我國煉廠重油深加工技術(shù)進(jìn)展

我國煉廠重油深加工技術(shù)進(jìn)展

作為主要的原油出口國，中國的原油生產(chǎn)將不可避免地增加。在高油價(jià)和技術(shù)進(jìn)步的共同推動(dòng)下,未來原油資源供應(yīng)中重油和超重油的供應(yīng)比例將增長,中質(zhì)原油的供應(yīng)比例將持續(xù)下降,這種趨勢在我國已經(jīng)顯現(xiàn)。我國原油供應(yīng)將日趨多元化和劣質(zhì)化,這要求我國的煉廠,特別是沿海地區(qū)煉廠發(fā)展靈活和適應(yīng)能力強(qiáng)的重油深加工流程。一、現(xiàn)有重油加工技術(shù)1.提高渣油含量和其減壓塔使用要求減壓深拔技術(shù)可提高蠟油收率,增產(chǎn)催化裂化和加氫裂化原料,壓縮渣油產(chǎn)率或熱加工比例,因而可以提高生產(chǎn)效益。例如,對(duì)伊朗重油和沙特中質(zhì)油等,通過減壓深拔技術(shù)可直接生產(chǎn)合格的重交瀝青。國外已將減渣切割溫度設(shè)在565℃,有的設(shè)在620℃以上。國內(nèi)減渣切割溫度多數(shù)低于550℃。以大慶油為例,減渣切割溫度由500℃提高至575℃,渣油收率可下降18個(gè)百分點(diǎn)。要提高減壓拔出率,應(yīng)首先提高常壓拔出率。減壓塔使用填料是減壓深拔的重要措施,典型的填料如:Koch-Glish的Gempak、Sulzer的Mellapak、Mellapakplus。新填料比常規(guī)填料可提高20%～30%的處理量。為提高減壓拔出率,還應(yīng)采取如下措施:1)減壓爐爐管分段擴(kuò)徑;2)控制減壓塔底溫度,減少裂解氣生成;3)改善減壓閃蒸段分離效果,減少霧沫夾帶;4)改善清洗段,保證深拔瓦斯油的質(zhì)量等。漸次蒸餾(ProgressiveDistillation)是原ELF和TECHNIP共同開發(fā)的節(jié)能常減壓蒸餾技術(shù),不僅適用于新裝置建設(shè),更適合于老裝置改造。德國的Leuna煉廠1000萬噸/年常減壓蒸餾選用了該技術(shù),減渣切割溫度達(dá)585℃,而能耗比常規(guī)蒸餾低約30%。2.原油加工和熱裂化工藝組合減粘裂化和熱裂化技術(shù)已發(fā)展成應(yīng)用甚廣的工藝。SHELL/LUMMUS的塔式減粘和UOP/FW的加熱爐式減粘均可增設(shè)減壓塔或減壓閃蒸罐,增產(chǎn)減壓蠟油,提高餾分油收率。除了減渣,減粘裂化可以處理更重也更粘稠的脫油瀝青。減粘裂化可與多種重油深加工工藝組成聯(lián)合工藝:1)加工輕質(zhì)原油的煉廠,減壓深拔+減粘裂化是投資省、效益較好的深加工路線;2)減粘裂化可為氣化裝置提供原料;3)減粘裂化+溶劑脫瀝青或溶劑脫瀝青+減粘裂化可為催化裂化和加氫處理提供更多原料;4)減粘裂化可用來生產(chǎn)重交瀝青組分,擴(kuò)大生產(chǎn)重交瀝青的原油資源。此外,減粘裂化還可以組成多種工藝組合。減粘裂化和熱裂化已發(fā)展為多種特色工藝。Toyo工程公司等合作開發(fā)的HCSC(HighConversionSoakerCracking)工藝,渣油轉(zhuǎn)化率可達(dá)55%,同溶劑脫瀝青結(jié)合,殘?jiān)臍浜恳呀抵梁艿退?接近于焦炭,稱為“液焦”,液焦收率可低至原料殘?zhí)克街?。在塔式減粘的基礎(chǔ)上,SHELL開發(fā)了深度熱轉(zhuǎn)化工藝(STGP,ShellThermalGasoilProcess),該工藝設(shè)減壓閃蒸塔,可增產(chǎn)蠟油;殘?jiān)蔀闅饣峁┰?用于發(fā)電、制氫及生產(chǎn)其他化學(xué)品。3.折流板及重溶劑溶劑脫瀝青技術(shù)的進(jìn)步主要表現(xiàn)在:1)改進(jìn)塔內(nèi)件,使用規(guī)整填料。例如,KBR的ROSE工藝使用ROSEMAX,UOP的DEMEX工藝使用平行折流板。