加氫裂化技術現狀及展望

摘 """""要： 加氫裂化技術是石油加工領域的一項關鍵技術，其顯著優勢在于提高產品質量、增加產量、降低能耗以及環保等方面的作用。加氫裂化反應將長鏈烴分子裂解為短烴鏈和烷烴分子。加氫技術被認為是應對原油逐漸重質化和劣質化的一種重要手段。近年來，國內外加氫裂化技術得到迅速發展，其中固定床加氫裂化技術被廣泛應用，在國際加氫市場中占據主導地位。相較于固定床加氫技術，沸騰床加氫裂化技術傳質效率更高，但裝置投資和操作費用較高，操作復雜，等因素限制了其進一步發展。

關 "鍵 "詞：加氫裂化；石油；沸騰床；固定床

中圖分類號：TQ031.3 """文獻標志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2025）03-0517-04

目前，全球石油市場上存在著輕質原油和重質原油兩種不同類型的原油資源。輕質原油通常含有較少硫和金屬成分，具有低黏度、高API密度和易于加工的特點，被廣泛用于生產汽油、煤油和潤滑油等產品。重質原油則含有較多硫和金屬成分^[1]，具有高密度、高黏度和較高含硫量的特點，加工成本相對較高，主要生產燃料油和柴油等產品。隨著全球經濟發展和能源需求的增長，對輕質原油和重質原油的需求也在不斷增加。然而，隨著輕質原油資源的逐漸枯竭^[2]，市場上重質原油的供應比例逐漸增加。為了滿足市場需求，許多煉油企業在加工技術和設備方面進行了改善和升級，以提高對重質原油的加工能力和效率。同時，一些國家和地區也在積極開發新的石油資源，以確保原油市場供應的穩定性。隨著環保意識的增強和能源結構的轉型，對清潔能源和可再生能源的需求將不斷增加，這可能對輕質原油和重質原油的市場格局和發展趨勢產生一定影響^[3]。

加氫裂化是一種重要的煉油加工技術，通過加氫、裂化和異構化反應將重質烴化合物轉化為輕質的烴類化合物^[4]，如汽油、煤油、柴油或用于催化裂化和裂解制烯烴的原料。該過程基于重質烴化合物與氫氣在催化劑的作用下反應，將長鏈烷烴分子加氫裂解為輕質烴類化合物，包括烴烯、烴烷和芳烴等。加氫裂化技術實現了原料轉化、產品升級的目標，為煉油和化工產業提供了高效的加工手段^[5]。

加氫裂化主要采用固定床、沸騰床和懸浮床這3種主流反應器形式，而移動床加氫裂化技術使用較為少見。本文著重討論實際應用較多的固定床和沸騰床這兩種加氫裂化技術的發展與展望^[6]，以探討其在煉油和化工領域的應用前景。

1 "沸騰床加氫裂化技術

1.1 "沸騰床加氫裂化技術

1）回收杯

為了將返到反應器內的氣體在最大程度上減少，回收杯將其固液分離。其內部含有固液分離的螺旋構件的立管導管，使氣體位于反應器上部，液體位于反應器下部。處于下部的液體部分通過分離器排出反應器，另一部分則再次回到反應器參與反應。

2）流體預分配器

流體域分配器包括集氣室和分配隔柵分別位于反應器的上部與中部，連接集氣室和氣體的導管和其內部的折流板噴嘴，噴嘴將導管輸出的氣體與碳氫化合物混合。往往由于氣體混合物在催化劑床層流量分布不均勻，會導致局部形成結焦從而影響機器的正常運行，也會使催化劑使用壽命減少。

3）分級格組件

隔柵板類似蒸餾塔床板的多孔結構，其作用是對油氣混合物進行均勻分布。這些小孔可以有效控制催化劑床層的液體流量，并在隔柵板兩邊形成壓差，使其上升的氣液混合物在沸騰床中均勻分布。

4）降液管

降液管是處在反應器內與泵連接的細長管。降液管頂端開口高于反應器內液體液面時，反應將會終止。

5）再循環泵

再循環泵主要是由電機和離心泵組成，作用是使油通過循環杯隔柵和降液管上升催化劑床至沸騰床的最高液面高度^[7]。

1.2""沸騰床加氫工藝

沸騰床加氫工藝結合在線裝卸催化劑技術，以及其反應器獨特的內部結構，是其顯著特點。這種獨特構造可以有效控制催化劑的倒流和管線堵塞問題，并利用升氣管讓反應氣體直接到達反應器頂部，避免氣體帶走催化劑，從而減少催化劑的消耗。未反應完全的原料將被收集到循環杯中。循環杯位于反應器的頂部。而催化床層則在沸騰泵的作用下持續沸騰^[7]。通過催化劑卸載系統可以添加新的催化劑，以保持催化床層的活性，確保反應器內部的反應持續穩定進行。

