劣質重油深加工與未來煉廠發(fā)展

中國石油大學（華東）劣質重油加工技術與未來煉廠發(fā)展2013重油加工技術培訓班主講人：王宗賢講座內容

1、重油特性與相應加工方法1）重質油定義與特性2）重質油加工方法2、劣質重油加工—典型工藝面臨的機遇與挑戰(zhàn)1）劣質重油加氫（固定床、沸騰床、懸浮床）2）劣質重油焦化加工（延遲焦化和靈活焦化）3、超稠超重劣質原油預處理與深加工1）滿足有效集輸?shù)某碓皖A處理技術2）劣質重油深加工組合工藝4、未來煉廠發(fā)展1、重油特性與相應加工方法1）重油特性含硫油定義

低硫原油硫含量≯0.5％含硫原油硫含量0.5%－2.0％高硫原油硫含量≮2.0％按密度分類輕質原油密度≯0.8654中質原油密度0.8654－0.9340重質原油密度≮0.93401）重油特性按粘度分類普通稠油：（50－10000）mPa.S

能流動特稠油：（10000－50000）mPa.S，

流動困難超稠油：＞50000mPa.S，不能流動按API°分類常規(guī)原油：＞20

重質原油：10～20超重原油：＜１０1、重油特性與相應加工方法幾種典型重質原油性質名稱API比重含硫％傾點℃350℃輕油收率％v 墨西哥瑪雅（MAYA） 220.91823.32-17.840.4 委內瑞拉蒂亞、胡安娜重質12.10.98212.7-1.117.61

委內瑞拉（Merey） 17.40.94682.2-23.331.3 委內瑞拉（Bachaguero）16.80.95062.4-23.329.1委內瑞拉（Boscan） 10.100.99605.510 17.11委內瑞拉減渣加拿大油砂瀝青減渣塔河重質常渣輪古稠油減渣密度（20℃），g/cm31.05321.05961.01411.0526粘度（100℃），mm2/s58530-1290>1250凝點，℃>60-32>50殘?zhí)?，?25.823.819.829.28灰份，ω%0.23-0.0750.443元素分析，ω%C83.7481.7785.4285.57H9.5810.7210.259.79S4.656.053.123.56N0.900.780.510.57H/C1.361.561.431.36金屬，μg/g8111036475623Ni15510451.057.5V586280365558Fe48.13625.86.5相對平均分子量115011479301250典型劣質渣油組成性質

典型劣質渣油組成性質

克拉瑪依減渣克拉瑪依脫油瀝青克拉瑪依超稠油克拉瑪依超稠油常渣克拉瑪依超稠油減渣孤島減渣族組成，m%飽和分37.4320.09-39.0022.0314.51芳香分31.4931.52-23.7928.0534.76膠質30.4647.5124.1536.8149.3747.22瀝青質0.620.880.180.400.553.51委內瑞拉減渣加拿大油砂瀝青減渣塔河重質常渣輪古稠油常渣輪古稠油減渣族組成，m%飽和分8.527.826.230.4212.72芳香分40.3441.5235.630.9533.58膠質33.6632.621.622.0828.74瀝青質17.4818.0816.616.5523.56DeepConversionOptionsHYDROGENADDITIONFIXEDBED?Hydrocracking/HDS?Residfining?ARDS/VRDSFLUIDIZEDBED??LC-fining?UOPAurabonSLURRYBUBBLE?HDHPLUS?/SHP?VCC?CANMETMOVINGBED?ShellHDM/HYCONCARBONREJECTION?DelayedCocking?Flexicoking?FluidCoking?RFCC?Visbreaking?HydroVisbreakingCONC.CARBONANDREMOVAL?SDA?GasificationH-Oil?CASH(CVX)?EST(ENI)OldTechnologyLowLiquidYield.HighCokeYield.LowInvestment.ReadyforCommercialApplicationHighConversion.SuitablefortheOrinocoBeltCrudesHigherInvestment.CommercialTechnologiesLessConversion.LimiteduseOrinocoBeltCrudesHigherInvestment.1、重油特性與相應加工方法重油深加工工藝渣油原料性質加工難度RFCC焦化固定床沸騰床懸浮床Ni+V，PPm殘?zhí)迹琺%硫，m%√<25<7<0.5易加工×√<70<15不難加工√√√√70～200<15稍難加工√×√√200～800難加工★×★>800極難加工2）劣質重油加工技術選擇不同金屬含量的常渣改質工藝適用范圍渣油熱加工（熱裂化、減粘和焦化），57％溶劑脫瀝青3%加氫裂化（包括固定床和沸騰床）18%重油催化裂化22%注：1）熱加工所占比例較大，熱加工中北美以焦化為主，歐洲以熱烈化和減粘為主。溶劑脫瀝青所占比例較小

2）固定床加氫：北美13套3274萬噸、歐洲等11套2000萬噸、日本17套3245萬噸、亞洲14＋2套3000萬噸）。

3）沸騰床＋移動床加氫（2100＋775萬噸）：H-oil7套＋LC-fining4套；移動床加氫4套。1、重油特性與相應加工方法2、劣質重油加工—幾種典型工藝面臨的挑戰(zhàn)

1）劣質重油加氫技術技術名稱公司工業(yè)化進程加工能力固定床加氫處理Chevron、UOP、ExxonMobil、Shell已有69套工業(yè)化裝置（分布在36個煉油廠）采用Chevron技術的裝置26套，加工能力5661萬t/a；采用UOP公司技術的裝置25套，加工能力4165萬t/a。沸騰床加氫裂化ChevronAxens在建和已建裝置20余套采用Chevron技術的裝置12套，加工能力2181萬t/a；采用Axens公司技術的裝置9套，加工能力1815萬t/a懸浮床加氫裂化Eni、Chevron、UOP正在建設工業(yè)化裝置，預計2012年建成投產（1）固定床加氫：固定床渣油加氫產品質量好，是迄今為止工業(yè)應用最多、技術最成熟的渣油加氫工藝之一。當原料中金屬含量小于200ppm，殘?zhí)啃∮?0%，轉化率小于50%時，常選用固定床渣油加氫工藝。技術發(fā)展趨勢：延長裝置運轉周期、高水平配套催化劑、與其他重油加工組合處理性質更劣的原料等。2、劣質重油加工—幾種典型工藝面臨的挑戰(zhàn)