2)使用重溶劑,C4乃至C5。溶劑脫瀝青可以同其他工藝組成聯(lián)合工藝:1)與焦化組成聯(lián)合工藝,增產(chǎn)催化裂化和加氫裂化原料,瀝青則供焦化加工;2)同渣油加氫、氣化組成聯(lián)合工藝,脫瀝青油供加氫處理,瀝青供氣化制氫。BP將溶劑脫瀝青用于LC-Fining未轉(zhuǎn)化油的處理,脫瀝青油供催化裂化加工,瀝青供焦化加工。KBR和DEVCO合作開發(fā)了Aquaform瀝青造粒工藝,瀝青顆粒的直徑分布很窄,約為1～3毫米。FW開發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐可以燃用瀝青。4.其他化工原料催化裂化技術(shù)的改進(jìn)主要在以下方面:1)使用高效霧化噴嘴。2)改進(jìn)快分,例如UOP的VSS和VDS等。3)提升管溫度控制,例如MTC技術(shù)等。4)發(fā)展原料預(yù)處理和產(chǎn)品后處理,生產(chǎn)清潔燃料和清潔生產(chǎn)。5)增產(chǎn)丙烯等化工原料。例如,UOP/ATOFINA的OCP(OlefinCrackingProcess)、Lurgi的Propylur工藝,可以催化裂解C4～C8烯烴,增產(chǎn)丙烯,與蒸汽裂解組成混合式裂解裝置。催化裂化家族技術(shù)必然生成低附加值的雙、多環(huán)芳烴,UOP的LCOUnicracking可以有選擇性地將其轉(zhuǎn)化為附加值高的單環(huán)芳烴。新工藝的不斷涌現(xiàn),正以催化裂化為核心形成一個(gè)生產(chǎn)化學(xué)品的新系統(tǒng)。6)改進(jìn)催化劑,提高渣油轉(zhuǎn)化率,改善焦炭和干氣的選擇性,提高抗V、Ni能力,增產(chǎn)丙烯,增加脫硫和降烯烴等功能。7)降低污染物排放,減少煙氣處理。8)改進(jìn)設(shè)備,提高效率。例如汽提段使用格柵或填料,主分餾塔使用填料等。5.延遲焦化技術(shù)延遲焦化技術(shù)的進(jìn)步主要表現(xiàn)在:1)改進(jìn)加熱爐,例如雙面輻射、多點(diǎn)注汽、在線清焦等。2)焦炭塔大型化,直徑達(dá)8.8米的焦炭塔已很常見。由Bechtel承包,Sweeny煉廠采用Conoco技術(shù)建設(shè)的延遲焦化,塔徑達(dá)9米,重達(dá)476噸。3)優(yōu)化操作,提高液收,改善焦炭質(zhì)量。例如低壓和低循環(huán)比操作;摻煉催化裂化澄清油,抑制爐管結(jié)焦和彈丸焦生成。Conoco改重焦化蠟油為中間餾分油(315～425℃)循環(huán),焦炭收率可下降7%～9%;4)縮短焦炭塔操作周期,周期由過去的24小時(shí)縮至16～18小時(shí),乃至12～14小時(shí)。5)提高自動(dòng)化水平,卸、上蓋全自動(dòng)等。6)減少污染,焦炭輸送系統(tǒng)全密閉,改進(jìn)冷焦水和出焦水系統(tǒng),減少污水量。6.流化焦化技術(shù)流化焦化技術(shù)于上世紀(jì)50年代工業(yè)化,其焦炭產(chǎn)率約為殘?zhí)康?.2倍(延遲焦化則約為1.5倍)。因煙氣需洗滌,焦粉硬且揮發(fā)份低而難以處理,該工藝的發(fā)展曾陷入停滯狀態(tài)。同延遲焦化技術(shù)相比,流化焦化是連續(xù)操作,易于大型化,且能處理延遲焦化難以處理的劣質(zhì)原料。循環(huán)流化床鍋爐和水泥窯燃用焦粉技術(shù)的開發(fā),特別是流化焦化自身的完善,提高了液收,延長了開工周期,提高了該工藝的競爭力。在流化焦化技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的靈活焦化技術(shù),把部分劣質(zhì)焦轉(zhuǎn)化為低熱值燃料氣,可降低全廠的燃料成本。新的研究結(jié)果顯示,在不能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭時(shí),流化焦化至少與延遲焦化具有同等競爭力;因焦炭呈粉狀,也比延遲焦化更易于同循環(huán)流化床鍋爐結(jié)合。