国内外重油加工技术进展及产业发展建议

慕彦君，王春娇，侯雨璇，付凯妹，宋倩倩

（中国石油石油化工研究院，北京 102206）

重质化和劣质化是世界原油性质变化的主要趋势。 全球劣质重油资源储量巨大，且主要分布在南美洲、北美洲、中东等地区，是未来可加工利用的重要资源。据世界能源理事会（WEC）数据显示，全球超重油和沥青的原始地质储量分别达到3 445×108t 和5 412×108t，合计总量达8 857×108t［1］。 由于劣质重油组成复杂，且具有黏度大，沥青质含量高，金属含量高等特性，其储存运输及加工利用已成为当今炼油工业面临的重大难题。

本工作对国内外劣质重油加工路线中的典型工艺技术及最新进展进行了介绍，并对我国重油加工产业的发展提出建议，对于保障我国能源战略安全具有重要意义。

1 国内外重油加工技术

重油加工技术主要包括脱碳和加氢2 种工艺路线，且2 种路线各具特点。 其中，脱碳路线对于劣质原料的适应能力较强，同时还具有装置操作灵活性高、投资和运行成本低，以及在低油价下竞争力较强等优点， 但也存在液体产品收率低，污染较高等问题［2］，主要的技术种类有焦化、减黏裂化、溶剂脱沥青和重油催化裂化、催化裂解等。 而加氢路线生产过程相对更清洁，且产品收率高，无高硫石油焦产生等问题，更适合劣质重油加工和渣油深度转化，但也存在催化剂易失活，制氢成本高等问题［3］，主要的技术种类有固定床渣油加氢、沸腾床渣油加氢、悬浮床（浆态床）渣油加氢等。

1.1 焦化技术

焦化技术具有原料适应性强， 工艺技术成熟，投资成本低，经济效益高等特点，广泛应用于炼厂重油深加工、劣质重油改质等领域，主要包括延迟焦化（占比87%）、流化焦化（7%）、灵活焦化等其他技术（6%）。

1.1.1 延迟焦化

延迟焦化技术是目前最主要的重油转化技术，其工艺复杂程度低、设备简单、操作费用低，可用于加工各种高硫、 高沥青质的减压渣油，以及沥青、油砂等物质，经一系列化学反应生成汽油、柴油、石油焦、气体等，在劣质重油加工和改质过程中具有重要作用［4］。 典型的延迟焦化技术有： 美国Foster Wheeler 公司的可调液体收率SYDECTM工艺、 美国ABB Lummus 公司的低压低循环比工艺、 美国Conoco Phillips 公司的馏分油循环Thru-Plus 工艺、 中国石油和中国石油大学（华东）联合开发的高液体收率的HLDC 工艺，以及中国石化的高液体收率的ADCP 工艺。 截止到2022 年底，全球共有200 余套延迟焦化装置在运行，总产能维持在5 亿t/a，其中，我国延迟焦化装置产能占比接近三分之一。 中国石油广东石化公司300 万t/a 延迟焦化装置采用美国SYDECTM工艺，已于2022 年12 月底投产，是国内单系列规模最大的装置。

1.1.2 流化焦化

流化焦化技术是一种在流化床床层上进行连续生产的焦化技术， 可处理更为劣质的原料（含硫和重金属）。 与延迟焦化技术相比，其原料适应性更广，所产汽油和焦炭产率低，中间馏分产率高，但也存在工艺流程复杂，投资运行费用较高，环保性差，大量颗粒焦粉处理难等问题［5］。目前发展基本处于停滞状态， 全球仅美国Exxon Mobil 公司掌握Fluid CokingTM技术。 截至2022 年底，全球共有28 套流化焦化装置在运行，国内尚无投产在运装置。