技術名稱公司特點RDS、VRDSChevron主要處理減壓渣油，采用OCR(在線置換催化劑)技術后，可以處理重金屬含量更高的原料油，OCR可以置于RDS的前面或后面。當OCR置于RDS前面時，可以增大裝置的處理量及加工金屬含量更高的原料，并保持產品質量與運轉周期。RDSUOP主要處理常壓渣油。齊魯84萬噸/年VRDS裝置。CHEVRON公司技術，于1992年6月投產，并于1999年底擴能改造成150萬噸/年UFR（上流式反應器）/VRDS裝置。大連西90年代UOP技術，220萬噸/年ARDS裝置于1997年8月開工。200萬噸/年茂名渣油加氫裝置，于1999年12月31日投產，國產化渣油加氫成套技術（S-RHT）。海南310萬噸/年催化原料預處理裝置，裝置于2006年9月投產大連石化300萬噸/年渣油加氫裝置（VRDS），采用CLG（CHEVRON-LUMMUS）公司專利技術，由洛陽石油化工工程公司設計，主要加工中東和俄羅斯原油的減壓渣油和常壓渣油，裝置于2008年6月中交。大陸5套渣油加氫裝置情況VRDS對原料的要求齊魯石化VRDS：孤島VR，CCR～15.6％，金屬小于120PPM，氫壓15Mpa，生產低硫燃料油，尾油CCR6％實際操作：歷經(jīng)磨難（粘堵導致壓力波動、含鐵組分沉積致使床層堵塞、摻煉焦化蠟油與柴油，100度粘度降低到300CST以下平穩(wěn)操作、金屬70PPM以下）VRDS－FCC組合工藝開發(fā)（石油大學－齊魯石化共同開發(fā)，1995年新聞聯(lián)播）大連石化VRDS：原料CCR17％，氫壓17Mpa，尾油CCR7～8％（2）重油沸騰床加氫裂化加工高硫、高殘?zhí)俊⒏呓饘僦刭|/超重質原油的重要技術，可處理重金屬含量和殘?zhí)恐递^高的劣質原料，兼有裂化和部分精制功能，運轉周期長，但投資較高。技術進展：提高加工能力，降低投資與操作費用、新催化劑投，開發(fā)新型催化劑。2、劣質重油加工—幾種典型工藝面臨的挑戰(zhàn)

技術名稱公司工業(yè)化進程特點LC-FiningChevron在建和已建裝置10套（2181萬噸/年）有3套加工油砂瀝青的裝置運轉多年，另有2套在設計中。加工油砂瀝青技術優(yōu)勢較強。H-OilAxens在建和已建裝置9套（1815萬噸/年）加工墨西哥Isthmus/Maya重質原油減壓渣油的工業(yè)裝置2套沸騰床加氫裂化(LC-Fining)CatalystAdditionLineDensityDetectorRadiationSourceWellDensityDetectorsNormalBedLevelCatalystWithdrawal

LineRecyclePumpSkinSkinTC'sThermowell

NozzleEffluentFeed

ReactorTemperature410–440°CReactorPressure110–180bar524°C+Conversion55–80%HydrogenP.P.75–125barChemH2

Consumption135–300Nm3/m3Desulfurization60–85%CCRReduction40–70%Demetallization65–88%CLG公司LC-Fining渣油沸騰床加氫裂化裝置用戶名稱加工能力，萬桶/日投產日期原料油和加工目的美國BP-Amoco公司61984重質原油減壓渣油轉化，未轉化渣油作焦化原料加拿大合成原油公司41988拔頭油砂瀝青轉化，生產合成原油意大利Agip石油公司2.51988高硫渣油轉化，生產催化料和低硫燃料油斯洛伐克石油公司2.32000高硫渣油轉化，生產催化料和低硫燃料油殼牌加拿大公司（2套）7.92003拔頭油砂瀝青轉化，生產合成原油芬蘭Neste石油公司42007高硫渣油轉化，生產最大量柴油殼牌加拿大公司4.732010拔頭油砂瀝青轉化，生產合成原油加拿大西北公司2.92010拔頭油砂瀝青轉化，生產合成原油未公開62011轉化，生產穩(wěn)定的燃料油未公開3.32011轉化，生產最大量柴油和低硫燃料油合計43.63沸騰床加氫裂化(H-Oil)AXENS公司H-Oil渣油沸騰床加氫裂化裝置用戶名稱加工能力投產日期原料油和加工目的科威特Shuaiba煉油廠2.881968科威特減渣轉化，生產汽柴瓦斯油和燃料油墨西哥Salamanca煉油廠1.851972墨西哥減渣轉化，生產汽柴油和燃料油美國Motiva石油公司3.51984阿拉伯減渣轉化，生產汽柴油催化料和燃料油加拿大Husky石油公司3.21992加拿大重原油常重轉化，生產合成原油和催化料日本東燃公司川崎煉油廠2.51997中東減渣轉化，生產汽柴油催化料和燃料油墨西哥Tala煉油廠51997墨西哥減渣轉化，生產汽柴油和燃料油波蘭Pbck煉油廠3.41999俄羅斯烏拉爾減渣轉化，生產汽柴油加氫裂化料和燃料油俄羅斯Lukoil公司7.042004中國神華煤業(yè)集團6.952007煤糊加氫生產汽油和柴油合計36.32(3)重油懸浮床加氫裂化懸浮床加氫裂化：渣油與細粉狀添加物或催化劑形成懸浮液，在高溫、高壓和高空速下進行反應，對加工原料中雜質的含量幾乎沒有限制，可加工油砂瀝青。適于高金屬、高瀝青質和雜原子（硫、氮等）含量劣質重油，轉化率高、流程簡單，被視為處理劣質渣油的比較有效的途徑。2、劣質重油加工—幾種典型工藝面臨的挑戰(zhàn)

