应用化学中两种工艺条件下渣油加氢产物对比研究

董胜南 张晓涛

摘 要：近年来，随着能源危机的日益加剧，原油变劣、变重，轻质油品的需求日益增加以及环保要求越来越严格等多种因素的影响，渣油的利用越来越被人们所重视，渣油深度转化也成为炼油厂长期追求的目标。如何深度加工产量日益增长的重质原油和其中的大量高硫减压渣油，以满足经济发展对清洁燃料和低硫锅炉燃料油的需要和环保法规的要求，已经成为21世纪世界炼油工业开发的重点。最近十几年来，我国重油转化领域已取得许多重大的技术进展：脱碳和加氢工艺有了新的发展与突破；用溶剂萃取沥青和胶质的改性工艺也日趋完善；另外还出现了许多不同工艺联合的组合工艺，为重油转化提供了多种可供选择的加工手段。为了更好地理解重质石油组分—渣油的物理和化学行为，就要对渣油组分进行分离与分析，进行渣油组分含量的测定，同时借助各种有效的分析手段，深入系统地研究渣油原料及其加氢处理生成油的组成和性质，研究各种组分结构的物理和化学特性信息，进而揭示渣油的化学组成与催化转化、热转化性能及其产品质量之间的内在联系，这些研究对开发和优化渣油加工技术、调整工艺条件、制定合理的加工方案，具有重要的指导作用。

关键词：渣油；加氢；八组分；脱除率

1 渣油原料的主要特点

渣油是原油中最重的馏分，包括常压渣油和减压渣油。常压渣油是原油在常压蒸馏装置中蒸馏后的塔底剩余物，而减压渣油是常压渣油在减压蒸馏装置中进一步蒸馏后的塔底剩余物。原油中大部分的硫、氮、残炭和金属等杂质均富集浓缩于渣油中，渣油原料具有自身独特的特点。

从化学组成看，渣油含有较大量的金属、硫和氮等杂质元素以及胶质、沥青质等非理想组分。

从化学性质看，渣油平均分子量大、氢碳比低，在反应中易结焦物质多。

从物理性质看，渣油粘度大、密度高。

此外，不同原油的渣油有其各自的特点，如有的渣油镍高、钒低，有的渣油硫高、氮低，而有的则相反。

2 渣油加氢的发展背景

世界原油质量总变化趋势为，含硫和高硫原油比例逐年增加，含酸和高酸原油的产量也逐年增加。随着全球经济的发展，人类对石油产品中间馏分油的需求量也不断增长，而对残渣燃料油的需求量却不断下降，从1973年到2000年，世界中间馏分油需求量由30%增长到41%。

60年代初，大部分残渣燃料被作为工业燃料油烧掉，使大量的含硫化合物转化成氧化硫排入大气，造成严重的空气污染。此后，很多国家都先后规定了環境空气的质量标准，还规定了单个污染源排放污染物的限制指标。例如，美国、日本和多数欧洲国家采取了限制锅炉燃料油含硫量的措施，并要求逐年降低。因此，为了满足降低燃料油含硫量的需要，国外率先开发了渣油加氢处理技术。所以，石油资源不足、原油变重变劣、中间馏分油需求量增加以及环保法规越来越严格等因素的存在，极大地促进了渣油轻质化技术的发展。

3 渣油加氢处理的主要化学反应

渣油加氢处理过程主要是除去进料中大部分硫、氮、金属和高碳化合物。在渣油加氢处理过程中，所发生的化学反应很多，也很复杂，其中最基本的化学反应有：加氢脱金属反应、加氢脱硫反应、加氢脱氮反应、芳烃饱和反应、烯烃饱和反应和加氢裂化反应等。

原油中的金属绝大部分存在于渣油，渣油中的金属（主要是镍、钒等）含量极少，只有百万分数量级，但很容易使加氢脱硫催化剂、加氢脱氮催化剂和催化裂化催化剂永久性中毒失活。因此，必须将渣油原料中微量的金属化合物脱除。

渣油加氢脱金属反应是渣油加氢处理过程中所发生的最重要的化学反应之一，在催化剂的作用下，各种金属化合物与硫化氢反应生成金属硫化物沉积在催化剂上，从而得到脱除。

加氢裂化是在氢气和催化剂的存在下，进料中较大的烃类分子变成小分子的反应，这一反应主要生成减压瓦斯油（VGO），其次是柴油，还有百分之几的石脑油和气体。

4 渣油及其生成油性质表征国内外研究进展

渣油的物化性质、元素组成及其测定方法

不同地域的渣油，往往具有不同的物化性质和元素组成。渣油的物化性质主要有密度、粘度、酸值、折光率、残碳、分子量等；元素组成主要包括碳、氢、氮、硫等元素。

目前，我国对渣油密度的测定采用GB/T1884或GB/T1885标准，粘度的测定采用GB/T265标准，酸值的测定采用GB/T264标准，折光率的测定采用GB/T6488标准，残碳的测定采用GB/T268或GB/T17144标准，分子量的测定采用SH/T0398标准。

在渣油组分分离方面，人们已经进行了大量的研究工作，常用的分离技术有分子蒸馏、分离沉淀法和色谱法。迄今为止，在残渣油组分分离中应用最广的还是液体色谱技术，它可以将渣油分离成若干个组分，每个组分可以看作是由那些组成、结构、特性相近的成分组成的族组分。将渣油分离成饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质的四组分分析方法，在石油炼制中已有较广泛的应用，它解决了不少问题，但对涉及反应的研究来说还嫌太粗糙。

5 结语

（1）通过对渣油原料YL进行性质分析，可以看出，从化学组成看，渣油含有较大量的金属、硫和氮等杂质元素以及胶质、沥青质等非理想组分，不适合直接作RFCC的原料，对其加工过程影响较大。而且YL中芳烃尤其是多环芳烃组分所占比例较大，对FCC不利，不能直接作FCC原料。

（2）通过两种加氢工艺处理后，H/C都依次增加，对比不同工艺A、B可以发现，经脱金属催化剂床层加氢处理后工艺A的H/C上升比工艺B快，经脱硫、氮催化剂床层加氢处理后H/C近乎相同。

（3）在脱硫、氮段（VRDS），硫、氮的脱除率工艺B明显高于工艺A，工艺B的脱硫、氮效果更佳。

（4）在脱金属段（UFR），工艺A的脱钒和脱镍程度都比工艺B要大，工艺A的脱钒、脱镍效果更佳。

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