1.1.3 灵活焦化

灵活焦化技术是将流化焦化工艺与焦炭气化工艺相结合，可直接将大部分的焦炭气化成低热值燃料气供炼厂使用，从而避免了高硫石油焦的产生［6］。与延迟焦化技术相比，其液体产品收率高，具有更大的操作灵活性和经济效益，还能有效减少CO2，SO2，NOx等污染物排放，有助于实现“双碳”目标和清洁化生产，近年来受到广泛关注。当前最成熟且最具有代表性的灵活焦化技术为美国Exxon Mobil 公司的Flexi CokingTM工艺［7］，其 反应过程基本无焦炭产生，可非常灵活地用于重油加工及渣油改质。截至2022 年底，全球约有10 套装置在运行，拟建装置约6 套，国内仅中海石化（营口）和山东弘润石化公司引进了该技术，已分别建成1 套200 万t/a 和120 万t/a 的灵活焦化装置［8］，其中山东弘润石化公司已于2023 年7 月投产。

总体而言， 焦化技术尤其是延迟焦化技术，仍将在重油加工领域占有绝对主导地位。 该领域的未来发展方向将聚焦于装置大型化，提高液体收率，降低焦炭产率，优化装置操作运行，进一步降低能耗和污染等方面。 此外，焦化工艺与催化裂化、溶剂脱沥青等其他重油技术结合形成的组合工艺，可以增加装置灵活性，提高资源利用率和装置利润率，也将成为未来焦化工艺新技术发展的重要方向。

1.2 减黏裂化技术

减黏裂化技术是在热裂化基础上发展起来的一种缓和、低转化率的轻度热裂化过程，通常以渣油为原料，可将高黏度重油经过轻度热裂化得到低黏度、低凝固点的燃料油，具有工艺流程简单、投资操作成本低、可靠性高等特点，在改善重油储运和生产清洁船用燃料等方面也有应用。截至2022 年底， 全球共有170 余套减黏裂化装置在运行，多集中在欧美发达国家。 典型的减黏裂化技术有：荷兰Shell 和美国Lummus 公司联合开发的上流式反应塔SSVB 减黏工艺、 美国UOP和Foster Wheeler 公司联合开发的管式反应炉减黏工艺和法国Axens 公司的Tervahl 临氢减黏工艺。 而 美 国UOP、Foster Wheeler 和 委 内 瑞 拉PDVSA Intevep 公司联合开发的Aquaconversion 催化水热减黏工艺和中国石化石油化工科学研究院（以下简称石科院）的延迟减黏裂化工艺却未得到广泛应用，前者仅在荷兰的Curacao ISLA 炼厂进行过2 次工业试验，后者仅在国内的中国石化安庆石化公司、武汉石化公司和中国石油锦州石化公司3 套减黏裂化装置上得到应用［8-9］。

减黏裂化曾经是应用最广泛的渣油转化技术，随着原油重质化、劣质化趋势加剧，以及环保要求的提高和市场对清洁油品需求的增长，单一的减黏裂化装置的作用和竞争力逐渐减弱，近年来尚无新建装置。供氢/临氢热裂化技术现已处于瓶颈发展期，如无突破性的技术进步，也将很难持续发展。 未来该领域的发展方向聚焦于进一步优化装置操作水平，以提高轻质油收率，助产清洁船用燃料，同时，逐步扩大在劣质重油改质降黏领域的应用，并发展与其他重油加工技术（焦化、溶剂脱沥青、渣油加氢等）相结合的组合工艺。

