使用高活性加氢脱硫催化剂促进低碳炼油经济

杨成敏，郭 蓉，周 勇

（中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 113001）

使用高活性加氢脱硫催化剂促进低碳炼油经济

杨成敏，郭 蓉，周 勇

（中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 113001）

发展低碳经济既能够促进社会经济发展又能够保护生态环境。在炼油企业中采用高活性加氢脱硫催化剂，能够降低柴油加氢脱硫等装置的能耗，同时也降低了这些装置的碳排放量。抚顺石油化工研究院开发了活性不断提高的FHUDS系列高活性加氢脱硫催化剂，为减少炼油企业碳排放量提供了良好的技术支持。

低碳；炼油；加氢脱硫；催化剂；FHUDS

煤炭、石油、天然气等化石能源的使用，每年产生大量的CO2。根据国际能源机构的估算，1973年全世界CO2排放量为157亿t，2005年增加至271亿t。而资料表明，地球对CO2的自净能力每年只有30亿t，每年将有大量新增的CO2残留在大气中，对生态环境产生不利影响[1]。发展低碳经济既能够促进社会经济发展又能够保护生态环境，作为能源消耗大国，中国在经济发展中开发和采用低碳技术是十分必要的。

发展低碳经济的主要方式是减少含碳燃料的使用，但现阶段使用太阳能、风能、核能、生物质能、地热能、潮汐能等清洁能源并不能完全替代传统的化石能源。一方面清洁能源成本比传统化石能源高，阻碍了其推广应用。另一方面，清洁能源技术还有待于进一步发展完善。2011年东日本大地震导致福岛核电站泄漏事故又给人类敲响了警钟。因此，在相当长的时期内，人类使用的能源还是主要由化石能源提供。目前，中国的能源结构中化石能源约占92%[1]。

2003年国内某大型综合石油企业温室气体排放统计显示[2]，该企业温室气体（以CO2当量计）排放总量为1.08亿t，其中CO2实际排放量1.02亿t。2009年，中国石油和中国石化共加工原油约3亿t，生产乙烯约900万t，其主要能耗造成的CO2排放当量达到0.89亿t[1]。美国能源信息署指出，2002年全美炼厂温室气体中排放量为2.78亿t[3]。为此，现阶段我国低碳经济的发展必须重视煤炭和石油行业的低碳化[2]。

1 加氢脱硫装置的低碳操作

如同对温室气体的关注一样，全球对石油产品的硫含量要求也越来越严格。欧洲等发达国家和地区于2005年开始执行硫含量50 μg/g的欧IV柴油标准，目前已经实施硫含量10 μg/g的欧V柴油标准。我国于2003年开始要求车用柴油硫含量不大于500 μg/g，2011年7月1日开始要求车用柴油硫含量不大于350 μg/g。北京、上海等地区车用柴油已经开始执行硫含量不大于50 μg/g的地方标准。随着柴油产品硫含量要求的日益严格，柴油加氢脱硫已经成为炼厂生产合格产品的主要手段。柴油加氢脱硫装置的低碳操作也因此越来越受到重视。

在炼厂的整个生产过程中，各工艺过程都需要消耗大量的热能、蒸汽和电力等能源，而提供这些能源的过程会大量排放二氧化碳。巴西石油公司的研究表明，加热炉二氧化碳排放总量占整个炼厂的34.20%，其次是FCC装置占30.20%，蒸汽占27.60%，制氢占2.70%[4]。柴油加氢脱硫工艺主要能耗包括燃料气、电、蒸汽、循环水等，其中燃料气和电能占主要。据统计，2009年中国石化41套加氢脱硫装置中，综合能耗平均11.23 kg标油/t，其中燃料气占39.6%（以kg标油计），电力占39.4%。

张国生计算了油气燃烧时产生的二氧化碳当量，每千克油气燃料的CO2排放当量为3 392 g[1]。因此可以计算出2009年中国石化柴油加氢脱硫装置因能耗导致平均CO2排放当量为38.09 kg/t。从整个流程看，柴油加氢脱硫时产生少量的较轻组分，但加工损失平均在0.26%左右。加工损失导致平均CO2排放当量为8.81 kg/t。可以看出柴油加氢脱硫装置总的CO2排放当量为46.90 kg/t，其中能耗贡献81%。

从二氧化碳减排的角度看，降低装置能耗和减少加工损失率都是很重要的。但减少加工损失总是有限的，要根据装置的具体情况来判断。某些装置因设计缺陷或者安装缺陷并不能大幅度降低加工损失率。于是降低装置能耗就成为柴油加氢脱硫装置低碳操作的主要手段。程薇等[5]也认为减少炼油生产过程碳排放的最根本解决办法是提高炼油过程的能效，同时她们还认为采用新型高效的工艺和催化剂技术将有助于炼油工业应对低碳挑战。目前炼油工业都采用相对成熟的工艺技术，柴油加氢脱硫过程也是这样。要改变工艺需要深思熟虑和增加固定投资，不是能够轻易进行的。而采用高活性的催化剂则能够方便地实现节能和减排，其效果是立竿见影的。表1给出两个不同的柴油加氢脱硫装置在不同反应温度下的能耗和二氧化碳排放当量对比。

