深度加工重油和渣油

深度加工重油和渣油

在國(guó)際石油價(jià)格日益高的背景下，全球石油需求結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，重油消耗逐年減少，重油和輕油運(yùn)輸?shù)男枨笾鹉暝黾?。我?guó)常規(guī)原油供需矛盾日益緊張,2007年對(duì)外依存度達(dá)46.05%,同比增長(zhǎng)14.7%。原油供應(yīng)不足嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)煉油工業(yè)的發(fā)展。目前,延遲焦化在短期內(nèi)仍是渣油加工的主體工藝,加氫處理可以顯著提高渣油和重油加工的液收率,是今后煉油工藝的發(fā)展方向。1減壓渣油含量逐年提高世界上的重油資源非常豐富,資源儲(chǔ)量是常規(guī)原油可采儲(chǔ)量的2.7倍,其分布情況見(jiàn)表1。全球常規(guī)原油變重的趨勢(shì)明顯,原油中減壓渣油的含量逐年增高。我國(guó)原油的減壓渣油含量高達(dá)40%~50%。預(yù)計(jì)常規(guī)原油產(chǎn)量將在今后的15~20a內(nèi)達(dá)到峰值,然后進(jìn)入遞減期。但隨著發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增速,能源的消耗量將出現(xiàn)較大幅度的增加,能源的巨大缺口將主要依靠稠油及油砂、瀝青等非常規(guī)能源來(lái)彌補(bǔ)[1]。2加工方法2.1理所占的比例我國(guó)渣油處理方式主要是延遲焦化,加氫處理所占的比例較小。溶劑脫瀝青作為延遲焦化的重要組合工藝,在某些煉油廠協(xié)助延遲焦化處理過(guò)剩的殘?jiān)?取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。2.1.1煤制油的發(fā)展延遲焦化在加工重質(zhì)、劣質(zhì)原料方面具有技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),因此在世界各國(guó)得到普遍應(yīng)用。專家認(rèn)為[,]:延遲焦化工藝在當(dāng)前乃至今后一個(gè)時(shí)期仍是渣油加工的主要手段。延遲焦化屬于連續(xù)-間歇式生產(chǎn),生產(chǎn)的輕質(zhì)及中間餾分油含硫量及殘?zhí)剂窟^(guò)高,仍需加氫處理才能作為FCC的進(jìn)料。該裝置是煉油廠中處理大量固體物料的唯一裝置,水力切焦及敞口的焦化池產(chǎn)生大量廢氣和廢水,難以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。尤其是隨著進(jìn)口高硫原油的變劣變重,焦炭產(chǎn)率逐年增加,產(chǎn)生的高硫石油焦難以利用,成為制約延遲焦化發(fā)展的瓶頸。趙子明[3]對(duì)高硫石油焦的工業(yè)利用前景進(jìn)行了分析,通過(guò)對(duì)比水泥窯、循環(huán)流化床(CFB)鍋爐及渣油—石油焦氣化聯(lián)合循環(huán)一體化(IGCC)技術(shù),提出CFB鍋爐的利用,將是我國(guó)處理高硫石油焦的發(fā)展方向。但姚國(guó)欣[4]認(rèn)為CFB在凈化排放氣體的過(guò)程中加入大量CaO,需增加投資,設(shè)置專門的處理設(shè)施,占用場(chǎng)地很大,并且產(chǎn)生的CaSO難以利用。IGCC可以利用延遲焦化產(chǎn)生的高硫石油焦生產(chǎn)氫氣、蒸汽實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)電,既解決了高硫石油焦的出路問(wèn)題,又可實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn),避免了CFB造成的污染。但由于IGCC在世界范圍內(nèi)仍處于工業(yè)示范階段,國(guó)內(nèi)煉油界對(duì)其發(fā)展持謹(jǐn)慎態(tài)度[5],認(rèn)為IGCC設(shè)備復(fù)雜、投資大,部分氣化技術(shù)和大功率燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)和設(shè)備等均需引進(jìn),空分得到的氮?dú)赓Y源難以利用,而且我國(guó)至今還沒(méi)有1套以高硫石油焦為燃料的IGCC示范裝置,缺乏有關(guān)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。