技術名稱開發(fā)公司技術特點研發(fā)狀況EST埃尼公司（ENI）工業(yè)示范裝置加工原料總量在800萬噸/年以上，主要產品為汽油、柴油和減壓瓦斯油，排放尾油總量在2%以下（重），液體產品收率在100%以上?，F(xiàn)已完成工業(yè)示范裝置，計劃2012年100萬噸/年工業(yè)裝置在其Sannazzaro煉廠投產。VRSH雪佛龍公司（Chevron）采用立式懸浮床反應器，減壓渣油、氫氣和催化劑在上行的過程中進行轉化，反應壓力為14-21MPa，反應溫度為413-454℃，渣油轉化率達到100%，體積收率可以達到115%-120%，產品為汽油、柴油和噴氣燃料，不含低值產品。現(xiàn)已完成中試，正在其Pascagoula煉油廠投運一套處理能力為17.5萬噸/年（3500桶/日）的工業(yè)示范裝置，為建設175萬噸/年的工業(yè)化裝置提供設計數(shù)據(jù)和解決工程放大問題。SHCUOP渣油、氫氣和催化劑從反應器底部進入，在12.7-14.1MPa和427-471℃下進行反應，90%原料渣油轉化為餾分油和石腦油。該技術是UOP公司在加拿大自然資源局開發(fā)的懸浮床加氫裂化技術的基礎上開發(fā)的。(3)重油懸浮床加氫裂化2、劣質重油加工—幾種典型工藝面臨的挑戰(zhàn)

