技—术创新成为炼化发展主题从第22届世界石油大会看炼化技术的新进展

□ 乔 明 李雪静

技—术创新成为炼化发展主题从第22届世界石油大会看炼化技术的新进展

□ 乔 明 李雪静

炼化行业的清洁、高效、低碳发展对油气行业的可持续发展起到关键的推动作用。

2017年7月9日～13日，第22届世界石油大会在土耳其伊斯坦布尔举行，来自50多个国家的能源部长、500多名企业领导者及5000多名行业代表参加了会议。本届大会围绕“架起通向能源未来的桥梁”主题，就世界能源变革趋势、低油价背景下石油天然气行业面临的挑战、炼油与石化行业的发展、气候变化战略、技术创新、人力资源管理等议题深入讨论。业界代表一致认为，随着经济发展和人口快速增长，对能源的需求继续增加，能源行业需要通过加大投资、推进技术进步、高水平的人力资源和创新商业模式等实现可持续发展，并呼吁进一步加强沟通与合作，为世界提供更多更清洁的优质能源。

本届大会涉及炼化技术方面的专题主要集中在重油加工、清洁燃料生产、炼化一体化三个方面：一是炼厂加工的重质原油日益增加，随着对原油性质的认识加深，加氢和脱碳工艺均取得新进展；二是清洁燃料标准趋严，低成本、高脱硫活性依然是催化剂的研发热点；三是通过炼化一体化优化产业链，多产化工原料和高附加值化工产品。

常规重油加工技术取得新进展

随着全球重质原油产量上升、油品质量标准不断趋严，炼厂面临原料质量变化及产品质量升级的双重挑战。重质原油含有硫、氮、金属、沥青质等大量杂质，加工时会产生大量渣油，加工重质原油的炼厂需要不断改进工艺和催化剂，以满足对高质量交通运输燃料的需求。与此同时，全球汽柴油需求继续增加，燃料油需求在减少，因此需要将重质/超重原油及渣油更多地转化为高价值的产品（例如中馏分油）。科威特科学研究院采用负载γ-氧化铝催化剂，尝试建立液体产品性质、催化剂生命周期与原料的组成、性质及加氢处理操作条件之间的关系。研究结果表明：原料质量越差，催化剂寿命越短；劣质原料含有相对较高含量的取代杂环硫化合物，为实现中馏分油产品硫含量10ppm的目标，需要较高的平均床层温度，催化剂要求活性位更多、加氢和酸性功能更强。催化剂的选择比工艺条件的选择更重要，在加工沥青质时，需要综合考虑催化剂所用材料性质、活性位数量、抗失活性能等因素来设计催化剂配方。

常规加氢裂化将减压瓦斯油（VGO）中的馏出物转化为柴油、喷气燃料和石脑油等目标产品，但加工比VGO更重的原料时面临较大挑战，会使装置运行性能下降，效率降低。沙特阿美公司在过去几年间通过对工艺和催化剂进行改进，提高了利雅德炼厂加氢裂化装置加工脱金属油（DMO）的能力。沙特阿美公司和日本日挥株式会社合作开发了一个催化剂系统，使利雅德炼厂的加氢裂化装置能够处理VGO和DMO的混合原料，延长了装置运行周期，同时提高或保证馏分油的收率和质量,馏分油收率提高了1.7%。

印度石油公司为提高延迟焦化装置的液体收率，降低焦炭产率，开发了一种添加剂。其反应机理是在缩合反应前提高重质烃类分子的裂化速率。与无添加剂的情况相比，焦炭收率降低4%，中馏分油和LPG收率分别增加3%和1%。对百万吨的延迟焦化装置来说，采用该技术每年可为炼厂增加1200万美元的利润。

减黏裂化是一种成熟的热裂化工艺，用于加工减压渣油生产气体、石脑油、柴油等高价值的产品。由于转化率较低，减黏裂化技术的应用已经不多，需要探索有效提高转化率的方案，以最大限度地提升现有减黏裂化装置的盈利能力。印度斯坦石油公司开发了不同种类的均相催化剂，在不同的催化剂浓度下进行了减压渣油转化的实验室研究。在1.7万桶/日的减黏裂化装置进行应用，使转化率提高了4.5%，新增经济效益200万美元。

新型催化剂仍是清洁燃料生产技术的研发重点

为应对柴油超深度脱硫中脱除具有β位阻的高分子量硫化物的挑战，中国石化抚顺石化研究院对反应机理进行了深入研究，开发了一系列高性能的柴油加氢脱硫催化剂，已成功应用于全球60多套工业装置，催化剂性能达到国际领先水平。Mo-Co型FHUDS-5催化剂烷基转移直接脱硫活性好、氢耗低、高温下稳定性好，被BP、挪威Statoil和匈牙利MOL公司评为世界一流水平。Mo-Ni型FHUDS-6催化剂芳烃饱和及加氢脱氮性能强，十六烷值增加及密度降低幅度大，与国外最新催化剂对比评价达到世界一流水平。为了降低运行成本，中国石化还开发了SRH液相循环加氢技术，可节省投资20%左右，降低综合能耗30%以上。抚顺石化研究院开发了高芳烃催化柴油加氢转化生产高辛烷值清洁汽油技术,使低十六烷值柴油部分转化为高辛烷值汽油或芳烃原料，国5汽油组分收率超过50%，辛烷值在91～94之间。

