吳 瓊，潘 超，張 晶

懸浮床加氫裂化-液體收率最大化的渣油加工技術(shù)

吳 瓊，潘 超，張 晶

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，中國(guó) 撫順 113006）

隨著原油價(jià)格高漲以及燃料標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，煉油廠為了獲得更高利潤(rùn)，最大程度地把渣油轉(zhuǎn)化為車用燃料成為必然選擇。輕-重原油的價(jià)格差異也呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)，選擇可靠的重油改質(zhì)技術(shù)無疑會(huì)降低煉廠的加工成本。懸浮床加氫裂化技術(shù)，渣油（524 ℃+）的單程轉(zhuǎn)化率超過95%，液體收率＞100%。介紹了懸浮床加氫裂化的技術(shù)特點(diǎn)，并與延遲焦化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

渣油；懸浮床；加氫裂化

目前市場(chǎng)上可供選擇的具有高轉(zhuǎn)化率的渣油加工技術(shù)包括：渣油加氫裂化、渣油催化裂化、沸騰床渣油加氫、延遲焦化以及懸浮床加氫裂化。這些技術(shù)的選用受制于渣油的兩個(gè)主要性質(zhì)：金屬含量和殘?zhí)?，見圖1渣油加工技術(shù)選擇。

從圖1可以看出，固定床加氫裂化技術(shù)能夠加工的渣油具有非常低的殘?zhí)贾怠⒎浅５偷慕饘俸?；渣油催化裂化技術(shù)能夠加工的渣油具有低殘?zhí)贾?、低金屬含量；沸騰床加氫裂化技術(shù)能夠加工的渣油具有中等殘?zhí)贾怠⒅械冉饘俸?；延遲焦化、懸浮床加氫裂化能夠加工的渣油具有高殘?zhí)贾?、高金屬含量?/p>

圖1 渣油加工技術(shù)選擇Fig.1 The choice of residue processing technology

沸騰床加氫裂化技術(shù)的轉(zhuǎn)化率與延遲焦化的接近，雖然不生產(chǎn)固體低價(jià)值產(chǎn)品，但其液體渣油產(chǎn)品的質(zhì)量也很差，僅能作為重燃料油銷售。而且在線更換出大量廢催化劑，目前還沒有很好地處理方法。延遲焦化技術(shù)在操作可靠性、靈活性等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)，但對(duì)石油焦收率減少、液體收率增加方面的改進(jìn)效果很小，依然面臨著如何經(jīng)濟(jì)、環(huán)保處置石油焦的挑戰(zhàn)。

渣油加氫脫硫-渣油催化裂化技術(shù)組合雖然能夠處理較高金屬含量、殘?zhí)贾档脑?，但其低空速、短催化劑使用周期限制其廣泛應(yīng)用，而且催化裂化裝置生產(chǎn)的柴汽比也難以滿足市場(chǎng)需求。

1 懸浮床加氫裂化技術(shù)發(fā)展歷程

懸浮床加氫裂化技術(shù)是在 1913年德國(guó)Bergius-Pier煤液化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1927-1943年期間，使用該技術(shù)在德國(guó)建造并成功運(yùn)行12套煤直接液化裝置（有的裝置處理煤-煤焦油，煤-煤焦油瀝青，煤-重油的混合物）。

上個(gè)世紀(jì) 50年代初，實(shí)施煤直接液化裝置進(jìn)行加工渣油的改造，在工藝流程中添加固定床加氫反應(yīng)器處理渣油懸浮床加氫裂化的產(chǎn)物，得到可以直接銷售的成品油，從此，懸浮床加氫裂化+固定床加氫這一組合加氫技術(shù)成為 VCC懸浮床加氫裂化技術(shù)的標(biāo)志，這些裝置一直運(yùn)行到 60年代，由于渣油的價(jià)格僅為3美元/桶，大多數(shù)裝置被拆除，少數(shù)裝置被改造成其他用途。由于 70年代的石油危機(jī)，對(duì)煤直接液化技術(shù)又出現(xiàn)需求，在1981年5月經(jīng)過技術(shù)改良的3 500 桶/d VCC懸浮床加氫裂化裝置在德國(guó) Bottorp開車運(yùn)行，對(duì)煤進(jìn)行直接液化，并一直運(yùn)行到1987年4月，隨后改為加工渣油和超重油。

于此同時(shí)，為了給大型商業(yè)裝置提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，2個(gè)工業(yè)示范裝置和1個(gè)200桶/d的中試裝置在德國(guó)Scholven投入運(yùn)行，4個(gè)小型高壓試驗(yàn)裝置用來評(píng)價(jià)固定床加氫催化劑性能。依托這些裝置，在1987-2000年期間，懸浮床加氫裂化技術(shù)又得到進(jìn)一步改進(jìn)，擴(kuò)展了加工原料數(shù)據(jù)庫（世界上大多數(shù)超重油都在這些裝置上進(jìn)行過評(píng)價(jià)，另外催化裂化油漿、裂解焦油、減粘渣油、脫油瀝青、煤焦油、廢塑料等也進(jìn)行過加工），并對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)、性能預(yù)測(cè)模型的精確性、設(shè)備材料的適用性等進(jìn)行了驗(yàn)證。