Suspension-bedhydrocracking-SHCR

?SHCRfromUPC/Petrochina（Slurry-bedhyrocrackingwithCircumfluenceReactor）

50000t/a(~1000BPSD)demonstrationunitwasCommissionedinlate2003atPetrochina’sFushunrefineryVeryhighVRconversionlevel–82-92%oftheresidueResiduecanbeconvertedtonaphtha,diesel,LPGandVGO.Naphtha+dieselyieldsover50m%withSHCR?Suspension-bedhydrocracking-SHCRReactconditionsTemperaturehigherthan420℃TOTALPRESSURE(Mpa) 12-16HDM,HDS,HDN,HDCCRSPACEVELOCITYLHSV(hr-1) 0.4-0.6CatalystWatersolublecatalystprecursorsandoilsolublesSolutionisextremelysimpleandrelativelycheapsulfurizedcatalystfinelydispersed(1~5um)inresidue(200-fewthousandsofppm)SHCRProcessFlowSchemeSHCCHydraulicCycloneFlowSchemeSHCCDemonstrationUnitatFushunPetrochina-UPCSHCC懸浮床加氫裂化技術克拉瑪依低凝油常渣為原料:343℃＋渣油，CCR≤9%;P＝12～13MPa，空速0.5～0.7，轉化率85％（內含直餾柴油與蠟油）；殘渣油為硬瀝青遼河常渣為原料：340℃＋渣油，CCR≤14%;P＝12～13MPa，空速0.4～0.7，VR轉化率～25％殘渣油為硬瀝青(金屬化合物含量超過1％，用途待定）SHCRThreeliters/hourPilotUnitatUPC（4）焦化技術：延遲焦化與靈活焦化重油加氫工藝與焦化工藝選擇的爭論氫碳比約為1.6的一億噸的減壓渣油，全部轉化為氫碳比約為1.8的輕質油，這樣就必須加入約2%的氫，其數(shù)量高達二百萬噸左右。假如用輕油制氫，那就要耗費約七百萬噸輕油，在一定程度上增加了生產成本和影響到煉廠總輕油收率煉廠制氫用石腦油為1比（3.5-4），考慮該因素，二者總收率差別不大，認為焦化資源利用差的說法是沒有根據(jù)的煤變油和油變碳的爭論劣質渣油焦化加工—必然選擇渣油深加工工藝發(fā)展上的爭論：渣油加氫輕質油收率高，應該大力發(fā)展？減壓渣油延遲焦化處理劣質渣油的能力強，應該大力發(fā)展？煤變油與油變焦的爭論：煤直接加氫液化生產汽油柴油馬上投產？氫源問題？可以100％轉化？渣油焦化產生大量的石油焦，浪費資源？劣質渣油焦化加工—必然選擇委內瑞拉超重油渣油主要加工手段--延遲焦化加工（目前毫無列外）美國自1994年起,減壓渣油的深加工基本上圍繞延遲焦化配套相應精制系統(tǒng)(“Since1994,allresidueupgradingintheUSAhasbeenbasedondelayedcoking”).脫碳工藝是我國重油輕質化的主要途徑國內延遲焦化裝置加工劣質渣油----也面臨巨大挑戰(zhàn)延遲焦化工藝發(fā)展1931年美國建立了第一套工業(yè)裝置。目前全世界延遲焦化加工能力已達3億t/a左右，我國1999年延遲焦化加工能力1762.1噸萬噸/年，2004年達3900萬噸/年，目前達到9000萬噸/年以上中石油：2110萬噸，中石化：3500萬噸。中海油：500萬噸地方煉廠：3000萬噸國內延遲焦化工藝發(fā)展動力原油偏重、劣質資源占很大份額RFCC向FCC技術回歸VRDS和ARDS對原料的殘?zhí)亢徒饘俸恳髧栏?，建造與操作費用很高我國重整原料和烯烴裂解原料不足（全世界石腦油缺口～600萬噸）我國加氫的氫源不足（制氫及合理有效地利用氫氣資源）柴汽比較高中美延遲焦化加工能力占原油一次加工能力的比較90年代中國催化裂化和延遲焦化重油加工量比較（1999年超過）國內延遲焦化裝置加工劣質渣油----面臨巨大挑戰(zhàn)與國外相比焦化液收偏低、生焦率偏高容易產生彈丸焦和粘焦—影響操作安全爐管容易結焦--操作周期偏短（3～12月，停工一天損失>100萬元）焦化重蠟油的后續(xù)加工手段不配套劣質渣油流變性極差，現(xiàn)有裝置設計與操作難以應對高苛刻條件下的操作，即使局部改造后，系統(tǒng)匹配性依然不高（奧拓加上奧迪發(fā)動機依然成不了奧迪），也難以應對高加熱爐出口溫度、低循環(huán)比和短焦炭塔生焦周期操作彈丸焦爐管焦塊粘焦延遲焦化技術的改進方向提高設計和建造系統(tǒng)匹配性（加熱爐-焦炭塔-分餾塔-換熱系統(tǒng)）新型加熱爐、在線爐管除焦、焦炭塔底蓋機/自動化出焦技術、彈丸焦防控措施針對原料性質變化延遲焦化操作參數(shù)優(yōu)化國外延遲焦化主要向低壓和低循環(huán)比方向發(fā)展，提高液體收率，降低焦炭和氣體產率而國內許多延遲焦化裝置由于受到焦化原料和下游催化裂化裝置原料質量的限制，多采用較高的循環(huán)比操作。中石油全委油渣油延遲焦化取得成功依據(jù)渣油焦化吸放熱效應評價，確定延遲焦化加熱爐出口溫度（專利發(fā)明人：王宗賢）劣質重油焦化成焦特性評價和渣油焦化彈丸焦生焦門限測定，提出彈丸焦抑制措施（專利：王宗賢等）依據(jù)生焦的自催化作用、供氫抑焦理論和重油混合相容性評價，提出抑制爐管結焦的措施（UPC專有技術）通過中型評價，為延遲焦化裝置技術改造提供設計數(shù)據(jù)，確定工業(yè)條件（UPC專有技術），全程指導委油渣油技術工業(yè)化過程攻克了超稠超重渣油延遲焦化加工這一世界級難題。延遲焦化（C-2HLUPC）技術C-2HL技術具有“兩高一長”的技術優(yōu)勢措施：提高原料配伍性、餾分油選擇性循環(huán)及C-2HL技術改進劑使用效果：顯著提高焦化裝置綜合液收提高液收1.5-3.0個百分點；提高石油焦質量（降低揮發(fā)份）；有效抑制加熱爐爐管結焦（爐管外壁溫升速率顯著降低），延長操作周期。有效抑制焦炭塔起泡作用，提高裝置處理量15%在中石油、中石化和地方煉廠工業(yè)應用。烴循環(huán)延遲焦化（HRDC）技術烴循環(huán)延遲焦化（HRDC）技術依托重油混合相容性、熱轉化氫轉移特性和生焦與抑焦特性進行開發(fā)的。建立了餾分油氫轉移能力大小的評價方法，篩選確定合適的餾分油進行循環(huán)，確定循環(huán)比的大小。在HRDC中試技術開發(fā)基礎上，完成了30萬噸/年HRDC技術工業(yè)化開發(fā)。以克拉瑪依石化渣油為原料，延遲焦化工業(yè)裝置應用結果表明，該技術可以使液體總收率提高2.79%，汽柴油收率提高1.90%，焦炭收率降低3.37%，改善了產物分布和產品質量。靈活焦化化學工程方面的突破：反應器效率極大提高延遲焦化－焦炭塔固定床反應，間歇式操作流化焦化/靈活焦化－流化床反應器，連續(xù)操作加熱方式和原料多樣性：延遲焦化有原料加熱爐，存在加熱爐結焦問題，流化焦化/靈活焦化沒有焦化加熱爐，不存在原料結焦問題，原料適應性更廣泛。，生焦率比較：流化焦化/靈活焦化燃料用自產石油焦裝置凈生焦率比延遲焦化低（1/3）環(huán)境保護流化焦化/靈活焦化焦炭在二器中密閉循環(huán)，沒有焦炭和切焦水污染問題，環(huán)境條件好

流化焦化原則工藝流程圖Fluidcoking靈活焦化（流化焦化+焦氣化）

Flexicoking新一代靈活焦化工業(yè)裝置/(Mt/a)項目設計能力附注希臘Hellenic石油公司

1.05建設中秘魯石油公司1.21設計階段俄羅斯Rosneft煉廠2.75設計階段總計5.01Rosneft(Tuapse,土普塞俄)；Hellenic(Elefsis,希臘)PetroPeru(Talara,秘魯)asaNewLicensee鹿特丹煉油廠靈活焦化裝置

世界上正在運行的5套靈活焦化裝置中投產最晚的一套，也是運行較好的一套。原設計加工能力為176萬噸/a,目前加工能力已擴大到220萬噸/a。該裝置1986年投產以來，總體運行平穩(wěn)，反應溫度可以控制在0.50C以內，運行周期可達3-4年。低熱值氣體的燃燒采用了特殊的雙氣體燃燒火嘴，供應全廠作為燃料。