7.重油催化裂化工藝渣油加氫主要有固定床、沸騰床和漿液床等三種技術(shù),在已商業(yè)運(yùn)行的裝置中,固定床加氫占總能力的85%以上。固定床加氫的熱點(diǎn)是為重油催化裂化生產(chǎn)原料。該工藝可將重金屬含量小于150微克/克、殘?zhí)亢啃∮?5%的劣質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為重油催化裂化的進(jìn)料。改進(jìn)催化劑仍是該工藝發(fā)展的重點(diǎn),目的是加工更為劣質(zhì)的渣油。增加大孔、提高孔隙率,可以提高重金屬和焦炭容量,延長開工周期,但同時(shí)也導(dǎo)致催化劑活性和機(jī)械強(qiáng)度下降,這是必須處理好但又不易處理的一對(duì)矛盾,也說明該工藝的改進(jìn)存在極限。固定床加氫的轉(zhuǎn)化率通常不高于40%～50%,過高的轉(zhuǎn)化率將過多地破壞多環(huán)芳烴和膠質(zhì),這將使重油溶解瀝青質(zhì)的能力下降,導(dǎo)致因?yàn)r青質(zhì)的析出、沉淀而結(jié)焦。在原料中摻煉高芳香性組分,可提高重油溶解瀝青質(zhì)的能力,延長開工周期。二、新概念、新技術(shù)、新技術(shù)1.混合能源氣化SHELL提出了“合成氣園”的新概念,它以煤及劣質(zhì)渣油等為氣化原料,生產(chǎn)合成氣用于發(fā)電、制氫、生產(chǎn)甲醇和化肥,并可向城市提供清潔燃料。倪維斗等以煤氣化為核心提出了“多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”。實(shí)際原料并不局限于煤。美國能源部提出的展望21世紀(jì)的能源系統(tǒng),也是以氣化為核心。在“合成氣園”或“多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”中(見圖1),各種產(chǎn)品不是簡單的疊加而是集成,這是問題的關(guān)鍵。這比單獨(dú)建設(shè)各產(chǎn)品生產(chǎn)裝置的投資和運(yùn)行成本都要低,產(chǎn)品間也可以靈活調(diào)整峰谷差,因而更有競爭力,抗風(fēng)險(xiǎn)能力也更強(qiáng)。該模式在全世界已有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展,至少建設(shè)了十幾套裝置。例如,SHELL在荷蘭鹿特丹附近的Pernis煉廠和德國的Leuna煉廠等。Leuna煉廠于1997年投產(chǎn),年加工能力1000萬噸/年,該廠選擇了多項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù),也是當(dāng)今世界最清潔的煉廠。該廠年產(chǎn)減壓渣油約150萬噸,除年產(chǎn)約40萬噸瀝青和為電廠生產(chǎn)部分殘?jiān)剂贤?其余減壓渣油全部由減粘裂化加工,減粘渣油氣化,氣化裝置的能力為67萬噸/年。氣化主要有3個(gè)功能:1)生產(chǎn)氫氣,全廠約50%的氫氣來自該裝置;2)為60萬噸/年規(guī)模的甲醇生產(chǎn)提供合成氣;3)提供燃料氣。因環(huán)保要求嚴(yán)格,所有加熱爐只燒燃料氣和合成氣。關(guān)于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),目前已提出相當(dāng)龐大的框架。對(duì)不同行業(yè)和企業(yè)來說,關(guān)鍵是從中篩選最佳的組合方案,優(yōu)先發(fā)展其中的某幾個(gè)產(chǎn)品。對(duì)于煉化企業(yè)來說,可優(yōu)先發(fā)展制氫、生產(chǎn)甲醇、MTBE、醋酸和醋酐、丁辛醇、合成氨和尿素、發(fā)電等。