重质油加工工艺综述

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1、重质油加工工艺综述徐承恩 2010.7前言市场变化促进了重质油加工的发展重质油加工工艺的现状重质油加工路线的选择几点看法2一. 前言当前世界经济的发展还离不开石油。但石油是不可再生能源，总是越用越少，总会有枯楬的一天。对于后石油时代何时到来，存在很多不同的看法，悲观的认为很快就要到来，乐观的则认为可能延迟到 2030年后。不管如何，需要积极准备应对后石油时代的到来已成为人们的共识。3一. 前言石油是当前全球用量最大的一次能源。2008 年在全球一次能源结构中占34.8%。随着世界经济的发展和人口的增多，石油的消费量还会不断 增加。但在能源结构中的比重，则会随着天然气用 量的增加有所下降。据国际

2、能源机构预测，到2030年全球石油需 求将在980011600万桶日之间。如此巨大的石油需求，要想在短期内用替代燃料全部取代是很 难做到的。4一. 前言许多国家都在投入巨资，大力加强对石油替代燃料 的科研开发或生产。发展石油替代燃料牵涉到资源、技术 、环保、经济、能量利用效率等众多重要因素，而当前的 各种替代燃料都还存在不少待解决的问题。例如： 生物质石油替代燃料：用玉米、甘蔗、甜菜等生 产乙醇，用大豆油、菜油、棕榈油生产生物柴油等技 术虽然成熟，但原料来源有问题，在价格上难与石油 竞争，需要政府补贴。纤维素乙醇，微藻制油技术上 远未成熟。 煤制油存在投资大，温室气体排放量大，能量转 换效率低

3、等问题。 电动汽车因存在行驶距离短（200公里左右）充电 时间长、造价高、使用不方便、电网要改造等问题， 目前难以大量发展。 氢燃料在氢的供应和储存上都存在一些问题。 这些石油替代燃料技术问题的解决和能够达到工业 化推广应用，估计还需要1020年时间。在未来几十年， 还只能作为石油的一些补充。5一. 前言另一方面，由于科 学技术的进步，近10年 来石油可采储量是上升 的。 2008年世界原油产 量为7380万桶日，以 此计算储采比45。 根据以上情况，可 以予计未来几十年石油 产品仍是主要的运输燃 料。炼油工业仍将是国 民经济的支柱产业之一 ，还要继续发展。6二. 市场变化促进了重质油加工的发

4、展从上世纪70年代油价上涨以来，重质油加工逐渐受到重视，得到了较快的发展。例如2007年美国的焦化能力几乎是1972年的3倍；我国在19982008的10年间，焦化能力与原油蒸馏能力的比，从8.0%上升到17.4。到2010年，我国已有和在建的延迟焦化能力，将超过9000万吨年。7二. 市场变化促进了重质油加工的发展促进重质油加工能力快速发展的原因，主要 在于市场的需求发生了变化：1. 在成品油市场上，燃料油的需求下降。 天然气由于资源比较充沛，价格比石油相 对低廉，环保性能较好，得到了迅速发展。据 预测，2030年前，平均增长率在2.3%左右。 许多燃料油被天然气替代，燃料油的需求 下降。使

5、重质油的转化任务加重。8二. 市场变化促进了重质油加工的发展2. 在原油市场，重质原油的供应量上升 。 在2008年发表的世界原油可采储量中，重 质原油（API24)的储量接近40。在石油资 源趋紧的形势下，开采重质原油势在必行。 据ENI公司统计，从19962007年，全球重 质原油产量已从3.57亿吨上升到4.8亿吨。 据有关部门统计，API度每降低一个单位， 价格降低0.27美元/桶。因而，利用轻、重原油 的差价使炼厂炼制重质原油的经济效益更好， 提高了炼厂炼制重质原油的积极性。 油价高企和科学技术的发展，使得开采重 质原油变为有利可图，因而重质原油的供应量 上升。9二. 市场变化促进了

6、重质油加工的发展3. 在高油价时代，炼油厂利润变小，加工重质油多产高附加产值的产品已成为提升炼厂经济效益的关键。4. 石油资源短缺，而油品市场上轻质油品的需求上升，从提高资源利用率考虑，必须提高重质油加工能力，用好每一吨原油。10三. 重质油加工工艺的现状从广义上说，重质油加工可分为重质馏份油（ 370520）加工和重质渣油（520）加工两类。由于 后者含有大量的金属和S，N等杂质，加工较前者困难。无论是重质馏分油加工或重质渣油加工，其目的主 要有两个： 一是要提高原料的HC比，以使其符合目的产品 的要求 二是要脱除原料中所含的金属，硫、氮、氧等杂 质。 要提高油品的HC比，不外乎两种方法，即