1.3 溶剂脱沥青技术（SDA）

SDA 作为一种成熟的炼厂渣油加工方法，是基于物理萃取分离过程和相似相溶原理， 选用C3～C6轻质烷烃溶剂来处理减压渣油（VR），最终得到脱沥青油（DAO）和脱油沥青（DOA）。 该技术不仅工艺过程简单，操作条件温和，装置投资和运行成本低，污染较小，还能有效解决催化剂积炭中毒，设备结焦等问题。 因此，将其作为龙头并与催化裂化（FCC）、加氢裂化、焦化及气化等工艺灵活组合， 可高效加工处理劣质重油或渣油，并显著提高重油转化效率和产品结构灵活性［10］。 典型的SDA 主要有： 美国KBR 公司的超临界抽提ROSE 工艺、美国UOP 公司的抽提脱金属Demex工艺、法国IFP 公司的Solvahl 工艺、美国Foster Wheeler 公司的LEDA 工艺、 石科院的RFSD 工艺、中国石油大学（华东）的SELEX-ASP 工艺，以及中国石油和中国石油大学（北京）联合开发的重油梯级分离工艺。 截至2022 年底， 全球共有100 余套SDA 装置在运行， 而国内就有近30 套SDA 装置。 其中， 中海石油宁波大榭石化公司160 万t/a 丁烷两段SDA 装置采用RFSD 工艺，已于2022 年2 月投产， 是首套国产自有技术大型化应用的SDA 装置。

SDA 已广泛应用于重油加工领域， 常规的SDA 发展已趋于成熟，未来该技术的研发方向将集中于对传统工艺技术的优化改进，同时持续拓宽与其他重油加工技术的组合应用和在非常规原油改质中的应用，以及提高重油转化率，加强新溶剂开发，硬件设备升级，增产高附加值特种产品等方面。

1.4 渣油加氢技术

渣油加氢技术早期的目的是用来处理高硫渣油脱硫生产低硫燃料油（LSFO），随着全球燃料油需求放缓，对轻质油品需求的不断增长，现主要为下游转化装置（FCC 等）提供优质原料。 该技术是解决重油深加工最合理有效的方法，按照反应器及工艺类型可分为固定床、沸腾床、移动床和悬浮床（浆态床）4 类。 前三类技术均已实现工业化应用， 仅移动床渣油加氢技术工业应用较少，现主要作为固定床渣油加氢装置的预处理系统，而悬浮床（浆态床）渣油加氢技术尚处于工业示范阶段［11］。

1.4.1 固定床渣油加氢技术

固定床渣油加氢技术是目前全球工业应用最广且最成熟的渣油加氢技术，现已投产及在建的固定床渣油加氢装置近100 套，占渣油加氢总能力的80%左右［12］，其中国内有20 余套装置在运行。 该技术工艺成熟、设备结构简单、投资费用低，且产品收率和质量高、脱硫率可达90%以上，可加工大多数含硫/高硫渣油，仅对残炭和金属含量有严格要求［13］。典型的固定床渣油加氢技术主要有美国CLG 公司的RDS/VRDS 技术、美国UOP 公司的RCD Unionfining 技术、 法国Axens 公司的Hyval 技术、荷兰Shell 公司的HYCON 技术、中国石化（大连）石油化工研究院（以下简称大连院）的S-RHT 技术、石科院的RHT 技术，以及中国石油石油化工研究院的PHR 技术等。 近年来，固定床渣油加氢技术新进展主要集中在国内开发的各类组合技术以及新型催化剂的研发方面。

固定床渣油加氢技术作为当前最成熟、可靠且应用最广的渣油加氢技术，短期内仍将是渣油加氢主流的工业应用技术。 未来技术的发展趋势主要是开发与其他重油加工工艺的耦合技术以及高性能、低成本、能延长运行周期的优质催化剂，同时加强反应机理等基础研究，为工艺条件优化和工程设计提供理论支撑，进而提高对劣质原料的适应性和装置运行时间，以最大限度地提升经济效益。