1.3""沸騰床加氫技術現狀

美國CLG公司的LC-Fining技術、法國Axens公司的T-Star技術與H-Oil技術以及中國石化集團的Strong技術是當今較為突出的沸騰床加氫技術的幾種。現在共有29套已建成的渣油沸騰床加氫裝置，其中法國Axens公司15套、美國CLG公司13套、中國石化集團1套^[8-9]。

1）H-Oil技術

催化劑在線加排系統、流體分布系統和分離循環系統中是其主要結構組成，氣液固三相反應器是H-Oil技術的關鍵。反應器底部入口管線將氫氣與渣油原料混合進入高壓室，混合為氣液混合物。在分布盤其混合物以上流式流動并均勻分布，加氫精制反應與加氫裂化在沸騰的催化劑床層發生，通過循環系統將其氣液分離。反應器內部溫度分布均勻，這使得反應穩定發生，產出穩定。催化劑在線加排系統可維持反應的穩定，并可使反應長時間運作。

2）LC-Fining技術

其工藝與H-Oil相似，反應器結構大致一樣，二者皆能增加其串聯反應器來提高其去除雜質比例和加工能力。二者突出區別在于前者使用內循環泵而后者使用外循環泵。加工重油、減壓渣油用來生產柴油、石腦油等是LC-Fining的主要用途。

3）T-Star技術

T-Star工藝開發的混合加氫裂化沸騰床加氫技術是以H-Oil工藝形成的，對減壓蠟油和煤制油進行除雜處理是該工藝的主要目的。使用熱高壓分離器在外部進行循環和分離是該反應器的特點。這也是其制造較簡單的原因。在入口處的軸向螺旋分離器和其出口的旋風分離器，分別對氣體和液體進行分離。

4）Strong技術

Strong技術是20世紀60年代我國第一個完全獨立自主研發的沸騰床加氫處理技術，由中國石化撫順研究院研發。其固、液、氣三相分離器是其核心特色設計。去除了循環杯和高溫高壓熱油循環泵組成的循環系統是與前兩者最大的不同，但催化劑的線加排系統和流體分配系統是與之相同的。產物的循環和分離用其獨特的三相分離器代替高溫高壓熱油循環泵。通過三相分離器，固液氣三相混合物可通過分離器排出。上部排出氣體，下端分離出液體和催化劑并使催化劑返回催化劑床層。使用三相分離器，提高了整體的穩定性，并在一定程度上降低了維護成本^[10]。

1.4""沸騰床加氫技術展望

隨著時代的進步，人們對石油需求在不斷變化，開采原油的難度也不斷提高。這使得沸騰床渣油加氫技術會應用得更加普遍且成為提高煉化一體化企業的渣油轉化率的關鍵。然而，前期投資以及操作的局限性和其復雜性阻礙了其進一步推廣應用。加氫裂化、溶劑脫瀝青、催化裂化、固定床加氫等其他工藝皆可與沸騰床渣油加氫相互配合，以此發揮更有針對性的能力，增加煉油加工工藝的靈活性。

沸騰床加氫工藝在國外已經從傳統的渣油加氫處理延伸到頁巖油、煤焦油等深加工領域。我國在相關技術的研究已經取得較大成就，但與國外工業應用方面仍有較大差距^[11]。

2 ""固定床加氫裂化技術

2.1""固定床裝置的組成

1）反應器入口分散器

當原料進入反應器時，流速較快且相對集中。反應器入口分散器可預防原料直接流到其分布板。當流體進入反應器時其流向與孔道呈垂直關系，如此可防止流體從單一通道流出導致分布不均。

2）液體分布盤

液體分布盤及其泡帽能夠使液體的均勻分布。氣液混合物進入分布盤時，其帶有齒縫的泡帽建立液層在分布盤上。液體可隨著氣體流動通過通道進入下降管。減小氣體通道的大小以此增加氣體流速，可將多余的液體帶走，以防止沒過部分齒縫。液體從下降管噴灑到催化床層上。

3）筒式濾油器

在反應器頂部安裝以擴大原料輸入的面積，以此保證催化劑床層不會由于堆積過多的沉淀而導致過大的壓降。用鏈條將空心的濾油筒鏈接一起固定在橫梁上，避免處理催化劑時堵塞催化劑卸料管。

4）催化劑床層支件

隔柵、篩網、瓷球和T形橫梁是支撐催化劑床層的主要部件。

5）再分布板與急冷箱

通過上部床層到達的急冷箱的物料，將其與冷氫混合并使其均勻分布。急冷箱主要部件由截流板、噴灑盤和泡帽再分布板構成。物料通過這3塊板進入下一床層。搭配此構造急冷箱的反應器使得每級床層的徑向溫差不超過1"℃。

（6）反應器出口集油器

反應器出口集油器主要作用是支撐下部催化劑床層，收集反應器出口產物的設備。其作用是將反應器中產生的氣體和液態產物分離，保留液態產物，同時排放未反應的氣體。這樣可以提高產品純度，同時防止未反應的氣體流失，從而提高反應器的效率和產物質量^[12]。