7、脱炭和 加氢。一般来讲，低油价高氢价有利于前一种方法，反之 高油价和低氢价则有利于后者 ： 流化催化裂化（FCC），渣油催化裂化（RFCC） ，焦化，减粘（VB）溶剂脱沥青（SDA）等都属脱炭 工艺 加氢则有各种类型不同的加氢工艺11三. 重质油加工工艺的现状（一）重质馏分油的加工 重质馏分油的转化，最早采用热裂化技 术，由于其产品质量差，轻质油收率低，现在已基本上被 淘汰，而被催化裂化和加氢裂化所代替。 1. 流化催化裂化（FCC）FCC自1942年工业化以来，由于其独特的技术优势 ，是炼油工业中发展最快的工艺。到2009年全球炼厂FCC 的加工能力已达7.29亿吨年，其中以美国为最大，达

8、2.83亿吨年。FCC的轻质油收率高，汽油加柴油的收率可达7080 ，所以经济效益好。随着FCC工艺和催化剂的发展， FCC工艺也用来增产丙烯等低碳烯烃。据统计，全球的丙 烯产量中，有13来自炼厂的FCC装置。12三. 重质油加工工艺的现状我国自上世纪60年代建成第一套FCC装置以来，发 展也很快。到2009年，我国FCC的加工能力已超过1.2亿 吨年，仅次于美国。我国有70以上的汽油和20以上 的柴油产自FCC装置，FCC已成为我国炼厂的核心工艺。 对FCC工艺和催化剂，多年来我国有了不少改进和创新。在FCC工艺方面，我国已开发出DCC、MIP、 MGG、FDFCC、TSRFCC等新技术。有

9、的技术如 DCC已出口到国外；在催化剂方面我国已开发出REY、USY、REHY 、ZRP等沸石系列FCC催化剂，有的已向国外出口。在催化剂烧焦再生方面也开发了单器再生、双器 两段再生、快速床再生（烧焦罐）、重叠式再生等多 种型式。13三. 重质油加工工艺的现状总的说来，我国的FCC技术已达国际先进水平。对各种不同性质原料和不同产品要求可做到“量体裁衣”的设计。对于杂质含量较高的重质馏分油（如高含硫原油的减压馏分油，焦化蜡油），为了改善产品分布，提高轻质油收率和适应环保要求，在进 FCC装置前应进行加氢处理。加氢处理的深度一般控制硫含量在10003000g/g之间，碱氮含量500g/g。14三.

10、 重质油加工工艺的现状2. 加氢裂化 加氢裂化工艺的特点是产品灵活性大，产品 质量好，在炼厂装置组成中占有重要地位，可以 起到根据市场变化调节产品种类的作用。其生产 的石脑油可作为 汽油组份或作为催化重整原料生产BTX芳 烃 可以生产喷气燃料和低硫柴油 可以生产BMCI值低的尾油作乙烯裂解原料 或润滑油原料 加氢裂化技术渊源于上世纪30年代在德国应 用的煤焦油加氢裂化，由于其操作条件苛刻（压 力22.0MPa，温度400420，室速0.64h-1）在二 战后没有继续应用。15三. 重质油加工工艺的现状直到上世纪60年代，对汽油的需求增长很快，而当 时催化裂化的转化率低，不能满足市场要求，加氢裂

11、化技 术才又受到重视，许多公司开发了有自己专利的加氢裂化 技术，当时主要用于把CGO、LCO和VGO转化为汽油 ： UOP公司的Lomax Chevron公司的Isocracking Union公司的Unicracking 巴斯夫公司的DHC等 随着FCC提升管技术和沸石催化剂的应用，FCC能 大量生产高辛烷值汽油，同时市场上喷气燃料和柴油需求 增长，所以自上世纪70年代以后，新建的加氢裂化装置都 转向以VGO生产喷气燃料和柴油。上世纪80年代以来， 加氢裂化除了多产中间馏分以外，又生产乙烯裂解原料或 高粘度指数润滑油原料。16加氢裂化工艺过程单段（反应器间不进行产品分离 ）两段（一段和二段间

