沸腾床渣油加氢技术现状及前景分析

刘建锟，蒋立敬，杨 涛，方向晨

（1. 中国石化抚顺石油化工研究院, 辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学, 辽宁 抚顺 113001）

沸腾床渣油加氢技术现状及前景分析

刘建锟1,2，蒋立敬1，杨 涛1，方向晨1

（1. 中国石化抚顺石油化工研究院, 辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学, 辽宁 抚顺 113001）

渣油加氢是解决重质劣质原油加工最合理有效的方法，它以其技术成熟、产品收率高、投资回报率高，得到越来越广泛的应用。沸腾床渣油加氢能达到较高的脱杂质率和转化率，并能长周期稳定运转，近年来发展迅速。对其工艺、催化剂和前景等进行介绍和分析，沸腾床渣油加氢符合当前重油深加工的发展需要，能够创造更大的效益。

沸腾床；渣油；加氢

1 概述

全球原油变重的趋势日趋明显，运输燃料和化工原料需求的日益强劲，以及环保对油品质量要求的日益严格，促使炼油技术进一步发展集中在重质/劣质原油加工、清洁燃料生产及炼油化工一体化等方面。2011年，我国进口原油2.5亿t，对外依存度56.7%。在未来10年中将突破60%和70%，因此加工更多劣质重质原油生产清洁油品将是今后中国炼油业的主要任务。

目前渣油加氢是解决上述问题最合理有效的方法，在炼油工业的重要作用也日益明显，已成为必然趋势。渣油加氢以其技术成熟、产品收率高、投资回报率高，得到越来越广泛的应用。固定床加氢相对最成熟，应用最广泛。但采用固定床很难加工劣质减渣，其对原料选择性较差的特点日渐突出。而沸腾床能达到较高的脱杂质率和转化率，能保证长周期稳定运转，近年来发展迅速，前景十分广阔。

沸腾床加氢最早由美国烃研究公司(HRI)和城市服务公司共同开发，称为氢-油法(H-Oil)加氢过程。1963年,第一套 H-Oil在美国查理湖炼油厂建成，设计能力30万t/a，主要以生产低硫焦化原料为主。1975年城市服务公司改与Lummus公司合作，并更名为LC-Fining过程。而HRI和德士古合作，仍然称为H-Oil[1]。1994年IFP 收购HRI的资产，2001年7月重组成立AXENS公司，发放H-Oil和T-Star技术许可。而目前由 Chevron公司发放LC-Fining专利许可。

抚顺石油化工研究院（FRIPP）早在20世纪60年代就从事过渣油沸腾床加氢技术的研发工作，并取得了令人相当满意的结果。先后在中型沸腾床试验装置上，使用无内外循环的反应器完成了运转试验，突破了设备复杂、技术操作的难点。70年代中期还在半工业冷模试验装置上进行了考察与放大研究。在前期研究工作的基础上，从 2004年开始FRIPP进行沸腾床研发，成立项目攻关组，制定了详细的项目计划，组织大量的人力物力进行该项技术的研发，在工艺研究、催化剂及工程研究等几方面取得重大进展，已申报国内外专利 90余项。目前正在进行工业示范装置的建设工作。

沸腾床渣油加氢技术具有如下优点:

1.1 具有灵活高效的反应器

沸腾床反应器的催化剂处于一种运动状态，杂质不会堵塞床层，从而避免了床层压降的升高，使得沸腾床可以加工那些更重的原料和使用小颗粒的催化剂；可以在反应器内保持催化剂、油和氢气三者之间连续且高效的分布和接触，利于反应的进行；由于催化剂、原料油和氢气的剧烈搅拌作用和返混现象，使反应器内部上下温度基本一致，不会产生床层结焦而导致局部过热。反应器内的沸腾状态也促进了传质及传热过程，且不需要急冷和再分布。

1.2 原料油的适应性广

固定床渣油加氢要求进料中金属质量分数<120 µg/g,残炭质量分数<16%。而沸腾床渣油加氢可以加工固定床所不能加工的原料,如更为劣质的渣油、油砂沥青等[2]。

1.3 催化剂在线置换

沸腾床反应器可在不停工的情况下随时加入新鲜催化剂和排出废催化剂，有利于维持较高的催化剂活性。

1.4 运转周期长

沸腾床反应器中,失活的催化剂可以排出反应器,并补充新鲜催化剂,克服了因积碳或金属沉积造成床层压差增大而影响装置长期运转的不足[3]。

1.5 装置操作灵活

沸腾床可通过改变操作方式生产不同产品，即可以在低转化率、高脱硫率下一次通过操作，减压塔底油可以调合生产低硫燃料油；也可在高转化率、稍低脱硫率下减压塔底油大量循环，少量减压塔底油部分氧化制氢；又可在低转化率、低脱硫率下一次通过，减压塔底油可调合生产燃料油。

截至2012年5月，全世界共建成渣油沸腾床加氢装置26套，如表1，其中H-Oil 15套，LC-Fining 11套，总加工能力达到5 501万t/a。

2 工 艺

H-Oil和LC-Fining工艺过程并无本质的区别，两者的区别为 H-Oil采用外循环泵，而 LC-Fining则采用内循环泵。两种工艺过程催化剂可相互通用。

2.1 H-Oil工艺

如图1所示，氢气和渣油在反应器入口混合，以上进料方式从反应器底部进入并通过催化剂床层，气液流体沿反应器轴向上升从富含催化剂的反应区进入非催化区，然后进行气液分离，分离出的全部气体和部分液体经管线排出反应器，其余的液体经外循环泵循环回反应器底部与进料混合[4]。从反应器出来的气液经高低压分离器和蒸馏塔得到石脑油，柴油，减压蜡油和加氢后的减压渣油。

