面向21世纪的炼油技术发展分析

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1、面向 21 世纪的炼油技术发展分析摘要：概述了 21 世纪初世界炼油工业面临的形势；详述了面向 21 世纪的炼油技 术发展方向。 关键词：炼油工艺技术发展充分认识炼油工业面临的形势，了解主要炼油技术当前的水平以及未来的发展，对于 建设新炼油厂和改造已有炼油厂、规划炼油工业的未来有很大帮助。1 21 世纪初世界炼油工业面临的形势（1）石油在世界一次能源消费结构中仍占主要地位，炼油工业仍将继续发展，原油 供应可以满足需要。近 10 年世界石油探明剩余可采储量，逐年略有增加，1997 年达到：395，68 亿 t。 1996 年世界石油产量为 37.32 亿 t，消费量为 34.7 亿 t。据估计

2、2000 年、 2010 年、 2020 年世界石油生产能力约分别为 38.5 亿 t、42.5 亿 t、43.7 亿 t； 相应的消费量约分别 为 36.4 亿 t、40.2 亿 t、43.1 亿 t。( 剖析主流资金真实目的，发现最佳获利机会！)1996 年世界石油在一次能源消费中占 39.5 ，2015 年估计约占 37 。 据估计 2000 年至 2010 年，世界原油一次蒸馏能力（不包括前苏联）将从 32.7 亿、增至 40.4 亿 t，平均年增长率为 2.3。1995 年全球石油探明储量约 1383 亿 t，中东约 892 亿 t，占 64.9。 因中东原油多 数为含硫油，故加工一

3、定数量的含硫油是炼油工业共同面临的趋势。（2）运输燃料仍将主要来自石油，且其需求量继续增长， 仍需大力发展重油轻质化。近 10 年来，世界运输燃料（汽、煤、柴）需求量年均增长率为 2.1 ； 预计在未来 一段时间内欧洲经济合作发展组织（OECD）国家需求年增长率不会低于 1.5；新工业化 国家与发展中国家（特别是远东）未来 10 年中，年均增长率将达 3.5 。（3）世界多数国家仿效美国（或欧洲） ，不断提高运输燃料（主要是汽、 柴油）的 环境性能，推动了炼油技术的发展。美国从 2000 年 1 月 1 日起开始执行联邦新配方汽油（RFG ）第二阶段方案（记为 Fed RFG2）标准。该标准规

4、定了 RFG 汽油的两个理化指标（苯，体积分数不大于 1.0 ； 氧含量，质量分数不小于 2.0） 。 对于汽油的其他理化指标虽无特殊要求，但对燃用汽油 时汽车的 NOx（氮氧化物） 、有毒物、VOC(挥发性有机物)排放降低值，作了明确的规定 （称为性能指标） 。为了达到降低排放的要求，RFG 汽油的 8 个性质（蒸汽压，氧、硫、苯、 芳烃、烯径含量，93和 149 馏出率）必须控制在一定的范围内。如，硫为 0500 g/g ；芳烃体积分数为 0 50；烯径体积分数为 0 25。 1997 年 6 月欧盟部长委员会一致达成协议，对汽油的 3 个指标建议如下：2000 年 1 月 1 日以后，汽

5、油硫含量不大于 150gg，苯体积含量不大于 1 ，芳烃体积含量不大于 42。目前有关柴油性质指标的讨论，主要集中在硫含量、十六烷值和芳烃含量上。对于前 两项指标，基本形成共识。2000 年前不少国家将采用硫含量质量分数不大于 0.05 的指标， 十六烷值要求高于 40。但对于芳烃含量的控制尚有不同看法。因此将芳烃含量列入质量规 格的还不多。（4）为迎接 21 世纪的挑战， 炼油业发展的方向是：提高炼厂的复杂程度和灵活性， 加速向石油化工领域发展，管理高度现代化。为适应 21 世纪形势发展要求，炼油工业将特别需要以下方面的技术：增加炼油厂的灵活性（能加工不同类型的原油，生产多种产品） ，提高原