目前，柴油加氢脱硫使用的催化剂主要是金属负载钴、镍及钼等氧化铝载体催化剂。二氧化钛载体催化剂由于表面积过小，一直未实现商业化。日本Chiyoda公司开发了一种混合二氧化钛载体，在氧化铝纳米颗粒表面增加二氧化钛涂层，具有很高的表面积，与氧化铝载体相当，该催化剂的脱硫活性提高了1.5倍，可将反应温度降低大约10摄氏度。该催化剂在日本西部石油株式会社山口炼油厂进行了应用，原料中轻循环油的浓度最高达到30%，装置稳定运行31个月以上。

为提高氢气收率，降低操作成本，印度斯坦石油公司对用轻石脑油代替含硫直馏石脑油制氢进行了研究，预计氢气收率可以提高2%。由于不需要预脱硫，因而降低了操作成本。闲置的预脱硫装置可以用来对高硫重石脑油进行加氢处理，与柴油进行一定程度的调和，不会影响柴油产品的质量。这种方案需要的投资很少，对制氢和预脱硫装置的操作条件改变也不大。两种方案结合可以实现炼厂柴油收率提高约0.8%，年收入提高380万美元。

抚顺石油化工研究院的科研人员使用X射线电子能谱仪对催化剂表面元素化学状态、活性组分、硫化度、活性组分在载体的分散状态进行分析。朱峰 摄

炼化一体化是提高效益的重要手段

中东欧炼厂和聚合物生产商面临市场空间和原料来源途径有限的挑战，区域内竞争激烈。匈牙利MOL公司深入研究炼油化工一体化解决方案，利用线性规划模型根据下游聚烯烃产品的需求确定炼油产品的生产方案，实现炼油厂和石化厂的最佳原料选择及最佳装置配置。除了产品数量和结构，在优化过程中也考虑了炼厂生产的石脑油原料的质量，更好地优化蒸汽裂解装置的收率，提高经济性。该系统根据预期产品收率及自产和外购的石脑油组分计算蒸汽裂解装置的经济效益，优化石脑油池。

印度巴拉特石油公司投资41亿美元在其19万桶/日的Kochi炼厂开展了炼化一体化扩能项目，包括炼油扩能和利用来自炼厂的原料生产丙烯衍生物。该炼厂计划新增炼油能力12万桶/日，通过加工100%的重质原油，增加塔底渣油改质装置，根据需求灵活多产汽油或瓦斯油，并利用丙烯原料生产酯级丙烯酸、含氧基醇、丙烯酸酯3种依赖进口的小品种丙烯衍生物，炼厂的Nelson复杂指数可提高到10以上。这是印度首个大规模地通过炼化一体化生产丙烯酸、含氧基醇和丙烯酸酯的项目。炼油扩能预计在2017年建成投产，届时炼油厂的利润将提高60%，炼油毛利将从6美元/桶提高到9.5美元/桶。2018年石化项目投产后，整个炼化一体化项目的利润将进一步增加15%。

印度工程公司对利用炼厂低价值的物料（如炼厂气、焦化石脑油等）作为石化原料生产烯烃的炼化一体化案例进行了研究。案例中的炼厂炼油能力为18万桶/日，生产满足欧III和欧IV标准的燃料，主要装置包括催化裂化、延迟焦化、减压瓦斯油和重焦化瓦斯油加氢，炼厂的Nelson复杂性指数高于10。利用线性规划模型计算得到效益增加最多和投资回报率最高的方案。结果显示，炼油能力提高25%，将炼厂气、轻煤油、全馏分石脑油、LPG送入120万吨/年的乙烯裂解装置，生产80万吨/年线型低密度聚乙烯/高密度聚乙烯、40万吨/年高密度聚乙烯、50万吨/年聚丙烯，同时将焦炭用于热电联产的一体化方案经济效益最优。

日本捷客斯能源株式会社开发了一种由轻循环油生产BTX（苯、甲苯、二甲苯）的新工艺。常规的轻循环油生产BTX工艺是在加氢裂化装置中，轻循环油在高压氢气环境下转化为重石脑油，重石脑油馏分在催化重整装置中转化成BTX。这种工艺需要大量氢气和高压反应，BTX收率通常也不高。该公司开发的FCA（流化催化芳构化）工艺可以在不需要氢气的情况下利用轻循环油生产BTX，BTX的收率能够达到35%。由于结焦引起的催化剂失活是FCA工艺面临的主要挑战，为了解决这个问题，采用循环流化床反应系统来对失活的催化剂进行再生，使反应连续进行。目前该工艺已经在接近商业化的装置上进行了测试，研究优化了催化剂及反应条件。

（作者单位：中国石油石油化工研究院）