□ 喬 明 李雪靜

技—術(shù)創(chuàng)新成為煉化發(fā)展主題從第22屆世界石油大會(huì)看煉化技術(shù)的新進(jìn)展

□ 喬 明 李雪靜

煉化行業(yè)的清潔、高效、低碳發(fā)展對油氣行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到關(guān)鍵的推動(dòng)作用。

2017年7月9日～13日，第22屆世界石油大會(huì)在土耳其伊斯坦布爾舉行，來自50多個(gè)國家的能源部長、500多名企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者及5000多名行業(yè)代表參加了會(huì)議。本屆大會(huì)圍繞“架起通向能源未來的橋梁”主題，就世界能源變革趨勢、低油價(jià)背景下石油天然氣行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)、煉油與石化行業(yè)的發(fā)展、氣候變化戰(zhàn)略、技術(shù)創(chuàng)新、人力資源管理等議題深入討論。業(yè)界代表一致認(rèn)為，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口快速增長，對能源的需求繼續(xù)增加，能源行業(yè)需要通過加大投資、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、高水平的人力資源和創(chuàng)新商業(yè)模式等實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，并呼吁進(jìn)一步加強(qiáng)溝通與合作，為世界提供更多更清潔的優(yōu)質(zhì)能源。

本屆大會(huì)涉及煉化技術(shù)方面的專題主要集中在重油加工、清潔燃料生產(chǎn)、煉化一體化三個(gè)方面：一是煉廠加工的重質(zhì)原油日益增加，隨著對原油性質(zhì)的認(rèn)識(shí)加深，加氫和脫碳工藝均取得新進(jìn)展；二是清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，低成本、高脫硫活性依然是催化劑的研發(fā)熱點(diǎn)；三是通過煉化一體化優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈，多產(chǎn)化工原料和高附加值化工產(chǎn)品。

常規(guī)重油加工技術(shù)取得新進(jìn)展

隨著全球重質(zhì)原油產(chǎn)量上升、油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷趨嚴(yán)，煉廠面臨原料質(zhì)量變化及產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的雙重挑戰(zhàn)。重質(zhì)原油含有硫、氮、金屬、瀝青質(zhì)等大量雜質(zhì)，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量渣油，加工重質(zhì)原油的煉廠需要不斷改進(jìn)工藝和催化劑，以滿足對高質(zhì)量交通運(yùn)輸燃料的需求。與此同時(shí)，全球汽柴油需求繼續(xù)增加，燃料油需求在減少，因此需要將重質(zhì)/超重原油及渣油更多地轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的產(chǎn)品（例如中餾分油）?？仆乜茖W(xué)研究院采用負(fù)載γ-氧化鋁催化劑，嘗試建立液體產(chǎn)品性質(zhì)、催化劑生命周期與原料的組成、性質(zhì)及加氫處理操作條件之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：原料質(zhì)量越差，催化劑壽命越短；劣質(zhì)原料含有相對較高含量的取代雜環(huán)硫化合物，為實(shí)現(xiàn)中餾分油產(chǎn)品硫含量10ppm的目標(biāo)，需要較高的平均床層溫度，催化劑要求活性位更多、加氫和酸性功能更強(qiáng)。催化劑的選擇比工藝條件的選擇更重要，在加工瀝青質(zhì)時(shí)，需要綜合考慮催化劑所用材料性質(zhì)、活性位數(shù)量、抗失活性能等因素來設(shè)計(jì)催化劑配方。

常規(guī)加氫裂化將減壓瓦斯油（VGO）中的餾出物轉(zhuǎn)化為柴油、噴氣燃料和石腦油等目標(biāo)產(chǎn)品，但加工比VGO更重的原料時(shí)面臨較大挑戰(zhàn)，會(huì)使裝置運(yùn)行性能下降，效率降低。沙特阿美公司在過去幾年間通過對工藝和催化劑進(jìn)行改進(jìn)，提高了利雅德煉廠加氫裂化裝置加工脫金屬油（DMO）的能力。沙特阿美公司和日本日揮株式會(huì)社合作開發(fā)了一個(gè)催化劑系統(tǒng)，使利雅德煉廠的加氫裂化裝置能夠處理VGO和DMO的混合原料，延長了裝置運(yùn)行周期，同時(shí)提高或保證餾分油的收率和質(zhì)量,餾分油收率提高了1.7%。