2.2""固定床加氫工藝

經過反應生成的加氫生成油會進入到熱交換器，在進入空冷器之前使用新鮮原料進行降溫冷卻。液體在分離器中去除產生的氣體，并將其氣體通過吸收塔進行硫化氫的去除。去除低沸點烴，需要將氣體進一步煉化。通過蒸餾加氫生成油，其產物可得到催化裂化原料油、500 ℃以上的剩余油和部分柴油^[13]。

2.3""固定床加氫技術現狀

在幾種主流加氫工藝中，固定床加氫技術是應用最為廣泛且最為成熟的^[14]。由于操作簡便、成本相對較低和運作安全，這使得固定床加氫技術成為眾多企業的第一選擇，在世界加氫工藝中占比超3/4，其主導地位在未來一段時間不會有明顯改變。

第1套固定床加氫裝置是日本制造的固定床常壓渣油固定床加氫脫硫裝置。此裝置問世以來，世界固定床工藝迅速發展。在國外固定床加氫技術的主要代表有：Gulf公司的Resid HDS技術、美國CLG公司的RDS/CRDS技術、美國UOP公司的RCD Union技術以及法國IFP公司的Hyval技術等。石油科學研究院的RHT技術與中國石化撫順石油化工研究院的SRHT技術則是國內固定床加氫的主要代表^[15]。

固定床加氫技術經過這些年的不斷發展，在工藝上存在多種類型，但是這些技術在工藝流程和技術特色等方面并無太大差別。

我國對于固定床加氫技術的研究和其工業化的應用發展較晚，但通過學習國外先進技術，進展迅速^[16]。我國于1992年引進了CLG公司的RDS/VRDS技術，中國石化齊魯公司建成了首臺固定床加氫裝置，并經過改良建成了首套UFR-VRDS技術的渣油加氫裝置。而后我國又相繼研發了SRHT裝置、RHT裝置等。截至2017年年底，我國共有22套渣油加氫裝置。如今，我國仍有渣油加氫裝置在生產中，后續我國對渣油加氫的生產能力還會持續增強^[17]。

2.4""固定床加氫技術展望

由于固定床加氫的眾多優勢，這使得它成為煉化廠的渣油處理技術的首要地位，且在未來一段時期內無法替代。如今國內外市場含55%中質、35%的輕質的原油是目前市場的主流^[18]，真正的重質原油份額不到1/10。重質原油占比的提高是未來發展的趨勢。面對原料的劣質化，不斷發展改良的固定床渣油加氫技術能夠有著很高的適應性。隨著重質原油在市場份額的比重不斷加重^[19]，固定床渣油加氫技術需要強化對劣質原料的處理能力并延長運行周期，以更好適應市場的發展^[20]。

3""結束語

在全球市場對原油的需求量不斷增長以及原油資源結構趨于重質化的背景下，煉油行業迫切需要進行技術的發展與革新。全球煉油技術開發機構不斷投入大量資金對沸騰床加氫裂化技術及固定床加氫裂化技術進行探索，取得了顯著成就。我國煉油行業需要抓住機會，大力發展對重質原油加氫處理技術的發展，以此提高原油資源生產的原料品質，推動世界重質原油加氫處理技術的發展。

按照目前形勢以及固定床加氫技術的優勢來看，其渣油加氫技術的主導地位在未來一段時間內是無法被替代的。但隨著煉油技術的發展以及原油的重質化，固定床加氫技術仍需要不斷改進技術以更好適應原油市場的發展。

沸騰床加氫技術在國際上發展迅速，其對重質原油的處理在一些方面比固定床加氫技術更具優勢，但由于操作難度與高投資費用的限制仍無法使其成為市場的主導加氫技術。當沸騰床加氫技術攻克這些方面的難題，突破限制后能夠進一步擴大在原油市場的所占份額。

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Hydrocracking Technology Status and Prospects

LYU Chang， ZHANG Yumin， CHU Yuekang， ZHANG Chenkai， LI Ya’na， YANG Xiaoxue

（School of Chemical and Environmental Engineering， Changjiang University， Jingzhou Hubei 434023，"China）

Abstract："Hydrocracking is a key technology in the field of petroleum processing， with significant advantages in terms of improved product quality， increased production， reduced energy consumption， and environmental protection. Hydrocracking reaction cracks long chain hydrocarbon molecules into short hydrocarbon chains and alkane molecules. Hydrocracking technology is considered to be an important means to cope with the gradual heaviness and deterioration of crude oil. In recent years， domestic and foreign hydrocracking technologies have developed rapidly， among which fixed-bed hydrocracking technology is widely used and dominates the international hydrogenation market. Compared with fixed-bed hydrotreating technology， boiling-bed hydrocracking technology has higher mass transfer efficiency， but factors such as higher investment and operating costs of the plant and complicated operation have limited its further development.

Key words： Petroleum; Hydrocracking; Fixed bed; Fluidized bed