鹿特丹煉油廠靈活焦化裝置

靈活焦化反應器加熱器內部旋風分離器

3、超稠劣質重油預處理與深加工技術1）劣質稠油生產和輸轉面臨的挑戰(zhàn)2）滿足有效集輸?shù)某碓皖A處理技術HTL（heavytolight)技術--Ivanhoe能源公司劣質稠油供氫熱裂化技術（HDTC）稠油水熱減粘技術（PDVSA-IFP）延遲焦化改質技術3）滿足劣質重油深加工的組合工藝延遲焦化-重油加氫組合工藝靈活焦化-重油加氫組合工藝1）劣質稠油生產和輸轉面臨的挑戰(zhàn)生產中需要大量的外部供能，高達25%的能量為重油本身消耗結果全球范圍的擱淺和不良資產傳統(tǒng)改質方案無法實現(xiàn)大規(guī)模生產，并且不能與上游能源需求結合

粘度高，

運輸時需要稀釋劑由于渣油含量高，市價低國內外劣質重油改質技術一覽劣質重油改質技術重油摻稀減粘裂化HDTC延遲焦化溶劑脫瀝青HTL改質工藝焦化-加氫組合工藝2）滿足有效集輸?shù)某碓皖A處理技術2）滿足有效集輸?shù)某碓皖A處理技術（1）HTL技術--Ivanhoe能源公司技術特點：為生物質流化干餾制合成油而設計的類似FCC工藝技術類似我國的HCC技術（撫順）以惰性石英砂為熱載體轉化率較高、輕質餾分油收率高處理劣質稠油存在的問題重油對熱載體的碳化粘結—難以流化液體產物中含有焦粉難以分離—改質油的安定性差，儲存穩(wěn)定性差目前只有3000噸/年示范裝置短期運轉數(shù)據(jù)，未商業(yè)化HTL稠油改質技術（原本用于生物質轉化，）原沙再生的沙子Replacementforslide38結焦的沙子結焦的沙子再生的沙子（2）稠油水熱減粘技術—PDVSA公司（1999）-IFP（目前）技術發(fā)展：為委內瑞拉稠油改質而研發(fā)的（90年代）使用催化添加物高溫水分子中的氫可以催化轉移抑制自由基聚合與減粘裂化相比，提高了減粘效率和改質油安定性90年代只做到中試，而后研發(fā)工作幾乎停頓90年代委內瑞拉重油乳化油制備技術得到廣泛應用該技術的重要影響稠油水熱催化降粘熱采技術的探索性研究（2000年UPC）近年來稠油生產、集輸面臨挑戰(zhàn)，IFP買斷該技術并接續(xù)研發(fā)目前稠油水熱降粘熱采-水熱催化降粘改質輸轉成為研究熱點（3）稠油供氫熱烈化技術（HDTC）技術特點：與上流式減粘裂化工藝類似供氫餾分循環(huán)，提高了稠油改質效率使用膠體穩(wěn)定性添加劑，提高改質油穩(wěn)定性與減粘裂化改質相比：改質油粘度低、穩(wěn)定性好儲存穩(wěn)定性好（穩(wěn)定儲存180天以上）應用該技術處理委油超重油：降粘率達99%以上，改質油APIo提高2～4個單位改質油滿足管輸與船運要求改質油滿足長期穩(wěn)定儲存要求（3～６個月）技術工業(yè)化應用:40萬噸/年和100萬噸/年委油HDTC改質HydrogenDonationThermalConversionTechnology--HDTC7HDTCFlowSchemeHeaterFeedstockDistillateStripperQuenchCrackedResiduumGas+GasolineLightGasOilSteamHydrogen-donorfractionHydrogendonorFractionatorVisbreakinginthepresenceofhydrogendonorfraction67ProductStability-HDTCUOP2885A-7aIncreasingProductStabilityIncreasingConversionHDTCTypicalOperatingPointMinimumAcceptable

ProductStabilityMaximumConversionNewoperatingpoint,Increaseinproductstability68Petroleumcolloiddispersesystem69Compatibilityofpetroleumanditsphasebehavior超稠油HDTC降粘改質模擬船運穩(wěn)定性試驗--18米管柱40萬噸/年委油供氫熱裂化工業(yè)試驗裝置100萬噸/年委油供氫熱裂化工業(yè)應用裝置

概述煉油廠的變化生物煉廠煤液化廠氣化煉廠煉油廠的發(fā)展相關專利

頁巖油煉廠4、未來煉廠發(fā)展4-1概述對汽油、柴油、燃料油和噴氣發(fā)動機用燃料的高需求。原料供應的不確定性，具體包括原油質量的不斷變化，各國之間的地緣政治關系以及油砂瀝青、天然氣和煤等替代原料的出現(xiàn)。近來的環(huán)保法規(guī)對汽油和柴油中的硫含量有了更嚴格的規(guī)定。持續(xù)的技術發(fā)展，例如，新型催化劑和加工工藝。20世紀石油煉制行業(yè)新工藝過程的發(fā)展21世紀，由于劣質、重質原油供應量增加，對清潔、超清潔車用汽柴油及石油化工基礎原料的需求量的增大，煉油技術處于快速革新的階段。煉油工業(yè)的生產設備變得越來越多樣化；根據(jù)各自的規(guī)模、復雜性和產品構成，不同煉油廠的工藝配置也各不相同。許多煉油廠是大型綜合石油公司的一部分，這些大型石油公司從事于石油產業(yè)的各個方面，包括開采，生產，運輸，加工和石油產品的銷售。在接下來的20~30年內，煉油廠發(fā)展布局的主要趨向將是工藝過程的完善。煉油行業(yè)將更多地集中精力于重質原料油的深度轉化，加大加氫裂化能力和加氫處理能力，應用更有效的處理過程。為了發(fā)展替代能源，提高設備使用率，高轉化率的煉油廠將轉向于原料的氣化。費托合成及整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）將會實現(xiàn)一體化發(fā)展甚至于整合到煉油廠（Stanislaus等,200）圖10-1未來煉油廠典型的布局4-1概述

