重稠油清洁利用及应用

2021-12-03韩智发李文选李增勃汪亚斌

炼油与化工 2021年5期

韩智发，李文选，李增勃，汪亚斌

（陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西西安 710075）

随着常规原油的不断开采利用，国内以及国际原油市场轻质、中质原油的储量不断减少［1］，目前还没有能够完全代替石油资源的能源。煤炭资源储量巨大，经济价值颇高，但转化为化工产品的加工工艺水平有限，加上过程中产生对社会以及大自然的各种污染。非常规原油可能作为常规原油的补充能源，据估计，全球稠油及沥青砂等非常规原油储量约400 Gt。随着能源消耗幅度的增加，能源缺口将寄托于储量巨大的非常规原油［2］。

中国原油加工技术不断发展，开发了诸多原油加工工艺，但对重稠油的深度加工利用技术仍处在较低水平，造成了有限石油资源的浪费［3］。因此对于重稠油的开采及深加工利用成为中国石油化工行业亟需解决的课题［4］。

1 目前可以作为重稠油开发利用的技术

原油性质不同使加工工艺选择上大有不同，同样相应技术的投资成本也相差甚大。在逐渐提高重稠油高效利用的同时如何降低投资成本将是未来化工行业的新课题。

1.1 渣油固定床加氢工艺

用固定床加氢加工的产品作为重油催化裂化的原料。该技术特点：（1）渣油轻质化程度高；（2）不产生低质副产品；（3）不对环境造成污染；（4）装置投资成本较高；（5）装置操作费用较高；（6）原料选择性较苛刻。

固定床加氢对于催化剂的要求及保护相对重要，保证催化剂活性是装置长期运行的保证，也直接体现了装置效益。局限于原料选择性以及对催化剂的保护，原料重金属含量不大于150μg/g，残炭值的选择一般控制在15%以内，否则损坏催化剂降低装置运行周期。另外固定床加氢工艺的转化率不易控制过高，大多维持在40%~50%，主要是防止为提高转化率而使多环芳烃以及胶质被破坏导致重油溶解沥青质的能力降低，造成大量沥青质析出挂壁、沉淀最后发生结焦，影响装置的正常运行，造成经济损失［5］。

1.2 延迟焦化工艺

延迟焦化相对于固定床加氢工艺而言是没有催化剂作用的深度热裂化渣油处理技术。该技术特点：（1）原料选择性广泛；（2）工艺技术发展成熟；（3）整套技术投资成本低；（4）装置操作费用低；（5）自动化水平高；（6）加热炉优化，焦炭塔大型化；（7）焦炭塔操作周期缩短；（8）污水排放减少，降低污染。

但延迟焦化工艺有可能因操作条件的影响或原料中硫、氮、金属等杂原子化合物含量的变化以及高沥青质含量的原料而生成弹丸胶，因此尽管原料选择性较广，但必须严格控制原料的沥青质、残炭以及金属含量。尽管通过降低温度，增大反应压力以及提高循环倍率可以降低生焦量，但能耗不能有效利用造成浪费，最后影响经济效益［6］。

1.3 减压深拔工艺

减压深拔工艺在中国目前的重油加工工艺中比较常见的工艺，原料一般由催化油浆及燃料油组成，其关键特点：（1）全塔压力降的控制；（2）塔顶真空度的控制；（3）油品裂化、结焦防控；（4）塔体及内部件变形防控。

中国石化武汉分公司新建常减压蒸馏装置配套常减压深拔装置开发了多种新工艺、新技术以及新设备对以上技术缺点进行弥补，装置运行稳定，产品质量得到很大提高，取得良好经济效益。

1.4 悬浮床加氢工艺

悬浮床加氢工艺最早应用于煤直接液化技术，直到20世纪50年代，该技术逐渐发展成渣油加工技术，同时与固定床加氢技术配套使用，最后直接得到成品油。后来因为原油价格的持续低迷，大部分装置被拆除，少数装置不再用于重质油加工。随着常规原油的不断开采，储量不断降低，想用非常规原油替代常规原油必须开发适用于非常规原油的新工艺，总结其它几种工艺，基本都能实现重质油的转化，但投资费用和操作费用较大。

悬浮床加氢工艺是目前重油加氢较为理想的加工技术，该工艺的特点主要有：（1）采用均相催化剂技术加氢；（2）均相催化剂活性高，使用量少，加氢尾油中不用分离；（3）反应器结构简单，投资少；（4）整个工艺流程简单，投资和操作费用低；（5）物料可一次性通过，分离残渣后，其它全部用于配套的固定床；（6）液体产物收率高；（7）渣油原料硫含量越高，有利于提高反应器的转化率。

以上列举为悬浮床加氢工艺的部分优点，但仍有缺点有待完善，比如操作条件比较苛刻，操作压力18~23 MPa，操作温度430~470℃。延长石油公司在悬浮床重油加氢方面先后进行了渣油加氢试验，煤焦油加氢试验，油煤共炼试验等，并逐渐尝试降低反应条件，分别采用反应压力为16 MPa、12 MPa、10 MPa、8 MPa、6 MPa，反应温度逐渐从468℃降至440℃进行试验，均取得并建立了完善的对工业化技术推广具有指导意义的数据库。

目前几种加工技术从装置建设投资以及操作费用考虑，悬浮床技术占有一定优势，更具推广意义。从目前国际油价以及新冠疫情影响来看，持续的低油价导致炼油厂以及油品开采连连亏损，传统工艺加工原油费用骤增，要么减产要么停产，给企业造成了极大的负担。从悬浮床加氢技术而言，各方面投资均低于传统工艺，随着以后原油价格复苏以及常规原油储量逐渐降低，悬浮床加氢技术在未来将更具竞争力。