以煤為原料的IGCC關(guān)鍵技術(shù)研究在國(guó)家科技部和國(guó)家電力公司的資助和組織下,已于2000年全面完成了攻關(guān)任務(wù)。IGCC示范電廠及中國(guó)華能集團(tuán)公司“綠色煤電”計(jì)劃的實(shí)施,將為我國(guó)IGCC發(fā)電技術(shù)的推廣和應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)[6]。目前煤炭行業(yè)正投入巨資發(fā)展煤制油技術(shù),而IGCC也符合煤的間接液化理念,為我國(guó)煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用指出一條可行道路。因此可以整合電力,煤炭和石化三大行業(yè)的優(yōu)勢(shì)資源,共同承擔(dān)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn),以加速以高硫石油焦及煤炭為原料的IGCC技術(shù)在我國(guó)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。2.1.2催化劑的種類有些煉油廠將原有的渣油溶劑脫瀝青裝置進(jìn)行改造[7],使之用于生產(chǎn)催化裂化原料脫瀝青油(DAO)。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明,DAO收率達(dá)54%,金屬脫除率達(dá)90%以上,所得脫油瀝青(DOA)進(jìn)循環(huán)流化床(CFB)鍋爐,有效降低了化肥生產(chǎn)成本,并提供了廉價(jià)氫氣,為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的渣油重溶劑脫瀝青-加氫處理-催化裂化組合工藝技術(shù)(SHF),利用重溶劑脫除減壓渣油中的全部瀝青質(zhì)和絕大部分金屬,而得到的DAO收率較高,加氫后的DAO是優(yōu)質(zhì)的催化裂化原料。采用SHF技術(shù)加工高硫、高金屬含量的渣油不僅可以獲得較高的輕質(zhì)油收率,而且可以較大幅度地降低重油加氫裝置的投資和操作費(fèi)用,延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。SHF技術(shù)的關(guān)鍵在于解決大硬度瀝青的出路問(wèn)題[,],因此該技術(shù)路線特別適合建有CFB、IGCC或者燃料發(fā)電廠等能處理大硬度瀝青的煉油廠。近年來(lái),許多學(xué)者使用超臨界流體萃取(SFEF)技術(shù)對(duì)渣油進(jìn)行加工,制備出了一系列高附加值的石化產(chǎn)品,使之成為一項(xiàng)具有潛力的渣油—重油加工新技術(shù)。張曉東等人[10]通過(guò)SFEF制備出了精制石蠟及中間相瀝青。宋景平等人[11]采用SFEF技術(shù),以減壓渣油和催化裂化油漿為原料生產(chǎn)出牌號(hào)為AH70、AH90及AH110的瀝青。2.1.3裝置的性能評(píng)價(jià)渣油加氫-重油催化裂化組合工藝是當(dāng)前加工含硫渣油的最佳選擇。由于國(guó)際油價(jià)居高不下,含硫原油和低硫原油的差價(jià)愈發(fā)明顯,渣油加氫較高的一次性投資和加工費(fèi)用已不再是一個(gè)突出的問(wèn)題,該工藝液收率高,在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品質(zhì)量以及環(huán)保方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。4種典型的渣油加氫工藝裝置的性能評(píng)價(jià)[12]見(jiàn)表2。加氫裂化技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和完善[13],工藝已經(jīng)比較成熟。雖然有多種形式,但基本原理相同,許多操作參數(shù)的變化范圍都不是很大。但是加氫裂化催化劑開(kāi)發(fā)和更新?lián)Q代很快,因此開(kāi)發(fā)加氫裂化催化劑將是加氫裂化發(fā)展的重點(diǎn)。由于世界重油開(kāi)采量的逐年增加,沸騰床和懸浮床加氫技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展可能要加快。如何提高沸騰床催化劑的活性、催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、改變成便于輸送的形狀(目前為條狀)、減少催化劑破損,是今后努力的方向。