未來30~50年內煉油工業(yè)的發(fā)展4-1概述①目前的原料和重油、生物原料的對比；②從20世紀50年代以來煉油廠的發(fā)展；③重油和生物質原料的性質及加工性能；④熱加工和加氫過程的對比；⑤適應于煤、油頁巖等劣質原料的重要影響及環(huán)保市場的產品的革新發(fā)展。4-1-1原油資源的開采

原油和其他的自然資源一樣，剛開始產量增加很快，到采收率為50%時，產量逐漸降低。那時產量達到最大值，之后開始不可逆轉的下降；直到由于成本太高而無法開采剩余的資源。原油消費加速，但石油的勘探速度已經(jīng)開始減慢。一些科學家和工程師曾認為，還會發(fā)現(xiàn)其他新的、巨大的油田。但也有很多人觀點于此相悖

迄今為止，化石能源仍然占據(jù)著主導地位，它的價格對全球經(jīng)濟有著重要影響，因為能源會直接或間接地作用于商品的生產和服務。任何能源的供應降低都會對經(jīng)濟造成不可估量的影響（Speight和Ozum,2002;Hsu和Robinson,2006;Garyatal,2007;Speight,2007）。哈伯特假定10.2煉油廠的變化

近幾年，原油的平均質量已經(jīng)下降(Swain,1991,1993,1998,2000)，隨后煉油廠會加工處理越來越多的重油和油砂瀝青（Speight,2007,2008）。原油性質的變化有力地促進了煉油廠結構和相應投資的變化。預計未來原油的組成大部分是含硫的重質油和超輕組分，如液化天然氣。瀝青也會有一個轉變，比如加拿大的油砂和委內瑞拉的重油。這些變化需要增加投資,將油砂瀝青和油頁巖加工成合成原油。圖10-2油砂瀝青和油頁巖與石油摻混趨勢圖4-2煉油廠的變化過去30年的變化：適應原油供應和產品市場需求的變化，煉廠不斷改善提高引進越來越多的復雜的和昂貴的工藝重質油輕質化石油煉制過程越來越復雜，劣質原油、原油價格的不穩(wěn)定改進加工工藝和提高能源的利用率4-2-1重質原油的應用重質原油引進市場的4種方法（Hedrick等,2006）將油田中的重質原油改質，將重質渣油作為焦炭留下；然后將改質后的原料用管道輸送。此種方法中原油被分離，渣油被煉成焦炭。焦化產品需要加氫處理，有時候渣油也需加氫處理。加氫處理后的原料和分餾后的一些輕組分混合形成新的原料油，然后通過管道輸送到市場。在具有豐富的天然氣和電力資源的已建港區(qū)建設改質用設施。改質設施分餾出原油中的VGO（減壓渣油）和輕組分，并將殘渣焦炭化。焦化過程產生的液體產品經(jīng)加氫處理后，與未經(jīng)處理的原料混合。也可以將混合油品中未處理的VGO、AGO和柴油加氫精制，這取決于天然氣的使用性能和主要的經(jīng)濟條件。用一定量的普通地方生產的常規(guī)原油將非常規(guī)原油稀釋到管道輸送的級別。這種方法有一定的局限性，和使用已建立的改制設施相似，但是它可以用在距離其他油田、電力和天然氣資源比較遠的大型油田。4-2-2機會原油的利用

機會原油，又稱難加工原油或問題原油。該原油雜質多、不易分離煉制、對加工設備腐蝕、損傷大，因而價格低廉。通常情況下這類原油在精制之前需要凈化，除去不需要的組分，如含硫、氮和芳香分的組分。在加工這類原油時，原油中的酸類會造成常減壓蒸餾裝置的腐蝕。此外，該原油所含有的礦物鹽類、鎂、鈣和氯化鈉等也會造成腐蝕。氯化鈉水解得到揮發(fā)性的氯化氫，造成換熱裝置的嚴重腐蝕。這些鹽類對機會原油的加工造成了很大的負面影響，其含有的無機黏土和有機酸還會加速水解反應。

除了采取有效的預防性措施來減少這些高利潤原油加工對設備的危害，煉油廠還需制訂詳細、直接的原料評價，使得他們可以快速地了解某種原油的性質并給與恰當?shù)膬r值評估。評估原油中污染物的潛在影響也是十分必要的，如雜質金屬和酸性，從而正確利用原料，并制定合適的原料加工計劃。4-3生物煉廠化石燃料的使用對全球氣候產生嚴重的、無法挽回的消極影響石油資源的供需問題將削弱其相對于其他替代能源的經(jīng)濟優(yōu)勢，其主導地位也難以繼續(xù)維持下去天然氣和煤制得燃料和化工產品等新技術的研發(fā)進度緩慢植物作為化工原材料

生物質與化石燃料不同，它是一種可再生資源。所有源于生物質的燃料都是生物燃料，如生物體或它們的代謝副產品。生物燃料還定義為其80%（體積分數(shù)）以上是從收獲時間為10年之內的生物體中獲得的任何一種燃料。與其他燃料相比，生物燃料的一個優(yōu)勢是它可生物降解，如果泄漏對環(huán)境的危害相對較小。

植物為化學品的制造提供了獨特和多樣化的原料。植物生物質氣化可以生產合成氣，它是一種基本的化工原料，還是未來氫能經(jīng)濟社會的氫源。此外，植物中含有特殊的成分，例如糖類、植物油、植物纖維以及初級和次級代謝的復雜有機物，這些都可用來合成一系列有價值的單體、化工中間體或醫(yī)藥。從生物質獲得能源的最簡單、最廉價和最常用的方法是直接燃燒。燃燒熱可以用來提供空間過程熱、水熱、通用汽輪機的使用和電能。有機殘渣通過直接燃燒或生物化學轉化可以用于能源生產。植物用于化工原料的途徑生物煉油廠熱過程生物途徑轉化4-3生物煉廠