1.4.2 沸腾床渣油加氢技术

沸腾床渣油加氢技术可加工高残炭、高金属含量且更为劣质的原料，并可根据炼厂产品需求配置后续加工流程，如生产清洁油品、多产化工原料、解决高硫石油焦、生产低硫船燃等［14］，近年来得到较快发展，截至2022 年底，已在全球建成30 余套沸腾床渣油加氢装置， 占渣油加氢总能力的20%左右。该技术具有原料适应性广、运转周期长、传热传质效果好、装置操作灵活性高，以及反应器内温度均匀、催化剂可在线加入和排出等优势，但也存在装置投资大、操作技术复杂、催化剂磨损大等问题，因此，在工业应用上远不如固定床渣油加氢技术。 已实现商业化应用的沸腾床渣油加氢技术主要有法国Axens 公司的H-Oil 技术、美国CLG 公司的LC-Fining 技术、美国HRI/Texaco 公司的T-star 技术、大连院的STRONG 技术等［15］。 近年来，沸腾床渣油加氢技术的研发重点多集中在开发与其他技术相结合的组合工艺方面。

沸腾床渣油加氢技术日趋成熟并实现了较大规模的应用，未来技术的发展方向聚焦于与延迟焦化、灵活焦化、催化裂化、溶剂脱沥青，以及固定床渣油加氢等技术的耦合，从而有效提高对劣质重油的转化率、利用率，以及未转化尾油的处理能力。 此外，逐步优化改进现有工艺流程和反应器设计；开发高活性的催化剂，以延长其使用寿命并降低催化剂损耗和成本等手段，将有效促进该技术的全面推广应用。

1.4.3 悬浮床（浆态床）渣油加氢技术

悬浮床（浆态床）渣油加氢技术由于对所加工的原料种类基本无限制， 且原料适应性极强，可加工含金属镍、钒量在700 μg/g 以上、残炭质量分数在20%以上的劣质重油，并具有工艺及设备结构简单，转化率高（≥90%），操作灵活性高，催化剂和装置投资成本低，以及在高油价下加工经济性高等诸多优势，是具有良好应用前景的渣油高效转化技术。 目前，国内外建成的典型悬浮床渣油加氢技术主要有意大利Eni 公司的EST技术、 英国BP 公司和美国KBR 公司的VCC 技术、 委 内 瑞 拉 国 家 石 油 公 司 （PDVSA） 的HDHPLUS 技术、 美国UOP 公司的Uniflex 技术、美国Chevron 公司的LC-Slurry 技术和VRSH 技术［16］，以及石科院的RMAC 技术。此外，美国CLG公司、中国石化、中国济安永蓝（北京）工程技术开发有限公司以及国内外研究学者也在悬浮床渣油加氢领域取得了一些进展。

悬浮床（浆态床）渣油加氢技术已成为当前一种新兴且比较有发展前景的渣油转化技术，但也存在产品质量差， 尾油金属含量和残炭值高，二次加工性能差，反应器、循环管路、泵设备易结焦等问题，要想实现大规模工业化应用还需要进一步改进和完善现有技术难点。 未来技术的研究重点应放在渣油胶体体系、反应器流体力学性质和传热过程等方面的基础理论研究，开发出高活性、低成本的新型油溶性催化剂，同时破解催化剂循环回收利用、未转化尾油处理，以及反应器和相关工程放大等方面的技术难题。

2 重油加工技术新进展

近年来，重油加工脱碳路线的发展已趋于成熟，未来的发展方向多集中于对现有技术及装置的优化改进，而新技术的研发及进展多集中在渣油加氢领域。

2.1 固定床渣油加氢技术进展

大连院和金陵石化联合开发的SFI 工艺。 其技术特点是工艺流程简单（不设产品分馏系统）、原油资源利用率高、 装置建设及操作费用较低，并可将FCC 装置生产的各类重馏分油外循环回流至渣油加氢装置与原料混合后再进行加氢反应，实现重油深度转化以最大量生产高价值汽油产品，显著提高炼厂总体经济效益［17］。 已在金陵石化180 万t/a、 扬子石化200 万t/a 渣油加氢工业装置上得到应用［18］。