12、进行产品分离 ）只有一个HC反应器HT+HC 一个或两个反应器HT+HC （两个反应器）HT+HC 两个或三个反应器 单一催化剂 低硫低氮原料 两种催化剂 高硫高氮原料 两种催化剂 HT段产品进行分离 尾油循环至HC反应器 两种或三种催化剂 第一个HC产品进行分离 尾油循环至第二HC反应器一次通过工艺（不循环）尾油循环至 HC反应器HC加氢裂化HT加氢处理加氢裂化工艺过程分类加氢裂化工艺过程分类17单段加氢裂化工艺流程示意图单段加氢裂化工艺流程示意图循环油循环油循环循环HH2 2反应器反应器新新HH2 2尾油尾油原料原料分离器分离器分分 馏馏 塔塔气体产品气体产品轻石脑油轻石脑油重石脑油重石脑

13、油柴油或航煤柴油或航煤18两段加氢裂化工艺流程示意图两段加氢裂化工艺流程示意图循环循环HH2 2一段反应器一段反应器新新HH2 2新鲜进料新鲜进料分离器分离器分分 馏馏 塔塔气体产品气体产品分离器分离器二段反应器二段反应器循环循环HH2 2轻石脑油轻石脑油重石脑油重石脑油柴油或航煤柴油或航煤19三. 重质油加工工艺的现状两段加氢裂化流程相对复杂，基本建设投资 、催化剂投资、操作费用都较高。因此，装置的 套数较单段加氢裂化为少、规模也小。但是，至 今仍在不断发展和工业应用，这主要因为其具有 一定优点和特点： 气体产率低，总液收高，氢耗也相对较低 产品质量好。柴油具有更低的芳烃和硫含 量 对原料的

14、适应性强，可以加工更重和质量 更差的原料 对产品的产率有更大的调节灵活性20现在工业化生产的加氢裂化装置都采用固定床，操作条件大致为： 压力MPa1020 反应温度 315400空速 h-10.41.5氢油体积比6501400三. 重质油加工工艺的现状21三. 重质油加工工艺的现状加氢裂化催化剂是双功能催化剂。载体主要提供酸 性，在其上发生裂解、异构化、歧化等反应，加氢活性则 由金属组份提供。 在上世纪60年代载体主要是无定形SiO2-Al2O3，这 种载体酸中心数少，孔径大，不易产生过度裂化，有 利于多产柴油。 到上世纪80年代后，绝大多数载体含有沸石。沸 石的应用大大提高了催化剂的活性，使

15、加氢裂化可在 较缓和的温度和压力下进行。 金属组分可分为贵金属和非贵金属两类 常用的非贵金属组分有W、Mo、Ni、Co， 多以硫化物状态使用。其活性强弱顺序为：W- NiMo-NiMo-CoW-Co， 贵金属组分则以Pt、Pd为主，多以金属状态 使用 在以生产中间馏分为主的加氢裂化催化剂，普遍 采用Mo-Ni或Mo-Co，以生产润滑油料为主时则采用 WNi22三. 重质油加工工艺的现状（二）重质渣油的加工工艺 1.减粘裂化工艺 减粘裂化是一种浅度的热裂化过程 渣油作为燃料油使用时，常常粘度达不到规格要求 ，需要加入轻油进行调合，以致降低了全厂轻质油收率。 将渣油经过减粘裂化可使渣油粘度降低，从

16、而减少调和轻 油的用量。 减粘裂化的流程有带反应器和不带反应器两种。不 带反应器的裂化反应在炉管内进行，操作周期较短。 减粘裂化操作的关键参数为反应温度和停留时间， 二者匹配不当就容易结焦。 通常的反应温度为400450 反应时间随反应温度和原料性质不同，有很大差 别，通常在2060分钟之间。 在各种渣油加工工艺中，减粘裂化目前还占有相当 大的比例（约30），在欧洲国家使用较多。 由于燃料油需求下降，新建炼厂中减粘裂化装置很 少。23减粘裂化（不带反应器）工艺流程示意图减粘裂化（不带反应器）工艺流程示意图分分 馏馏 塔塔气体气体+ +汽油汽油原料原料加热炉加热炉急冷急冷480480减粘渣油减粘渣