我國延遲焦化技術的專利保護現狀與展望

于志敏,張艷梅,付興國

(中國石油石油化工研究院,北京100195)

1 前 言

延遲焦化技術具有工藝成熟、原料靈活性大和投資低等特點,是眾多煉油廠特別是劣質重油加工廠首選的渣油加工手段。近年來,延遲焦化技術在我國發展十分迅速,在渣油加工中的比重越來越大。據統計,1995年我國延遲焦化裝置的加工能力為13.28Mt／a,占原油一次加工能力的6.64%;2005 年 加 工能 力 為 42.45Mt／a,占12.94%;2010年已經達到90Mt／a,占原油一次加工能力超過20%。而隨著常規石油資源日益減少和重油開采技術日臻成熟,以及原油性質日趨重質化和劣質化,市場對交通運輸燃料如汽油和柴油的需求日益增長,可靈活加工劣質渣油多產輕質餾分油的先進延遲焦化技術將發揮越來越重要的作用。

目前,比較成熟的延遲焦化技術以Foster Wheeler,Lummus,Conoco,Kellogg公司以及中國石油化工股份有限公司(以下簡稱中國石化)的技術為代表。世界上多數延遲焦化裝置均采用這些專利、專有技術進行設計和建設。在新形勢下,為了進一步實現全面科學發展、形成具有國際領先水平和自主知識產權的延遲焦化技術,有必要對我國延遲焦化技術的相關專利進行分析,提出未來先進延遲焦化技術的研究方向和保護重點。

2 延遲焦化技術相關中國專利

2.1 檢索的范圍和方法

此次專利分析的數據源于國家知識產權局專利檢索的“中國專利全文數據庫”,檢索范圍包括從1985年起至今公開的延遲焦化技術的中國專利。

2.2 檢索的結果

通過檢索,共計得188件有關延遲焦化技術的中國專利。其中發明專利149件,實用新型39件,無外觀設計專利。圖1顯示了1985年至今在中國公開的延遲焦化專利數量。從圖1可以看出,專利申請數量大體上呈現逐年上升的趨勢,尤其在2000年以后申請數量有了較大的進展,且2008年申請數量最多,達到24件。

圖1 相應年份申請和公開的專利數量■—申請數量;●—公開數量

3 延遲焦化技術中國專利的分析

3.1 申請專利的類型分析

世界延遲焦化技術早在20世紀初就已經出現,我國從20世紀60年代開始建設延遲焦化裝置,并陸續展開相關技術的研究和探索。有關延遲焦化技術的中國專利分類構成見表1。從表1可以看出:①申請的有關延遲焦化技術的中國專利所涉及的類型有17類(根據IPC國際專利分類表);②申請數量較多的有兩類C10G(105件,占總數量的55.9%)和C10B(42件),其中C10G主要包括各種延遲焦化的新工藝和組合過程工藝,還包括一些焦化助劑和添加劑的配方;C10B主要是焦炭形態的研究包括針焦的制備方法和工藝。

表1 延遲焦化專利技術分類構成

3.2 專利權人分析

專利作為一種知識產權,具有地域性。在中國申請有關延遲焦化的專利的專利權人絕大部分是中國的,達到85%以上,具體見表2。主要的申請單位有:中國石化專利申請數量達到 113件(60.1%),中國石油天然氣股份有限公司有8件,外國公司主要是埃克森美孚研究工程公司和康諾科有限公司,分別有9件和6件。由此可以看出,中國石化在延遲焦化技術研究和知識產權上在中國市場上占有絕對優勢。

表2 主要的專利權人構成

3.3 專利內容分析

檢索到的延遲焦化技術的中國專利包括工藝過程、操作方法、設備改進、過程控制、環境治理以及各種增液劑、阻焦劑、阻垢劑等添加劑。外國申請人中,康諾科有限公司早在1985年就開始在中國占據市場。6件專利主要是針對加入烴類稀釋劑來提高液體收率和質量以及設備部位性能改進來提高操作性能,如CN97193162.3,CN85103235等。世界上有關延遲焦化技術的主要專利商中,?？松梨谘芯抗こ坦旧暾埖难舆t焦化技術的中國專利最多,為9件,主要是有關一種生產自由流動細粒焦炭的延遲焦化方法,如 CN200680006976.3, CN200480013463.6,CN02824005.7等?？捣剖凸緝H有1件專利(CN02816101.7):用于生產更均勻和更高質量焦炭的方法。

中國石化申請專利的主要貢獻單位有石油化工科學研究院、撫順石油化工研究院和洛陽石化工程公司,其中石油化工科學研究院的延遲焦化技術研究成果最為顯著,不僅表現在申請了有關新的焦化工藝過程方法和生產針狀焦的方法上,而且許多專利已經實現技術有形化。如基于專利CN1176287A開發了高液體收率延遲焦化成套技術(MDDC),基于專利CN1087665的生產乙烯原料延遲焦化技術(PEFDC),基于專利CN1246512A和CN1246514的緩和熱轉化-焦化組合工藝,基于專利CN1297980A的瀝青延遲焦化技術,基于專利CN1289819A的焦化消泡劑(CDF-10)技術等。洛陽石化工程公司專利內容涉及較廣,但比較突出的成果是可靈活調節循環比的延遲焦化工藝,專利CN1396236A。撫順石油化工研究院的專利研究內容主要涉及針狀焦的生產方法、提高輕質油收率的添加劑、加氫工藝和延遲焦化工藝的有機組合,如CN03133538.1和CN200710012681.3。