石科院开发的固定床加氢与缓和FCC 组合工艺。该技术是在其前期开发的缓和FCC 技术和渣油加氢-FCC 双向组合技术（RICP）基础上，选用VR 和未转化FCC 蜡油（FGO）的混合原料，在液时体积空速为0.20 h-1， 反应器入口氢分压为16.5 MPa， 氢油比为700 的条件下开展了固定床渣油加氢试验。 结果表明， 该技术不仅可加工100%的VR 原料，还能实现利用VR 最大化生产轻质产品［19］。

中国石油石油化工研究院开发的固定床加氢催化剂（PHR 系列）及配套工艺。该系列催化剂涵盖保护剂、脱金属剂、脱硫剂和脱残炭剂总共4 大类12 个牌号产品，对典型环烷基、中间基、石蜡基渣油原料均具有较强的适应性，其反应条件缓和，脱硫、脱氮、脱残炭、脱金属、床层压降性能优异，产品分布好，可满足工业装置长周期稳定运行。 已先后在大连西太平洋石化公司220 万t/a、中国石油大连石化公司300 万t/a 以及台湾中油桃园炼厂75 万t/a 固定床渣油加氢装置上得到推广应用［20-21］。

2.2 沸腾床渣油加氢技术进展

大连院开展了沸腾床加氢-延迟焦化组合工艺制备高品质石油焦的小试试验研究工作，选用中东VR 为原料， 可通过优化沸腾床加氢工艺参数来灵活调整生产不同品质的低硫石油焦［22］。

法国Axens 公司开展了溶剂脱沥青-沸腾床加氢组合技术研究，将SDA 装置与H-Oil 工艺组合，先将重质油进行脱沥青处理，再经沸腾床反应后将未转化的DAO 再次进入SDA 装置， 以提高原料利用率和轻油收率。 选用乌拉尔VR 为原料，其渣油转化率可达74%，与单段沸腾床加氢工艺相比提高近20%［14］。

大连院开展了沸-固复合床SiRUT 加氢技术研究，并已通过了中试试验。 该技术是将大连院的STRONG 沸腾床渣油加氢技术与S-RHT 固定床渣油加氢技术组合并配套催化剂及其级配体系形成的渣油加氢迭代技术， 具有原料适应性强，杂质脱除率高，加氢重油氢含量高等优点，可有效延长固定床渣油加氢装置的运行周期［23］。

美国HTI 和Criterion 公司合作开发的HCAT油溶性催化助剂（有机物质量分数约86%，金属质量分数约14%），当温度升高至300～350 ℃时，可裂化分解为硫化态的活性分子，这使得沸腾床中的催化加氢反应可发生在整个系统中，从而使渣油转化效率提高至95%［24］，并有效减缓装置结焦，现已许可应用了7 套装置。

大连院针对沸腾床加氢技术和加工原料特点，开发了满足不同需求的微球形和条形沸腾床渣油加氢催化剂2 大类共6 个牌号的催化剂，其中FEM-10 和FES-30 微球形催化剂已成功应用于金陵石化5 万t/a 的沸腾床渣油加氢示范装置，表现出良好的加氢活性和耐磨性能［25］。针对低硫石油焦和低硫船用燃油不断扩张的市场需求，又在FES-30 的基础上开发了新一代高脱硫活性沸腾床渣油加氢催化剂FES-31， 其脱硫率和残炭转化率又得到大幅提高［26］。 另外，大连院还开展了铁基沸腾床渣油加氢脱硫催化剂的实验研究工作，制备出具有相同活性金属质量分数的铁基和非铁基沸腾床渣油加氢脱硫催化剂，催化剂的加氢脱硫反应按照直接脱硫反应路径进行，铁基催化剂表现出更高的渣油加氢脱硫、加氢脱残炭和加氢脱金属活性［27］。