表1 A柴油加氢脱硫装置能耗和二氧化碳排放当量随平均反应温度的变化Table 1 Effect of average reaction temperature on energy consumption and CO2 emission of diesel HDS unit A

从表1可见，A柴油加氢脱硫装置通过降低平均反应温度13 ℃，各项能耗指标都有明显的下降，总能耗下降了19.8%，对应二氧化碳排放当量也下降了19.8%。

表1的数据是在催化剂性能标定期间调整不同反应温度时采集。可以看出，如果采用不同性能的催化剂，在以较低温度生产相同质量的柴油产品时可以大幅度减少装置能耗，并同时减少二氧化碳排放当量。在作者以前的研究中曾指出，采用更高活性的催化剂可以降低反应温度[6]。那么柴油加氢脱硫装置可以采用更高活性的催化剂来获得更好的经济效益和减少二氧化碳排放当量。

2 FHUDS系列加氢脱硫催化剂

抚顺石油化工研究院是我国最早从事炼油加氢技术研究的单位之一，早在上个世纪70年代就开发出了以481催化剂为代表的多个加氢脱硫催化剂并于1979年在茂名石化公司炼油厂进行了工业应用[7]。进入21世纪以来，针对炼厂加工进口含硫原油和生产满足欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准低硫柴油的需要，FRIPP加快新催化剂的开发，相继推出了FH-DS、FHUDS系列柴油深度加氢脱硫催化剂。

2002年针对进口含硫原油加工需要推出了FH-DS柴油深度加氢脱硫催化剂。自2005年以来，针对汽柴混合油、直馏柴油和二次加工柴油等原料油加工需要，又相继开发了FH-UDS、FHUDS-2、FHUDS-3及FHUDS-5等系列柴油深度加氢脱硫催化剂，并在国内10多套大型柴油加氢装置成功应用。详细情况见表2。

表2 FHUDS系列加氢脱硫催化剂及其性能Table 2 Series of FHUDS catalysts and their catalytic performance

从表2可见，随着催化剂相对活性的提高，在其他条件相同的情况下，可以通过降低反应温度来减小装置能耗，从而获得较小的二氧化碳排放当量。

3 结 论

发展低碳经济是大势所趋。通过降低装置能耗的方式来降低柴油加氢脱硫装置的碳排放量是炼厂降低碳排放量可行的途径。可以通过采用高活性的加氢脱硫催化剂来降低装置能耗，从而获得低的二氧化碳排放当量。抚顺石油化工研究院近年来开发了多个柴油加氢脱硫催化剂，其活性能够满足炼厂节能减排的需要，为炼厂低碳发展提供了良好的技术支撑。

［1］张国生.低碳经济下炼油与石化产业的发展趋势[J]. 当代石油石化, 2010,187(7):16-18．

［2］覃国军.石油石化企业面临的低碳发展挑战和机遇[J].油气田环境保护, 2010,20(1):1-4．

［3］Gunaseelan P，Buehler C，Chan W R. Greenhouse gas emissions：Characterization and management[J].Hydrocarbon Processing，2009, 88(9): 57-70．

［4］ Mace E J，Blume A M，Yeung T W. New roles for FCCU：carbon capture unit and coke gasifier[J].Petroleum Technology Quarterly，2009, 14(1): 59-60.

［5］程薇,等，面向低碳排放的炼油技术进展[J].石油炼制与化工，2010,41(9):1-8．

［6］杨成敏,等.柴油加氢精制催化剂的选择[J].当代化工,2008,37(2):189-193．

［7］王家寰,等，加氢精制系列催化剂的开发及工业应用[J].工业催化，1996(1):30-35．

Improving Development of Low-Carbon Refinery through Using High Active Hydrodesulfurization Catalysts

YANG Cheng-min,GUO Rong, ZHOU Yong
（SINOPEC Fushun research institute of petroleum and petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

The development of low-carbon refinery can improve the social and economic development and protect environment. Using high active hydrodesulfurization (HDS) catalysts in the refinery can reduce energy consumption and CO2emission of diesel HDS unit. Funshun research institute of petroleum and petrochemicals has developed series of FHUDS catalysts, whose HDS activity is successive advancement, which can provide well technique support for reducing refinery CO2emission.

Low-carbon; Refinery; Hydrodesulfurization; Catalysts; FHUDS

TE 624.9+3

A

1671-0460（2011）12-1249-03

2011-10-28

杨成敏（1976-），男，高级工程师，1999年毕业于天津大学，主要从事加氢催化剂研究。E-mail：yangchengmin.fshy@sinopec.com，电话：0413-6389544。