這10多年的具體工作，概括如下：

（1）定義原料（煤、渣油等）的性能和特點(diǎn)；

（2）各種測(cè)試原料的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品收率和性能；

（3）開發(fā)新添加劑應(yīng)用于懸浮床反應(yīng)器、新催化劑應(yīng)用于固定床加氫反應(yīng)器；

（4）發(fā)展產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和測(cè)試方法；

（5）優(yōu)化反應(yīng)器構(gòu)型和尺寸；

（6）通過改變工藝設(shè)備排列優(yōu)化反應(yīng)流程；

（7）使用不同的內(nèi)絕熱系統(tǒng)；

（8）測(cè)試不同高壓進(jìn)料泵；

（9）測(cè)試多種建造材料；

（10）測(cè)試、開發(fā)關(guān)鍵閥和控制設(shè)備；

（11）測(cè)試新儀表控制系統(tǒng)；

（12）測(cè)試多種控制和卸料閥；

（13）測(cè)試多種法蘭和密封系統(tǒng)；

（14）測(cè)試多種密封材料；

（15）測(cè)試多種動(dòng)設(shè)備的密封裝置；

（16）開發(fā)和測(cè)試緊急泄壓系統(tǒng)。

對(duì)于所加工的原料，都能實(shí)現(xiàn)95%以上的轉(zhuǎn)化率，在1989年和1991年，VCC懸浮床加氫裂化技術(shù)對(duì)2套裝置實(shí)施技術(shù)轉(zhuǎn)讓并完成基礎(chǔ)工藝設(shè)計(jì)包設(shè)計(jì)，分別是8萬桶/d的加拿大油砂瀝青改質(zhì)裝置（業(yè)主是Exxon-Petro Canada的合資公司）、2.5萬桶/d的減壓渣油輕質(zhì)化裝置（業(yè)主是德國(guó)的OMW公司）。

2 懸浮床加氫裂化工藝和技術(shù)特點(diǎn)

2.1 縣浮床加氫裂化工藝流程

圖2是VCC裝置的簡(jiǎn)化流程示意圖。

圖2 VCC裝置的簡(jiǎn)化流程示意圖Fig.2 The simplified flow diagram of VCC Unit

2.2 裝置的技術(shù)特點(diǎn)

（1）一次通過流程，懸浮床加氫裂化反應(yīng)產(chǎn)物在分離出反應(yīng)殘余物后，全部進(jìn)入固定床加氫反應(yīng)器；

（2）石腦油產(chǎn)品可以直接進(jìn)入催化重整裝置，超低硫柴油（歐V標(biāo)準(zhǔn)）可以直接銷售，減壓瓦斯油可以直接進(jìn)入催化裂化或者加氫裂化；

（3）液體產(chǎn)物（C5-524 ℃）的收率＞100%；

（4）根據(jù)產(chǎn)品需求，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品分布，汽油10%～20%，柴油40%～60%，減壓瓦斯油50%～20%；

（5）渣油（524 ℃+）的單程轉(zhuǎn)化率超過95%，瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過90%；

（6）渣油原料的硫含量越高，在懸浮床加氫裂化反應(yīng)器內(nèi)越容易轉(zhuǎn)化；

（7）懸浮床加氫裂化反應(yīng)不使用含金屬的催化劑，僅添加很少量?jī)r(jià)格很低的天然礦物添加劑；

（8） 5%反應(yīng)殘余物為懸浮有固體添加劑的粘稠油漿。VCC懸浮床加氫裂化可以實(shí)現(xiàn)渣油單程轉(zhuǎn)化率為100%，但為了能夠用泵外甩出固體添加劑，需要一部分渣油殘留，故單程轉(zhuǎn)化率在95%以上；

（9）減壓渣油原料中的所有金屬雜質(zhì)幾乎全部沉積在天然礦物添加劑上，懸浮床加氫裂化的反應(yīng)產(chǎn)物中僅有痕量金屬雜質(zhì)，為下游加工帶來優(yōu)質(zhì)原料；

（10）無論是在中試裝置還是工業(yè)示范裝置，在反應(yīng)器器壁、管線從來沒有出現(xiàn)過污垢，確保裝置能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，開工率超過90%；

（11）操作壓力：18～23 MPa，操作溫度：430～470 ℃；

（12）懸浮床加氫裂化反應(yīng)器沒有內(nèi)構(gòu)件、沒有液體循環(huán)泵，物料向上通過反應(yīng)器。

2.3 VCC裝置殘余物的應(yīng)用

當(dāng)建設(shè)大規(guī)模工業(yè)裝置時(shí)，5%反應(yīng)殘余物如何有效處理是值得關(guān)注的，在VCC裝置運(yùn)行的10多年期間，對(duì)這些殘余物的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛考察，可以應(yīng)用到：