表1 渣油沸腾床加氢工业应用情况Table 1 Industrial application of residue ebullated bed hydropreocessing

图1 H-Oil工艺流程Fig.1 H-Oil process

2.2 LC-Fining工艺

如图2，新鲜进料和氢气一起从底部进入反应器并通过催化剂床层，通过内置循环泵，反应器顶部的部分产品被引至反应器下部并在反应器内部产生循环[5]。一反的产物进入二反和三反。从三反出来的产物进入热高分，自热高分分出的气相和液相减压后，通过一系列换热器、分离塔进行进一步的加工。

图2 LC-Fining工艺流程Fig. 2 LC-Fining process

2.3 Strong工艺

Strong工艺使用微球催化剂，有利于流化沸腾，无需循环泵。工艺可以采用单反应器或双反应器的灵活流程操作，见图 3。原料油与氢气混合后从反应器底部向上流动并将催化剂流化。反应后的物料经热高分进行气液分离。富含氢气的气体经洗气塔后循环使用。从热低分和冷低分底部分离出重生成油和轻生成油。

图3 Strong工艺流程Fig. 3 Strong process

3 催化剂

目前国际市场的沸腾床催化剂主要有 Akzo 公司的KF系列，Criterion的HDS和TEX系列，Crosfield的KAT系列，Grace-Davison的GR-12以及Haldor Topsoe的TK系列等等。第二代催化剂20世纪80年代开始工业应用，与第一代相比，第二代催化剂主要提高脱杂质率,而不是提高转化率,因而馏分油的质量提高,未转化的尾油也可用于生产稳定的燃料油产品。

4 前景分析

进入 21世纪，沸腾床加氢技术在解决材料、设备、控制确保安全稳定长周期运转的同时，在工艺和催化剂方面也取得长足进展，效率和效益进一步提高，装置的投资和操作费用逐步降低。

4.1 提高转化率和未转化渣油的出路

沸腾床渣油的转化率与原料的性质关系极大。转化率的极限是要能确保设备不结垢，使未转化的渣油稳定，装置能长期运转，还要兼顾脱杂质率符合要求。国外沸腾床还以生产低硫燃料油和FCC进料为目标。沸腾床另一发展方向是与其他工艺组合来发挥更大的作用，如与焦化、溶剂脱沥青、FCC等组合。

4.2 提高杂质脱除率

脱杂质率既与催化剂和工艺有关，也与原料油性质、转化率和流程有关，特别是在脱除率高时更是这样。目前渣油沸腾床多采用两台反应器串联(H-Oil)和三台反应器串联(LC-Fining)的流程，除了装置规模外，还有利于提高杂质脱除率。

4.3 提高加工能力

对渣油加氢来说，提高加工能力就是要提高原料空速。因渣油原料重，杂质含量又多，既要有较高的转化率又要有较高的脱杂质率，难度很大。目前波兰Block炼厂H-Oil采用第二代催化剂来提高能力。另一措施是在H-Oil的反应器之间加1台汽提塔，分出的液相产物进二反，分出的气相产物进入热高分。这样可大幅度提高加工能力，在转化率为65%时，加工能力可提高60%。

5 结 论

沸腾床渣油加氢在炼厂的作用越来越明显，在国外一些炼厂已成为全厂的核心。将其与FCC、加氢裂化等其他工艺的组合，可以发挥各自的优势，使整个炼厂加工流程更加灵活，符合当前重油深加工的发展需要，能够创造更大的效益。

［1］Zanzotto L, et al. Hydrocracking Residue-The Potential Source of Road Binders[C]. NPRA Annual Meeting, Williamsburg, VA, 1988．

［2］Beaton W I ,et al.Residue Hydrocracker Expands Crude Processing Flexibility [J].Oil &Gas Journal, 1986,84(27):47-53．

［3］Richard M.Eccles. [J].Fuel Processing Technology, 1993,35(4) :21-38．

［4］S.Kressmann,etc. Improvements of Ebullated-Bed Technology for Upgrading Heavy Oils [J].Oil & Gas Science and Technology , 2000,55(4):397-406．

［5］Ezra K.T.Kam Catalystattrition in ebullated-bedhydrotreatoroperations [J].Catalysis Today, 2001,64(3):297-308．

Present Situation and Prospect Analysis of Residue Ebullated Bed Hydrotreating Technology

LIU Jian-kun1,2, JIANG Li-jing1, Yang Tao1, FANG Xiang-chen1
（1. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)

Residue hydroprocessing is an effective and reasonable way to process inferior heavy oil.Residue ebullated bed hydroprocessing is more and more widely applied because of its mature technology, high product yield, high rewarding rate on investment. In this paper, the residue ebullated bed hydroprocessing technology and its prospect were introduced and analyzed. The results show that the residue ebullated bed hydroprocessing technology can meet demand of the heavy oil processing and gain greater benefit.

Ebullated-bed; Residue；Hydroprocessing

TE 624

A

1671-0460（2012）06-0585-04

2012-04-23

刘建锟（1983-），男，吉林靖宇人，工程师，在职硕士，2005年毕业于中国石油大学（华东）应用化学专业，从事炼油技术研究工作。E-mail：ljk814@163.com。