生物煉油廠是生產生物質燃料、電力和化學品的設施（Ruth,2004），這種設施把生物質轉化過程和設備結合在一起。其基本作用是生產生物燃料，煉油廠根據(jù)各種生物質材料和生物燃料的副產品，思考如何利用它們。生成碳氫化合物的中間產物中，任由它們使用的組成單體是植物的糖類、淀粉、植物油和蛋白質。在化學合成中，常用酶、工程菌或傳統(tǒng)化學過程使用的無機催化劑來處理這些原料。

生物煉油廠通過一些基本的技術，將生物原料轉化為有用的中間體。各生物煉油廠的區(qū)別在于原料的性質不同，如農作物煉油廠使用谷物或玉米，纖維素煉油廠使用諸如麥稈、木材和廢紙等纖維素含量高的原料。

作為一種原材料，由于生物質的多功能性、實用性和可再生性，它的應用很廣泛，但是也有局限性。例如，生物質比煤、液化石油氣或石油衍生燃料的能量密度小。生物質熱含量最多比得上低質煤或褐煤，而且遠遠（50%~100%）低于無煙煤、多數(shù)煙煤和石油。大多數(shù)生物質由于其物理吸水性較強而重量增加，干燥時可達原重量的50%，單位質量生物質的能量容易利用的比例很低。生物煉油廠4-3生物煉廠

大型生物燃料和可再生化學品的生產設施的建設，再加上對生物科學的開發(fā)和應用，表明在不久的將來，非糧食作物的利用會顯得更重要。生物煉制的概念提供了一個可大大降低生產成本的手段，使可再生化學品大量地替代石化產品成為可能。然而，在這個概念被充分認識之前，依然存在較大的技術挑戰(zhàn)。4-3生物煉廠圖10-3糖法（生物化學法）和熱化學法制取燃料4-4煤液化廠伯吉尤斯法是早期利用煤炭生產液體燃料的加工方法之一。該方法是將研磨后的褐煤或次煙煤與加工過程中的循環(huán)重油混合，加入催化劑，再將混合物注入反應器。反應溫度為400~500℃，氫壓為20~70MPa，反應產生重質油、中間餾分油、汽油和氣體，過程如下：此方法使用的催化劑，一般包括鎢、鉬、錫或鎳。

4-4煤液化廠煤炭煉廠燃料輸送煤液化油直接液化進一步加工高達97%的煤炭可轉化為合成燃料。直接煤液化油中含有大量的酚類組分，顯酸性，給煉廠帶來了巨大挑戰(zhàn)。4-4煤液化廠另一類方法為煤間接液化法。該方法包括兩個階段：①煤炭先與蒸汽、氧氣發(fā)生氣化反應，主要產物是一氧化碳和氫氣的混合氣體；②凈化除去硫、氮以及顆粒雜質，最后催化轉化為液態(tài)烴產品的混合物。在溫度超過800℃（1470℉）和適當?shù)膲毫ο?，煤炭轉化為合成氣，反應如下：該方法消除了酚類組分帶來的困擾。4-4煤液化廠

空氣污染問題和采礦業(yè)的危險是煤加工的主要挑戰(zhàn)，但是由于煤系原料的豐度和穩(wěn)定的價格，煤加工的概念不太可能會被摒棄。氣化是保證精煉過程環(huán)保的關鍵，與石油生產碳氫化合物燃料相比，煤氣化生產合成燃料的過程是一個更綠色的路線。這種方案不會取代其他的燃料生產系統(tǒng)，但肯定適合常規(guī)的煉油廠—許多煉油廠利用氣化生產氫氣，而氣化單元也是靈活焦化過程的一部分。4-5頁巖油煉廠油頁巖生產頁巖油：即將油頁巖加熱使有機干酪根轉化為原始的頁巖油。油頁巖干餾（開采）表面干餾原位干餾：在地下原位加熱頁巖干餾主要是無氧氣存在時的油頁巖破壞性蒸餾（熱解），反應過程如下：干酪根碳氫化合物較小的分子900℉以上高溫分解裂化分解傳統(tǒng)的煉油焦化過程與此相似，用于分解渣油、重質油和焦油砂瀝青中相對分子質量較高的成分。4-5頁巖油煉廠含有大量烴類化合物，氮含量較高含有大量烯烴和二烯烴類組分含有一定量的砷、鐵和鎳使得頁巖油不易精制，容易形成不溶性沉積物。頁巖油特點主要有：如何改善？4-5頁巖油煉廠為了改善原料頁巖油的性質，將使用不同的方法來改質或者摻煉。方法的選擇取決于頁巖油的組成和來源（如圖4所示）。圖4頁巖油組成：表面干餾與原位干餾

加氫處理是生產高穩(wěn)定性產品的選擇之一。另外，如果頁巖渣油用作瀝青改性劑（摻煉），則高氮含量的特點可以加強瀝青與無機聚合體的結合，有利于其加工利用。4-5頁巖油煉廠頁巖油生產的石腦油通常含有大量的芳烴和環(huán)烷烴，這些化合物在其他各種加工工藝中通常很穩(wěn)定。盡管大部分石油加工過程減少了烯烴含量，但其中的烯烴含量仍較高。必須采取適當?shù)募庸すに?，將汽油產品中的二烯烴和高度不飽和成分除去。含氮和含硫的組分也是如此。當汽油中不飽和成分含量較高時，催化加氫過程不是汽油脫硫的一個好方法，因為大部分的氫氣會參與加氫反應。但是如果這正是產品所需要的，那么催化加氫過程則是有效的。頁巖油與常規(guī)原油不同，現(xiàn)已經(jīng)研究開發(fā)了幾種精煉技術。加氫處理可以解決氮和石蠟的問題，通過加氫裂化生產高質量的潤滑油，這需要將蠟質除去或異構化，但是砷污染問題依然存在。