對(duì)于懸浮床加氫催化劑而言[12],未來(lái)最大的發(fā)展可能性是用單一廉價(jià)的高活性組分制成膠體或納米級(jí)催化劑加入到反應(yīng)體系中,可大大減少催化劑的用量。2.2重油懸浮床技術(shù)我國(guó)稠油資源十分豐富,遼河石化公司將建成國(guó)內(nèi)最大的稠油加工基地和道路瀝青生產(chǎn)研發(fā)基地。稠油加工以往通過(guò)減壓蒸餾生產(chǎn)重交道路瀝青及減粘裂化生產(chǎn)燃料油,瀝青產(chǎn)量過(guò)大。為了從稠油中提取更多的輕組分,王月霞等人[14]通過(guò)對(duì)比分析懸浮床加氫-延遲焦化、ROP工藝-加氫處理-渣油催化裂化及延遲焦化等3種加工方案,提出遼河稠油應(yīng)采用延遲焦化方案。胡于中等人[15]認(rèn)為重油懸浮床加氫裂化技術(shù)是一項(xiàng)極具前景的新型稠油輕質(zhì)化工藝,該技術(shù)可以加工質(zhì)量極差的油砂、瀝青質(zhì)原油及高金屬含量的渣油,產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%以上。世界上許多公司相繼開(kāi)發(fā)成功了許多相似的工藝技術(shù),建立了工業(yè)示范裝置并已成功運(yùn)轉(zhuǎn)多年。由中國(guó)石油公司組織開(kāi)發(fā)的重油懸浮床加氫工藝也已具備工業(yè)化推廣條件,該技術(shù)為解決我國(guó)稠油的加工利用開(kāi)辟了新途徑。測(cè)試結(jié)果表明,在中等苛刻度條件下,克拉瑪依常壓渣油經(jīng)懸浮床加工后輕質(zhì)油收率接近60%,并且反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有任何結(jié)焦。Eni的懸浮床技術(shù)(EST)可以把最重的原油和瀝青轉(zhuǎn)化為超清潔燃料[9]。通過(guò)技術(shù)改進(jìn),可以生產(chǎn)滿足未來(lái)EU柴油標(biāo)準(zhǔn)的VGO,該工藝的進(jìn)料轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上,部分進(jìn)料直接轉(zhuǎn)化為輕餾分油和中間餾分油,得到的VGO和DAO由于金屬和殘?zhí)济摮矢哌_(dá)95%,可作為FCC或HC的原料。溶劑脫瀝青也是EST工藝的重要組成部分,EST工藝流程見(jiàn)圖1。2.3油砂加工方案研究近年來(lái)從油砂瀝青中提取原油的技術(shù)取得了突破性進(jìn)展,現(xiàn)在合成原油的成本已降至9美元/桶,加拿大HuskyEnergy公司認(rèn)為原油價(jià)格只要高于20美元/桶,開(kāi)采油砂就會(huì)有利可圖,而目前國(guó)際原油價(jià)格已突破100美元/桶,世界進(jìn)入高油價(jià)時(shí)代。中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速,原油對(duì)外依存度大,加拿大油砂是較好的可利用資源。邢定峰等人[16]對(duì)加拿大Dilbit原油(30%的凝析油+70%的油砂瀝青)加工方案進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了LC-Fining方案、流化焦化方案及LC-Fining-流化焦化組合方案等3套加工方案,見(jiàn)圖2~4。通過(guò)對(duì)上述3種加工方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)成熟程度等方面的綜合對(duì)比,推薦采用LC-Fining-流化焦化組合方案。目前我國(guó)的煉油廠中還沒(méi)有LC-Fining裝置和流化焦化裝置,LC-Fining所需均相催化劑也需從國(guó)外進(jìn)口。因此要加工油砂瀝青資源,必須在技術(shù)上進(jìn)行儲(chǔ)備,通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)的開(kāi)發(fā)。3igcc工藝特點(diǎn)(1)世界石油能源供應(yīng)將由常規(guī)原油向重油過(guò)渡。(2)石油焦、煤炭等加工技術(shù)將由CFB鍋爐向IGCC系統(tǒng)過(guò)渡,建議石油、煤炭和電力等行業(yè)協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)科技力量共同研發(fā)IGCC系統(tǒng),分擔(dān)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn),為生產(chǎn)超