使用高活性加氫脫硫催化劑促進(jìn)低碳煉油經(jīng)濟(jì)

楊成敏，郭 蓉，周 勇

（中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

使用高活性加氫脫硫催化劑促進(jìn)低碳煉油經(jīng)濟(jì)

楊成敏，郭 蓉，周 勇

（中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)既能夠促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展又能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在煉油企業(yè)中采用高活性加氫脫硫催化劑，能夠降低柴油加氫脫硫等裝置的能耗，同時也降低了這些裝置的碳排放量。撫順石油化工研究院開發(fā)了活性不斷提高的FHUDS系列高活性加氫脫硫催化劑，為減少煉油企業(yè)碳排放量提供了良好的技術(shù)支持。

低碳；煉油；加氫脫硫；催化劑；FHUDS

煤炭、石油、天然氣等化石能源的使用，每年產(chǎn)生大量的CO2。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的估算，1973年全世界CO2排放量為157億t，2005年增加至271億t。而資料表明，地球?qū)O2的自凈能力每年只有30億t，每年將有大量新增的CO2殘留在大氣中，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響[1]。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)既能夠促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展又能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，作為能源消耗大國，中國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中開發(fā)和采用低碳技術(shù)是十分必要的。

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的主要方式是減少含碳燃料的使用，但現(xiàn)階段使用太陽能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒊毕艿惹鍧嵞茉床⒉荒芡耆娲鷤鹘y(tǒng)的化石能源。一方面清潔能源成本比傳統(tǒng)化石能源高，阻礙了其推廣應(yīng)用。另一方面，清潔能源技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展完善。2011年東日本大地震導(dǎo)致福島核電站泄漏事故又給人類敲響了警鐘。因此，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，人類使用的能源還是主要由化石能源提供。目前，中國的能源結(jié)構(gòu)中化石能源約占92%[1]。

2003年國內(nèi)某大型綜合石油企業(yè)溫室氣體排放統(tǒng)計顯示[2]，該企業(yè)溫室氣體（以CO2當(dāng)量計）排放總量為1.08億t，其中CO2實(shí)際排放量1.02億t。2009年，中國石油和中國石化共加工原油約3億t，生產(chǎn)乙烯約900萬t，其主要能耗造成的CO2排放當(dāng)量達(dá)到0.89億t[1]。美國能源信息署指出，2002年全美煉廠溫室氣體中排放量為2.78億t[3]。為此，現(xiàn)階段我國低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須重視煤炭和石油行業(yè)的低碳化[2]。

1 加氫脫硫裝置的低碳操作

如同對溫室氣體的關(guān)注一樣，全球?qū)κ彤a(chǎn)品的硫含量要求也越來越嚴(yán)格。歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)于2005年開始執(zhí)行硫含量50 μg/g的歐IV柴油標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)實(shí)施硫含量10 μg/g的歐V柴油標(biāo)準(zhǔn)。我國于2003年開始要求車用柴油硫含量不大于500 μg/g，2011年7月1日開始要求車用柴油硫含量不大于350 μg/g。北京、上海等地區(qū)車用柴油已經(jīng)開始執(zhí)行硫含量不大于50 μg/g的地方標(biāo)準(zhǔn)。隨著柴油產(chǎn)品硫含量要求的日益嚴(yán)格，柴油加氫脫硫已經(jīng)成為煉廠生產(chǎn)合格產(chǎn)品的主要手段。柴油加氫脫硫裝置的低碳操作也因此越來越受到重視。

在煉廠的整個生產(chǎn)過程中，各工藝過程都需要消耗大量的熱能、蒸汽和電力等能源，而提供這些能源的過程會大量排放二氧化碳。巴西石油公司的研究表明，加熱爐二氧化碳排放總量占整個煉廠的34.20%，其次是FCC裝置占30.20%，蒸汽占27.60%，制氫占2.70%[4]。柴油加氫脫硫工藝主要能耗包括燃料氣、電、蒸汽、循環(huán)水等，其中燃料氣和電能占主要。據(jù)統(tǒng)計，2009年中國石化41套加氫脫硫裝置中，綜合能耗平均11.23 kg標(biāo)油/t，其中燃料氣占39.6%（以kg標(biāo)油計），電力占39.4%。