4-5頁巖油煉廠

一般情況下，頁巖油餾分的高沸點化合物濃度較高，這更有利于生產中間餾分，如柴油和噴氣燃料，而不利于生產石腦油。頁巖油餾分中烯烴、氧、氮含量比原油中高，凝點和黏度也較高，地面干餾過程比原位過程生產得到的石油API度更低（最高API度是25）。

相比而言，API度為35的典型原油可能含有高達50%的汽油和中間餾分的烴。西得克薩斯中級基準原油在商品期貨市場的限制是0.3%的硫（質量分數(shù)），阿拉斯加北坡原油是1.1%。紐約商品交易所（NYMEX）的輕質低硫原油規(guī)格限制的硫含量是低于0.42%（ASTMD4294），API度在37到42之間（ASTMD287）。4-5頁巖油煉廠處理頁巖油的首選方法：先利用移動床反應器反應較重的餾分通過第二個固定床反應器在更加苛刻的條件下進行裂化反應較輕的餾分通過加氫處理除去殘留金屬、硫和氮再通過分餾將寬沸點范圍的原油分為兩個獨立的餾分通過加氫處理脫除出的砷附著在催化劑上，可生成致癌物質，它是急性或慢性的催化劑毒物。當催化劑上的砷含量達到一定程度時，必須更換催化劑。4-6氣化煉廠氣化技術碳質原料生產合成氣，費托合成得液體燃料核心工藝簡要流程氣化煉油廠實例南非薩索爾煉油廠合成氣：不同比例CO和H2的混合物，含碳燃料（如煤或渣油）氣化后得到，具有一定的熱值；合成氣用途：重要的氫源，費托合成的重要中間體；合成氣生產原料：任何碳材料，包括生物質（生物質的氣化生物質氣化不論在技術上，還是在經(jīng)濟性方面都具有最令人信服的能源發(fā)展?jié)摿Γ缓铣蓺馍a工藝——化工技術的重要組成部分；水煤氣合成反應蒸汽重整自熱重整蒸汽與天然氣（甲烷）或石腦油在鎳催化劑作用下得到；其他過程水蒸汽和高溫焦炭反應得到；通過將反應器入口附近的部分氧化反應與沿反應器的傳統(tǒng)蒸汽重整結合，提高了整個反應器的效率和工藝過程的靈活性；采用氧氣而非蒸汽的部分氧化反應：可以利用重質原料；高溫（850~1000oC）短時間（毫秒級）下的不完全氧化反應；合成氣生產工藝的發(fā)展4-6氣化煉廠合成氣生產過程4-6氣化煉廠含碳物質在氣化爐中經(jīng)過含碳燃料的熱解、燃燒和剩余殘?zhí)康臍饣?，此過程很大程度上依賴于含碳物質的性質，并決定了殘?zhí)康慕Y構和組成。含碳物質來源：隨著石油供應量降低，用其他含碳原料生產氣體的需求隨之增多，尤其是在天然氣短缺的地區(qū)。由于天然氣預計成本會增加，因此，煤氣化過程在經(jīng)濟可行性方面更有競爭力，21世紀末，實驗室及中試規(guī)模的研究將促進新的工藝技術的發(fā)展，加速煤氣化工業(yè)化進程。4-6-1氣化爐氣化爐的特點爐中可用的空氣或氧氣量是嚴格控制的，只有少部分燃料完全燃燒；部分氧化反應為碳質原料化學分解提供熱量和壓力，同時生產合成氣；產生的氣體組成與氣化爐中的反應條件和原料性質有關；燃料中的礦物質（即巖石、污垢和其他無法氣化的雜質）可以作為殘渣或其他有價值的固體產品從氣化爐底部分離出來；氣化爐的類型（已工業(yè)化）逆流固定床；并流固定床；流化床；氣流床；4-6-1氣化爐逆流固定床氣化爐由碳質原料的固定床組成，氣化劑（蒸汽、氧氣或空氣）逆流進入固定床裝置氣化爐生產能力低；熱效率高；氣體的出口溫度相對較低正常操作溫度下，焦油和甲烷產量較高，氣體使用前必須凈化處理或循環(huán)至反應器并流固定床氣化爐與逆流固定床類似，但是燃料和氣化劑一起并流進入裝置氣體的出口溫度相對較高；大部分熱量在床層上部轉移至氣化劑由于所有焦油必須通過高溫床，因此焦油含量相比逆流固定床氣化爐大大降低固定床氣化爐4-6-1氣化爐流化床氣化爐燃料懸浮在氧氣（空氣）或蒸汽中；燃料吞吐量高于固定床，但不如氣流床氣化爐；轉化效率低，有必要循環(huán)或充分燃燒原料特別適用于含有較強腐蝕性灰分的原料，如生物質等氣流床氣化爐干粉狀固體、霧化的液體燃料和燃料懸浮液與并流的氧氣（很少）在氣流床中氣化產量較高；熱效率稍低由于操作溫度恰好高于灰燼的熔點，氣流床氣化爐將大部分灰燼作為殘渣除去4-6-1氣化爐氣化工藝的應用及意義經(jīng)脫硫化氫、氨和顆粒物的合成氣可以用于燃氣輪機的燃料，一方面驅動發(fā)電機，一方面燃氣輪機中的熱空氣回到氣化爐或空氣分離裝置加熱水提供蒸汽，從而也驅動燃氣輪機，兩方面的供電大大提高了供電效率煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（IGCC）用來從減壓渣油、裂化渣油和脫瀝青油等原料中獲得能量并儲存起來；與其他供能方式相比，氣化過程中硫氧化物和氮氧化物的排放量最少供能及生產化學品廢棄物氣化比焚燒提供了更多回收產品的機會，熱解氣化得到的氣體、油以及固體殘渣不僅可用作燃料，還可除去雜質后用作石