印度石油公司為提高延遲焦化裝置的液體收率，降低焦炭產(chǎn)率，開發(fā)了一種添加劑。其反應(yīng)機(jī)理是在縮合反應(yīng)前提高重質(zhì)烴類分子的裂化速率。與無添加劑的情況相比，焦炭收率降低4%，中餾分油和LPG收率分別增加3%和1%。對百萬噸的延遲焦化裝置來說，采用該技術(shù)每年可為煉廠增加1200萬美元的利潤。

減黏裂化是一種成熟的熱裂化工藝，用于加工減壓渣油生產(chǎn)氣體、石腦油、柴油等高價(jià)值的產(chǎn)品。由于轉(zhuǎn)化率較低，減黏裂化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不多，需要探索有效提高轉(zhuǎn)化率的方案，以最大限度地提升現(xiàn)有減黏裂化裝置的盈利能力。印度斯坦石油公司開發(fā)了不同種類的均相催化劑，在不同的催化劑濃度下進(jìn)行了減壓渣油轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)室研究。在1.7萬桶/日的減黏裂化裝置進(jìn)行應(yīng)用，使轉(zhuǎn)化率提高了4.5%，新增經(jīng)濟(jì)效益200萬美元。

新型催化劑仍是清潔燃料生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)

為應(yīng)對柴油超深度脫硫中脫除具有β位阻的高分子量硫化物的挑戰(zhàn)，中國石化撫順石化研究院對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，開發(fā)了一系列高性能的柴油加氫脫硫催化劑，已成功應(yīng)用于全球60多套工業(yè)裝置，催化劑性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。Mo-Co型FHUDS-5催化劑烷基轉(zhuǎn)移直接脫硫活性好、氫耗低、高溫下穩(wěn)定性好，被BP、挪威Statoil和匈牙利MOL公司評(píng)為世界一流水平。Mo-Ni型FHUDS-6催化劑芳烴飽和及加氫脫氮性能強(qiáng)，十六烷值增加及密度降低幅度大，與國外最新催化劑對比評(píng)價(jià)達(dá)到世界一流水平。為了降低運(yùn)行成本，中國石化還開發(fā)了SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)，可節(jié)省投資20%左右，降低綜合能耗30%以上。撫順石化研究院開發(fā)了高芳烴催化柴油加氫轉(zhuǎn)化生產(chǎn)高辛烷值清潔汽油技術(shù),使低十六烷值柴油部分轉(zhuǎn)化為高辛烷值汽油或芳烴原料，國5汽油組分收率超過50%，辛烷值在91～94之間。

目前，柴油加氫脫硫使用的催化劑主要是金屬負(fù)載鈷、鎳及鉬等氧化鋁載體催化劑。二氧化鈦載體催化劑由于表面積過小，一直未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。日本Chiyoda公司開發(fā)了一種混合二氧化鈦載體，在氧化鋁納米顆粒表面增加二氧化鈦涂層，具有很高的表面積，與氧化鋁載體相當(dāng)，該催化劑的脫硫活性提高了1.5倍，可將反應(yīng)溫度降低大約10攝氏度。該催化劑在日本西部石油株式會(huì)社山口煉油廠進(jìn)行了應(yīng)用，原料中輕循環(huán)油的濃度最高達(dá)到30%，裝置穩(wěn)定運(yùn)行31個(gè)月以上。

為提高氫氣收率，降低操作成本，印度斯坦石油公司對用輕石腦油代替含硫直餾石腦油制氫進(jìn)行了研究，預(yù)計(jì)氫氣收率可以提高2%。由于不需要預(yù)脫硫，因而降低了操作成本。閑置的預(yù)脫硫裝置可以用來對高硫重石腦油進(jìn)行加氫處理，與柴油進(jìn)行一定程度的調(diào)和，不會(huì)影響柴油產(chǎn)品的質(zhì)量。這種方案需要的投資很少，對制氫和預(yù)脫硫裝置的操作條件改變也不大。兩種方案結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)煉廠柴油收率提高約0.8%，年收入提高380萬美元。

撫順石油化工研究院的科研人員使用X射線電子能譜儀對催化劑表面元素化學(xué)狀態(tài)、活性組分、硫化度、活性組分在載體的分散狀態(tài)進(jìn)行分析。朱峰 攝