6、油加工深 度，提高轻油收率，例如，各种重油（或渣油）的高效转化技术；提高产品的环境性能或生产环境友好的产品；减少污染物排放，消除炼油厂残渣；促进炼油厂向石化延伸，增加炼油企业效益。二 面向 21 世纪的炼油技术发展分析2.1 催化裂化技术80 年代以来，FCC 技术的进展主要体现在两方面：开发成功掺炼渣油（常渣或减渣） 的 FCC 技术（称为渣油 FCC 或 RFCC） ；开发成功多产烯烃的 FCC 技术。2.1.1 渣油 FCC 技术1980 年世界上专门设计用于渣油 FCC 的生产能力几乎为零，而 1996 年其生产能力 已达约 1.04 亿 t/a ，约占 FCC 总能力（约为 6.5

7、亿 t/a 的 16。美国 140 套装置中，约有 37（约 52 套）掺炼渣油；欧洲和中东的 65 套 FCC 装置中约有 30 掺炼渣油。在未来 几年中，世界 FCC 装置能力将继续以 1 的速度增长，其中渣油 FCC 生产能力也将随之增 长。（1）渣油 FCC 工艺技术的进步目前世界上渣油 FCC 的主要工艺有：美国 Kellogg 公司的 HOC ；UOP 公司的 RCC ； StoneWebster 公司的 RFCC ；Shell 公司的 RFCC ；IFP Total 公司的 R2R 等。这些工艺虽有 特点，但在解决渣油 FCC 问题的技术措施上，却大致相同： 采用高技术进料喷嘴，

8、实现原料油高效雾化：如 total 公司的靶式喷嘴、 喉管式喷 嘴；UOP 公司的 Optimix 喷嘴；Stone Webster 公司的新一代喷嘴，可使液滴尺寸减小 20。由于高效喷嘴使进料均匀地雾化，因而有利于催化剂与进料的混合和原料油的汽化， 从而减少干气和焦炭的生成，有利于渣油转化。提升管底部催化剂的预提升技术：利用干气、水蒸汽或 CO、CO2 、H2S 进行预提升， 可使催化剂密度随高度逐步下降，有利于催化剂和原料油均匀混合；同时也可利用提升气 钝化催化剂上的活性金属，从而减少焦炭和气体产率。该技术已得到普遍应用。目前提升 气正逐步改用低碳烃，这样可减少平衡催化剂的失活和分馏塔顶污

9、水量。提升管末端的快速分离技术：为避免油气在沉降分离器中停留时间过长而加剧非选 择性的热裂化反应，开发了多种分离系统。如 Mo bil 公司的封闭式旋风分离系统将提 升管顶部直接与一级旋风分离器相连，油气与催化剂迅速分离，油气返混率质量分数只有 6，轻油体积收率增加 2.5，干气产率下降 1.0；UOP 公司也由敞口式分离装置改为 直连封闭式设计，有直连型(DCC)、开放提升型(VR)、 旋涡分离型(VDS 型 VSS 型)等,其中 VDS 和 VSS 型对烃的捕获率可达 98以上； Stone Webster 公司最新设计的轴向旋分 器“Ramshorn”与紧连式分离系统相比， 油气分离更快

10、、压力降更低，其改进型称为线 性分离设备，它的优点更为突出，且结构简单、费用低。待生剂的高效多段汽提技术：如 Shell 公司的多段汽提技术， 包括快速预汽提和高 效的第二段汽提，可显著减少再生器燃烧的“焦炭” ；UOP 开发的一种分级、低通量挡板 式设计，可显著减少汽提蒸汽用量，改善汽提效果；Haddad 等提出的两段或多段短接触汽 提工艺；Niccum 等设计的迭置流化床汽提段（在第二段掺入少量高温再生催化剂） ；Shell 公司的逆流和错流分段汽提，以及旋风汽提器等。采用两段高效再生技术：工业实践表明，为了控制烧焦时放出的热量、控制好再生 温度、保持良好的再生环境、避免催化剂失活、达到高

11、效再生，最好采用带催化剂冷却器 的两段再生技术。除了上述的技术措施以外，在渣油 FCC 中， 还采用了先进的取出再生热技术、金属 钝化技术和先进的过程控制技术。由于综合运用了这些技术，目前渣油 FCC 加工的原料油 残炭值质量分数可达 310，镍和钒的含量可达 1040g/g，平衡催化剂的金属沉积 量最高达 10000g/g。（2）渣油 FCC 的新工艺毫秒催化裂化（MSCC）工艺：其特点是进料垂直喷射于由催化剂向下流动而形成 的“帘子” ，反应物与催化剂一起水平穿过反应区，实现毫秒接触和快速分离，显著减少二 次裂化反应；剂油比高，再生温度低；汽油选择性高，辛烷值高；可不用金属钝化剂；催 化剂