2.est工藝使用催化劑EST(EniSlurryTechnology)工藝是由意大利Eni公司和Snamprotti于上世紀(jì)90年代共同開發(fā)的渣油漿液床加氫技術(shù)。該工藝可處理各類劣質(zhì)重油,轉(zhuǎn)化率達(dá)99%(見表1)。EST工藝使用微米級(jí)的Mo催化劑,濃度高達(dá)數(shù)千微克/克,該催化劑活性很高。EST工藝操作條件緩和,反應(yīng)溫度為400～425℃,反應(yīng)壓力為16兆。為防止因轉(zhuǎn)化率過高所導(dǎo)致的瀝青質(zhì)沉淀而結(jié)焦,單程轉(zhuǎn)化率維持在較低水平。該工藝把漿液床加氫和溶劑脫瀝青結(jié)合起來,脫油瀝青返回漿液床加氫,回收了催化劑,因而可使用高濃度、高性能和價(jià)格昂貴的催化劑。該工藝已在意大利Taranto建設(shè)了示范裝置,規(guī)模為1200桶/日,按計(jì)劃于2005年下半年進(jìn)行商業(yè)可行性檢驗(yàn)。3.砂子爐裂解焦化技術(shù)LR閃蒸焦化是Lurgi開發(fā)的一種緩和焦化工藝,該工藝用于渣油預(yù)處理。上世紀(jì)50年代初,Lurgi開發(fā)了LR技術(shù),用于煤粉閃蒸焦化,生產(chǎn)城市煤氣,并以砂子為循環(huán)熱載體,裂解原油和石腦油生產(chǎn)烯烴。1957～1961年,煤焦化示范裝置在Dorsten投入運(yùn)行,處理能力達(dá)240噸/日。示范項(xiàng)目成功后,在德國、阿根廷、日本和我國蘭州建設(shè)了砂子爐裂解工業(yè)裝置。上世紀(jì)90年代,Lurgi將該技術(shù)用于減渣處理。該技術(shù)的LR混合反應(yīng)器,通過兩根轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿將原料和熱焦粉徑向混合,類似活塞流反應(yīng)器。兩根螺桿可自清潔并清掃反應(yīng)器器壁,這保證了在500～600℃的溫度下可處理各類原料。LR閃蒸焦化適應(yīng)原料能力強(qiáng),在中試裝置上處理了殘?zhí)窟_(dá)15%～24%的減壓渣油和殘?zhí)扛哌_(dá)70%煤焦油減渣。與延遲焦化和流化焦化比,LR閃蒸焦化的氫效率很高。在延遲焦化中,液體產(chǎn)品中的氫約占原料的64%,在流化焦化中約為73%,LR閃蒸焦化則提高至82%。延遲焦化和流化焦化的生焦率約分別為殘?zhí)康?.5倍和1.2倍,LR閃蒸焦化的生焦率則可低達(dá)殘?zhí)康?.7倍。與其他焦化工藝比,LR閃蒸焦化的氣體產(chǎn)率也更低。綜合計(jì)算,LR閃蒸焦化的液收分別比延遲焦化、流化焦化提高約17、12個(gè)百分點(diǎn)。上世紀(jì)90年代,Lurgi與Exxon進(jìn)行了3年的合作,主要是利用Exxon在焦化方面的經(jīng)驗(yàn)共同開發(fā)該技術(shù),并于1999年在Ingolstadt煉廠建設(shè)了第一套商業(yè)裝置Satcon裝置,該裝置能力為8000桶/日。三、原油含礦典型深度法的簡單比較1.高油價(jià)下的原油成本固定床加氫+重油催化裂化是經(jīng)常選擇的模式。該路線輕油收率高,能滿足較嚴(yán)格的環(huán)保要求,在高油價(jià)下具有較強(qiáng)的競爭力。該路線的不足之處是對(duì)原油的適應(yīng)能力欠佳,適合于處理輕質(zhì)和部分中質(zhì)含硫原油,因而原油成本高成為突出問題。為保證氫氣廉價(jià)、穩(wěn)定的供應(yīng),石腦油必須通過催化重整加工,這使得該路線除了可發(fā)展芳烴外,煉化一體化發(fā)展的空間趨于狹窄。2.延遲焦化+循環(huán)流化床鍋爐/焦炭氣化模式焦化路線的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原油的適應(yīng)能力強(qiáng),可按油價(jià)高低靈活選擇原油。