縱觀我國申請的有關延遲焦化技術專利,科研工作者一直致力于工藝改進、針狀焦生產、提高液體收率和產品質量的方法的研究。

4 延遲焦化技術專利申請方向的展望

石油作為一種社會運轉和發展必需的能源,需求量的增加和其不可再生性的矛盾日益突出。最大限度地提高石油的利用率勢在必行。一般意義上延遲焦化技術并沒有實現液體收率的最大化,因為其產品中含有固體的焦炭,在滿足現有對焦炭需求的情況下,應大力降低焦炭收率,提高液體收率。根據物料碳氫平衡,實現這一想法的根本途徑是加氫。隨著材料設備技術發展和對清潔燃料需求的巨大推動下,延遲焦化技術的研究方向與加氫技術結合的可能性極大。針對目前延遲焦化技術專利申請狀況和發展趨勢,提出未來先進技術的研究方向和保護重點:

(1)提高裝置的靈活性和原料適應性。專利中涉及了一些如超稠油、高酸原油等非常規原料的焦化工藝,這都有利于拓寬原料范圍,提高裝置的靈活性。同時,我國境內出現的比較特殊的油品有遼河超稠油、風城超稠油、塔河油等,經過刻苦攻關,已經分別在中國石油遼河石化分公司、烏魯木齊石化分公司等實現了工業化生產,形成了自己的專有技術。但是與國外技術相比還有差距,國外焦化裝置加工的原料油的康氏殘炭可以高達45%,甚至可以加工減壓深拔后的減壓渣油和更劣質的渣油。

(2)加快有關針狀焦的專利創新和實現技術有形化。有關針狀焦生產的專利一直是專利申請的熱點,但是目前我國所需的針狀焦主要依賴進口,美國石油系針狀焦市場占有率達80%,而日本則以煤系針狀焦見長,俄羅斯、德國、英國也有小批量生產,我國目前只有中國石油錦州石化分公司和山西宏特公司在生產。目前全球針狀焦產量約 1.2Mt／a 左右,我國產量只有 50kt／a,而每年針狀焦需求量約300～400kt,80%～90%依賴進口。隨著煉鋼技術的發展,我國對針狀焦的需求日益增加,而國外對技術非常保密,應加大投入,打破國外的技術壟斷,生產出自己的高品質針狀焦,加快針狀焦專利的創新和實現技術有形化。

(3)增加投入,重視設備創新,提高自動化控制水平。延遲焦化裝置主要設備包括加熱爐、焦炭塔和水力除焦機械等,有關延遲焦化技術的中國專利中很少有這方面的內容。國外設備上的每次創新都帶來了巨大的經濟效益,比如:①國外首先發明雙面輻射爐,不僅使熱強度分布更均勻,而且提高了熱效率,降低了能耗;②采用在線清焦技術,大大提高了加熱爐的運轉周期;③國外的水力除焦機械技術進步較快,部分裝置實現了密閉除焦,取消了焦池,減少了污染;④部分裝置通過提高水力除焦的自動化水平,實現了在地面進行除焦操作,降低了除焦的勞動強度,提高了除焦操作的安全性。

(4)進一步篩選優化工藝提高液體收率和質量。我國的科研工作者對提高液體收率和質量的工藝過程和操作方法的技術做了大量的探索,并申請了不少的專利。但是無論從加熱溫度、反應壓力還是循環比來看與國外還有差距。在世界原油價格不斷攀升、對清潔燃料油需求量越來越多的情況下,應該篩選優化合適的操作工藝方法,進一步提高液體收率,增大資源利用率,提高經濟效益。

(5)深入研究開發先進的焦化技術。我國延遲焦化在快速發展過程中遇到了一些新問題(尤其隨著石油資源劣質化),如加熱爐管結焦嚴重、產生彈丸焦等。同時,市場對交通運輸燃料如汽油和柴油的需求日益增長,可靈活加工劣質渣油多產輕質餾分油的先進延遲焦化技術將發揮越來越重要的作用。靈活焦化(流化焦化)與延遲焦化比較,原料和操作柔性化程度高、反應溫度高、液體收率高,焦炭及氣體收率較低,裝置清潔生產有很大的改善。深入研究解決流化焦化生成的大量焦粉的合適用途,以及由于加工高硫原油造成CO鍋爐煙氣排放嚴重超標等問題,有利于增強其在工業上的推廣和應用。靈活焦化投資比一般延遲焦化大,是由于它包括了焦的后處理系統,煉油廠不必再配套CFB鍋爐和IGCC等,但是配置有焦粉氣化設備,可將焦粉轉化成低熱值瓦斯,基本上不生成焦粉,可把99%的減壓渣油轉化成液體產品和只排出極少量焦粉與延遲焦化加上CFB或IGCC投資比較,靈活焦化的投資相對較低。