2.3 悬浮床（浆态床）渣油加氢技术进展

中国济安永蓝（北京）工程技术开发有限公司开发的有机催化浆态床渣油加氢JESO 工艺。该技术以VR 和催化油浆等为原料， 在反应温度为410～430 ℃， 反应氢分压为11 MPa 的条件下进行，其轻质油收率高于50%，尾油质量分数低于15%，具有工艺流程短、转化率高、反应温度和压力低、能耗和投资成本低，以及环保效果好等特点，已于2015 年完成小试实验，2016 年经中试试验验证［28］，现已在中国石化燕山石化公司、中化泉州石化公司、中国石油克拉玛依石化公司等装置上完成了长周期工业试验，其渣油转化率均可达到95%以上。

油溶性催化剂整体用量少，在原料中分散性更好、活性更高，并能有效抑制生焦反应，将成为悬浮床（浆态床）渣油加氢裂化技术较理想的催化剂［29］。 近年来，油溶性催化剂新进展主要包括：（1）油溶性单金属催化剂。 Kang 等［30］以VR 为原料，选用六羰基钼［Mo（CO）6］和三苯基膦（TPP）制备出具有羟基和三苯基膦配体的油溶性亮黄色固体催化剂Mo-TPP， 并研究了Mo-TPP 的加氢裂化性能，在410 ℃，11 MPa 的反应条件下，渣油和沥青质转化率分别为81.2%和80.8%， 加氢脱硫反应活性为67.2%，焦炭产率低于1%，且液相产物中金属镍质量分数为11×10-6，钒质量分数为0；（2）油溶性双金属催化剂。 Yang 等［31］采用氯化铁（FeCl3·6H2O）、硝酸镍［Ni（NO3）2·6H2O］和油酸制备出油溶性FeNi 油酸配合物催化剂， 经硫化后生成了可促进氢气解离成氢自由基的活性相Fe4.5Ni4.5S8［32］，与市售环烷酸钼相比，不仅FeNi 油酸配合物催化剂用量少，还能表现出更高的加氢裂化活性，且气相产物和焦炭产率更低。

3 我国重油加工产业发展建议

随着全球常规石油资源的日益减少和原油重质化、劣质化趋势的不断加剧，重油加工产业的发展将成为保障我国能源战略安全，推动炼化行业转型升级和高质量发展的关键因素。 通过全面分析研判各类重油加工技术的发展现状及趋势，对未来我国重油加工产业的发展提出几点建议。

3.1 加强重油加工技术的理论研究

目前，在整个重油加工领域关于重油分子层次结构和反应转化规律等关键问题尚未得到充分认识，极大限制了重油深加工及各类重油转化或改质技术的研发。 未来，应进一步加强在“分子炼油”层面的重油加工基础理论研究工作，不断健全完善重油分子数据库，逐步掌握重油分子在热加工、加氢、催化加工等过程的转化规律，利用分子辨识技术和流程模拟软件相结合，针对不同性质的劣质原油制定出相应的重油加工或改质方案，以实现重油资源的优化利用。

3.2 开发新型高性能环保化催化剂

新型催化剂的研发是实现渣油加氢、催化裂化、延迟焦化等高效重油转化技术进步的核心要素。 在我国“双碳”目标的大背景下，未来技术的研发重点不仅要进一步提高催化剂性能，还需满足我国绿色低碳发展的要求，同时充分利用大数据和高通量催化剂制备评价等先进技术，对催化反应过程开展深入研究，以分子反应对催化剂结构的要求为导向，搭建一套高水平的催化剂模块化设计平台，以满足催化剂设计的多样化需求。

3.3 拓宽高附加值特色产品领域

随着我国汽柴油消费需求即将进入达峰平台期，重油加工也将逐渐以生产油品为主，向多产特种产品、高端化学品、高端碳材料等方向转型发展。 未来应结合各类劣质重油原料的不同特点，开发如新型低硫焦延迟焦化技术、超高功率用针状焦生产技术、高模量石油基碳纤维生产技术、特种沥青和特种油品生产技术等，进而制备出高品质低硫石油焦、优质针状焦、高端碳纤维、特种沥青，以及环保型橡胶增塑剂和填充油等高附加值特色产品，以满足我国对于新材料和新能源产业的发展需要。