12、耗量可减少 1/2。下流式反应器：其特点是催化剂依靠重力下行，无返混、无偏流；可实现高温、短 接触时间裂化；对原料油适应性强；催化剂藏量减少 1/5110；不需蒸汽提升，能耗低。下流式反应器的技术关键需要一个下行活塞流稀相反应区的高效快速中止反应系统，据称 StoneWebster 公司的快速接触反应系统（“QC”系统）可满足这一要求（从油剂混合、 反应，到分离、急冷，整个过程只需约半秒时间） 。（3）渣油 FCC 的新催化剂改进渣油 FCC 催化剂性能的重点是：提高抗金属污染性能；降低生焦量； 提高对渣 油大分子的转化能力；减少污染物排放。渣油 FCC 催化剂的发展速度很快， 近几年来 4

13、大 公司（Ak zo，Grace-Davison ，Engelhard ，触媒化成）开发的品种就有 30 多个。改进催化剂的主要技术措施有：采用高性能的分子筛：90 年代以来，国外开发的渣油 FCC 催化剂仍以稀土 Y 分子 筛或脱铝高硅超稳 Y 分子筛为主要成分，同时加入择形沸石（如 ZSM 系列）或小、中孔沸 石；降低 Y 分子筛晶胞尺寸，降低碱金属含量， 增加分子筛含量（有的高达 40 70） ， 降低分子筛的稀土（RE）含量。采用具有特定性能的基质材料：如 UOP 公司开发了两种可捕集镍或钒的基质，称 为 SM（选择性基质） ，用此类基质合成的催化剂称为 BETA540SM， 该催化剂

14、已从 1990 年开始商业应用；Grace Davison 公司用新开发的 MMP 基质合成了新型的催化剂系列 Ori 0n TM，该基质可与镍形成“坚固相” ， 从而减少活性镍的脱氢中心；Engelhard 公司 采用特殊的方法调节基质的酸性以控制其活性分布， 利用此类基质相继开发了适合于渣油 裂化的 Reduxion 系列催化剂和两种新型催化剂 Millennium 和 Ultrium，这些催化剂的 特点是生焦少，氢气产率低。在催化剂中添加具有钝化或捕集金属功能的组分，制成复合型的抗金属渣油裂化催 化剂：这类催化剂中有的已实现工业应用。如 GraceDavison 公司的 RV 5+ 催化

15、剂。（4）改进金属钝化技术如 Chevron 公司开发非锑型的镍钝化剂（CMP112 铋钝化剂） ；Davison 公司的 RV 4+ 捕钒剂；AkzoKetjen 公司的“KMR”净钒剂等。（5）开发了废 FCC 催化剂的再活化技术为了减少催化剂的消耗，美国 Chemcat 公司开发了废剂的脱金属工艺（Demet 工艺） 。 从 80 年代末以来，该工艺已实现工业应用。经过该工艺处理后，催化剂寿命由 30 天增至 53 天，新剂的补充量可减少 43。90 年代中又开发出特殊 Demet 工艺，该工艺能显著地 提高催化剂的活性、选择性和水热稳定性。美国 Ashland 公司和日本石油公司开发的

16、磁力分离技术（CMS 工艺）利用高梯度磁力 分离机，将再生器卸出剂中镍含量高的催化剂分离出来，镍含量低的返回再生器继续使用， 可节约 2030 的新鲜催化剂。 （6）广泛应用 SOx 转移剂近 10 年来，为了减少 SOx 排放，已广泛应用 SOx 转移剂。而且为了提高 SOx 转移剂 的效率，还开发了再生器的富氧操作技术。总的来说，未来渣油 FCC 技术进步的目标仍将是：裂化更多的渣油原料； 多产轻油 和液化气，少产于气和焦炭；少排放空气污染物。为此今后必须进一步改进现有的渣油 FCC 工艺及设备， 尤其要发展高温短接触时间的反应系统和更高效可靠的再生技术；发展 性能更高、与原料性质匹配更好的催化剂体系，特别是优化选择高性能的基质材料和改性 分子筛，使催化剂具有更强的抗污染能力，同时有利于大分子原料油转化，降低汽油中硫、 苯含量，多产烯烃。2.1.2 多产烯烃的 FCC 技术为给 MT