫裂化裝置，轉化率>97%。并先后與法國道達爾公司、中國茂名石化、浙江石化等公司簽署了3套技術轉讓協議[2]，其中，茂名石化年產2.6 Mt工業裝置已于2017年底開工建設。三聚環保公司開發的MCT懸浮床技術，以加工煤焦油等重劣質原料油為主，2016年在鶴壁進行工業試驗。瑞典Preem公司為滿足船用燃料油新標準硫含量要求，計劃采用CLG公司的LC-slurry技術在其Lysekil煉油廠新建一套懸浮床渣油加氫裂化裝置[18]。

為進一步降低懸浮床渣油加氫技術的操作運行費用，提升裝置長周期穩定運行水平，還需要從以下幾方面加強研究：(1)開發低成本高性能的漿態床加氫催化劑，降低催化劑使用成本；(2)開發高效的傳質與反應技術，進一步提高反應效率，降低反應壓力；(3)解決未轉化尾油綜合利用難題，進行金屬回收，實現懸浮床技術綠色發展，提升技術經濟性。

4 結語與展望

煉油企業面臨著原料油重質化和劣質化、產品綠色化和清潔化的雙重壓力，劣質重油成為世界未來石油資源開發的主題，重質渣油加工技術成為提升煉油企業經濟效益，增加競爭力的關鍵環節。為應對這一挑戰，煉油廠采用渣油加氫技術作為最重要的渣油加工手段之一。在三種渣油加氫技術中，固定床渣油加氫技術成熟度最高，應用最廣泛，固定床渣油加氫技術與催化裂化裝置組合是目前主要的渣油加工技術路線，但需要通過催化劑、工藝工程等角度不斷改進提升，以延長運轉周期、拓寬進料限制。沸騰床渣油加氫技術原料適應性較強，對高殘炭、高金屬渣油具有較好的原料適應性，近幾年在國內的應用快速發展。懸浮床渣油加氫裂化技術對進料幾乎沒有限制，具有轉化率高、輕油收率高等優點，正在建設多套工業裝置，具有很好的發展前景。