在煉廠的全部成本中,原油成本始終占絕大部分,延遲焦化的競爭力不完全來自較低的加工成本,而主要來自較低的原油成本。即便在低油價(jià)下,阿拉伯輕質(zhì)原油與阿拉伯重質(zhì)原油的價(jià)差也保持在1.1～2美元/桶之間,有時(shí)甚至超過5美元/桶。無論是在高油價(jià)下,還是在低油價(jià)下,焦化均有很強(qiáng)的競爭力。該路線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是石腦油收率較高,煉化一體化空間相對(duì)較大。除了液收相對(duì)較低外,該路線的另一缺點(diǎn)是含硫焦不易處理。延遲焦化+循環(huán)流化床鍋爐或延遲焦化+焦炭氣化是解決含硫焦的兩條路線,但目前仍存在一些需要解決的問題。國內(nèi)燃煤電站和水泥窯眾多,含硫焦的潛在消化市場巨大。美國煉油業(yè)的實(shí)踐證明,在加工劣質(zhì)原油時(shí),含硫焦即便作為零價(jià)值,甚至負(fù)價(jià)值產(chǎn)品出售,延遲焦化仍有競爭力。在我國,行業(yè)間的交流與合作不夠,這影響了含硫焦的處理,也影響了焦化的發(fā)展。為節(jié)省投資而選擇焦化,也是國內(nèi)普遍存在的問題。在美國,延遲焦化路線和渣油加氫路線的投資相差并不大。對(duì)環(huán)保重視不夠,投入不足,技術(shù)相對(duì)落后,將使加工含硫油的延遲焦化路線在未來面臨突出的環(huán)保問題。3.固定床渣油加氫工藝瀝青質(zhì)是原油中最劣質(zhì)的組分,依靠膠質(zhì)和多環(huán)芳烴的溶解作用而懸浮于渣油中,其核心部分有類似于石墨的晶體結(jié)構(gòu),其重金屬和殘?zhí)亢亢芨?而氫含量很低。一方面,因?yàn)r青質(zhì)的氫含量過低,除非獲得充足廉價(jià)的氫氣,否則,通過加氫將其轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品是不經(jīng)濟(jì)的;另一方面,瀝青質(zhì)必須借助膠質(zhì)和多環(huán)芳烴而溶解于渣油中,膠質(zhì)和多環(huán)芳烴的破壞將導(dǎo)致瀝青質(zhì)析出而結(jié)焦,這使得固定床渣油加氫僅能處理瀝青質(zhì)含量低的重油。為防止過多破壞膠質(zhì)和多環(huán)芳烴,導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀而結(jié)焦,固定床渣油加氫的轉(zhuǎn)化率通常不高于40%～50%。當(dāng)重油中瀝青質(zhì)含量較高時(shí),固定床加氫工藝將難以適應(yīng)。先將瀝青質(zhì)分離出來,通過氣化將其轉(zhuǎn)化為氫氣,并通過固定床加氫處理已不含瀝青質(zhì)的重油,這是一種現(xiàn)實(shí)的選擇。溶劑脫瀝青+瀝青氣化+脫瀝青油加氫處理是富有價(jià)值的組合工藝,盡管該路線投資大,但優(yōu)點(diǎn)甚多:1)適應(yīng)于含硫重油等劣質(zhì)原油的加工,原油成本低,從而降低總成本;2)可獲得充足的氫氣,可以靈活選擇重油深加工路線,并為清潔燃料生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),滿足苛刻的環(huán)保要求和產(chǎn)品質(zhì)量要求;3)氫氣供應(yīng)不必依賴于催化重整,這給石腦油的加工提供了更多的選擇,再加上加氫裂化生產(chǎn)的各組分和合成氣資源,使該模式的煉化一體化發(fā)展空間變得更加廣闊。該模式及其類似路線將是本世紀(jì)煉油業(yè)的發(fā)展樣板之一。四、路線選擇的影響因素重金屬、殘?zhí)亢土蚝渴怯绊懼赜蜕罴庸ぢ肪€選擇的重要因素,特別是重金屬和殘?zhí)俊０粗赜蜕罴庸さ碾y度,可將重油分為三類,三類重油深加工路線的選擇建議見表2。1.