（1）煉鐵高爐（鐵礦石冶煉成生鐵），部分代替焦炭，除了利用它的高熱值性能以外，在固體添加劑上沉積的渣油原料所含鎳、釩等金屬也進(jìn)入到生鐵中，能夠提高煉鋼最終產(chǎn)品（鋼材）的品質(zhì)；

（2）對(duì)于含金屬雜質(zhì)很高的渣油，可以考慮從廢固體添加劑中回收金屬；

（3）氣化原料；

（4）鍋爐、水泥窯爐等燃料；

（5）為了便于長(zhǎng)途輸送，可以使用KBR公司的 AQUAFORM 造粒技術(shù)把粘稠油漿變成固體顆粒。

3 懸浮床加氫裂化與其他技術(shù)比較

某加工中東原油的 16.8萬桶/開工日煉油廠，生產(chǎn)4萬桶/開工日減壓渣油（w（硫）=4.3%），原工藝路線是減粘裂化生產(chǎn)燃料油，該煉廠為最大程度生產(chǎn)輕質(zhì)原料，考慮延遲焦化或者懸浮床加氫裂化處理減壓渣油，這兩種路線的產(chǎn)品對(duì)比見表1。

表1 產(chǎn)品收率比較Table 1 Comparison of product yield

從表1可以看出，懸浮床加氫裂化比延遲焦化可以多轉(zhuǎn)化近20%減壓渣油成輕質(zhì)組分，液體收率（C5-424 ℃）增加20.9%，其中柴油增加17.8%。2008年柴油-石油焦（通過熱值轉(zhuǎn)換）的價(jià)格差異是82美元/桶，而在2000年他們的價(jià)格差異為20美元/桶，他們價(jià)格差異的劇增，必將導(dǎo)致懸浮床加氫裂化比延遲焦化更具有競(jìng)爭(zhēng)力，增加的投資額能夠盡快回收。延遲焦化的液體產(chǎn)品必須經(jīng)過加氫處理才能適用，而 VCC懸浮床加氫裂化的石腦油可以直接進(jìn)入重整裝置，柴油產(chǎn)品的w（硫）＜10×10-6、十六烷值指數(shù)＞45、濁點(diǎn)＜-15 ℃完全滿足歐V柴油標(biāo)準(zhǔn)，減壓瓦斯油的w（硫）＜300×10-6、w（康氏殘?zhí)迹?.15%、w（金屬）＜1×10-6可以直接進(jìn)入催化裂化或者加氫裂化裝置，高產(chǎn)品質(zhì)量也增強(qiáng)了VCC懸浮床加氫裂化的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖3 凈現(xiàn)值比較Fig.3 Comparison of NPV

懸浮床加氫裂化、延遲焦化、沸騰床加氫裂化的凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率比較見圖3、圖4?？梢钥闯?，在原油價(jià)格高于50美元/桶，懸浮床加氫裂化的凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率都好于延遲焦化，而沸騰床加氫裂化只有在原油價(jià)格高于85美元/桶時(shí)，才有可能于延遲焦化競(jìng)爭(zhēng)。

圖4 內(nèi)部收益率比較Fig.4 Comparison of internal rate of raturn

近年來，原油價(jià)格一直維持在70美元/桶以上，而且預(yù)期會(huì)保持很長(zhǎng)時(shí)間，另外柴油-石油焦的價(jià)格差異也在增加。因此，在目前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，懸浮床加氫裂化是渣油輕質(zhì)化技術(shù)的最佳選擇。

4 結(jié) 論

懸浮床加氫裂化技術(shù)具有轉(zhuǎn)化率高、液體收率高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是渣油輕質(zhì)化的最佳解決方案。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京:中國(guó)石化出版社,2004.

[2] 韓崇仁.加氫裂化工藝與工程[M].北京:中國(guó)石化出版社,2001.

[3] Jose Cano, Jorge Ancheyta. Imp’s Process For Heavy Crude Oils Upgrading[M]. NPRA, 2009.

The Suspended bed Hydrocracking Technology –A Residue Processing Technology With Maximization Liquid Yield

WU Qiong，PAN Chao，ZHANG Jing
(HQCEC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006，China)

With price upsurging of crude oil and gradual strictness of fuel standard, in order to gain higher profit, it is a necessary choice for the refinery to converse residue into automotive fuel.The price difference between light crude oil and heavy crude oil is being expanded, choosing reliable heavy oil upgrading technology can reduce refinery’s processing cost. Single pass conversion of residue（524 ℃+）of the suspended bed hydrocracking technology is over 95%（wt）, liquid yield is more than 100%（vol）. In this paper，characteristics of the suspended bed hydrocracking technology were introduced，and it was compared with the delayed coking technology.

Residue ; Suspended bed ; Hydrocracking

TE 624.4+32

A

1671-0460（2010）06-0699-04

2010-10-11

吳 瓊（1983-），女，遼寧撫順人，助理工程師，2006年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化工學(xué)院，目前從事石油化工工程設(shè)計(jì)工作。E-mail：cinderella-mint@163.com，電話：0413-7593645。