煉化一體化是提高效益的重要手段

中東歐煉廠和聚合物生產(chǎn)商面臨市場空間和原料來源途徑有限的挑戰(zhàn)，區(qū)域內(nèi)競爭激烈。匈牙利MOL公司深入研究煉油化工一體化解決方案，利用線性規(guī)劃模型根據(jù)下游聚烯烴產(chǎn)品的需求確定煉油產(chǎn)品的生產(chǎn)方案，實(shí)現(xiàn)煉油廠和石化廠的最佳原料選擇及最佳裝置配置。除了產(chǎn)品數(shù)量和結(jié)構(gòu)，在優(yōu)化過程中也考慮了煉廠生產(chǎn)的石腦油原料的質(zhì)量，更好地優(yōu)化蒸汽裂解裝置的收率，提高經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)根據(jù)預(yù)期產(chǎn)品收率及自產(chǎn)和外購的石腦油組分計(jì)算蒸汽裂解裝置的經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化石腦油池。

印度巴拉特石油公司投資41億美元在其19萬桶/日的Kochi煉廠開展了煉化一體化擴(kuò)能項(xiàng)目，包括煉油擴(kuò)能和利用來自煉廠的原料生產(chǎn)丙烯衍生物。該煉廠計(jì)劃新增煉油能力12萬桶/日，通過加工100%的重質(zhì)原油，增加塔底渣油改質(zhì)裝置，根據(jù)需求靈活多產(chǎn)汽油或瓦斯油，并利用丙烯原料生產(chǎn)酯級(jí)丙烯酸、含氧基醇、丙烯酸酯3種依賴進(jìn)口的小品種丙烯衍生物，煉廠的Nelson復(fù)雜指數(shù)可提高到10以上。這是印度首個(gè)大規(guī)模地通過煉化一體化生產(chǎn)丙烯酸、含氧基醇和丙烯酸酯的項(xiàng)目。煉油擴(kuò)能預(yù)計(jì)在2017年建成投產(chǎn)，屆時(shí)煉油廠的利潤將提高60%，煉油毛利將從6美元/桶提高到9.5美元/桶。2018年石化項(xiàng)目投產(chǎn)后，整個(gè)煉化一體化項(xiàng)目的利潤將進(jìn)一步增加15%。

印度工程公司對利用煉廠低價(jià)值的物料（如煉廠氣、焦化石腦油等）作為石化原料生產(chǎn)烯烴的煉化一體化案例進(jìn)行了研究。案例中的煉廠煉油能力為18萬桶/日，生產(chǎn)滿足歐III和歐IV標(biāo)準(zhǔn)的燃料，主要裝置包括催化裂化、延遲焦化、減壓瓦斯油和重焦化瓦斯油加氫，煉廠的Nelson復(fù)雜性指數(shù)高于10。利用線性規(guī)劃模型計(jì)算得到效益增加最多和投資回報(bào)率最高的方案。結(jié)果顯示，煉油能力提高25%，將煉廠氣、輕煤油、全餾分石腦油、LPG送入120萬噸/年的乙烯裂解裝置，生產(chǎn)80萬噸/年線型低密度聚乙烯/高密度聚乙烯、40萬噸/年高密度聚乙烯、50萬噸/年聚丙烯，同時(shí)將焦炭用于熱電聯(lián)產(chǎn)的一體化方案經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

日本捷客斯能源株式會(huì)社開發(fā)了一種由輕循環(huán)油生產(chǎn)BTX（苯、甲苯、二甲苯）的新工藝。常規(guī)的輕循環(huán)油生產(chǎn)BTX工藝是在加氫裂化裝置中，輕循環(huán)油在高壓氫氣環(huán)境下轉(zhuǎn)化為重石腦油，重石腦油餾分在催化重整裝置中轉(zhuǎn)化成BTX。這種工藝需要大量氫氣和高壓反應(yīng)，BTX收率通常也不高。該公司開發(fā)的FCA（流化催化芳構(gòu)化）工藝可以在不需要?dú)錃獾那闆r下利用輕循環(huán)油生產(chǎn)BTX，BTX的收率能夠達(dá)到35%。由于結(jié)焦引起的催化劑失活是FCA工藝面臨的主要挑戰(zhàn)，為了解決這個(gè)問題，采用循環(huán)流化床反應(yīng)系統(tǒng)來對失活的催化劑進(jìn)行再生，使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。目前該工藝已經(jīng)在接近商業(yè)化的裝置上進(jìn)行了測試，研究優(yōu)化了催化劑及反應(yīng)條件。

（作者單位：中國石油石油化工研究院）