張國生計算了油氣燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳當(dāng)量，每千克油氣燃料的CO2排放當(dāng)量為3 392 g[1]。因此可以計算出2009年中國石化柴油加氫脫硫裝置因能耗導(dǎo)致平均CO2排放當(dāng)量為38.09 kg/t。從整個流程看，柴油加氫脫硫時產(chǎn)生少量的較輕組分，但加工損失平均在0.26%左右。加工損失導(dǎo)致平均CO2排放當(dāng)量為8.81 kg/t。可以看出柴油加氫脫硫裝置總的CO2排放當(dāng)量為46.90 kg/t，其中能耗貢獻(xiàn)81%。

從二氧化碳減排的角度看，降低裝置能耗和減少加工損失率都是很重要的。但減少加工損失總是有限的，要根據(jù)裝置的具體情況來判斷。某些裝置因設(shè)計缺陷或者安裝缺陷并不能大幅度降低加工損失率。于是降低裝置能耗就成為柴油加氫脫硫裝置低碳操作的主要手段。程薇等[5]也認(rèn)為減少煉油生產(chǎn)過程碳排放的最根本解決辦法是提高煉油過程的能效，同時她們還認(rèn)為采用新型高效的工藝和催化劑技術(shù)將有助于煉油工業(yè)應(yīng)對低碳挑戰(zhàn)。目前煉油工業(yè)都采用相對成熟的工藝技術(shù)，柴油加氫脫硫過程也是這樣。要改變工藝需要深思熟慮和增加固定投資，不是能夠輕易進(jìn)行的。而采用高活性的催化劑則能夠方便地實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排，其效果是立竿見影的。表1給出兩個不同的柴油加氫脫硫裝置在不同反應(yīng)溫度下的能耗和二氧化碳排放當(dāng)量對比。

表1 A柴油加氫脫硫裝置能耗和二氧化碳排放當(dāng)量隨平均反應(yīng)溫度的變化Table 1 Effect of average reaction temperature on energy consumption and CO2 emission of diesel HDS unit A

從表1可見，A柴油加氫脫硫裝置通過降低平均反應(yīng)溫度13 ℃，各項(xiàng)能耗指標(biāo)都有明顯的下降，總能耗下降了19.8%，對應(yīng)二氧化碳排放當(dāng)量也下降了19.8%。

表1的數(shù)據(jù)是在催化劑性能標(biāo)定期間調(diào)整不同反應(yīng)溫度時采集。可以看出，如果采用不同性能的催化劑，在以較低溫度生產(chǎn)相同質(zhì)量的柴油產(chǎn)品時可以大幅度減少裝置能耗，并同時減少二氧化碳排放當(dāng)量。在作者以前的研究中曾指出，采用更高活性的催化劑可以降低反應(yīng)溫度[6]。那么柴油加氫脫硫裝置可以采用更高活性的催化劑來獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和減少二氧化碳排放當(dāng)量。

2 FHUDS系列加氫脫硫催化劑

撫順石油化工研究院是我國最早從事煉油加氫技術(shù)研究的單位之一，早在上個世紀(jì)70年代就開發(fā)出了以481催化劑為代表的多個加氫脫硫催化劑并于1979年在茂名石化公司煉油廠進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用[7]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，針對煉廠加工進(jìn)口含硫原油和生產(chǎn)滿足歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)低硫柴油的需要，F(xiàn)RIPP加快新催化劑的開發(fā)，相繼推出了FH-DS、FHUDS系列柴油深度加氫脫硫催化劑。

2002年針對進(jìn)口含硫原油加工需要推出了FH-DS柴油深度加氫脫硫催化劑。自2005年以來，針對汽柴混合油、直餾柴油和二次加工柴油等原料油加工需要，又相繼開發(fā)了FH-UDS、FHUDS-2、FHUDS-3及FHUDS-5等系列柴油深度加氫脫硫催化劑，并在國內(nèi)10多套大型柴油加氫裝置成功應(yīng)用。詳細(xì)情況見表2。

表2 FHUDS系列加氫脫硫催化劑及其性能Table 2 Series of FHUDS catalysts and their catalytic performance

從表2可見，隨著催化劑相對活性的提高，在其他條件相同的情況下，可以通過降低反應(yīng)溫度來減小裝置能耗，從而獲得較小的二氧化碳排放當(dāng)量。

3 結(jié) 論

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是大勢所趨。通過降低裝置能耗的方式來降低柴油加氫脫硫裝置的碳排放量是煉廠降低碳排放量可行的途徑。可以通過采用高活性的加氫脫硫催化劑來降低裝置能耗，從而獲得低的二氧化碳排放當(dāng)量。撫順石油化工研究院近年來開發(fā)了多個柴油加氫脫硫催化劑，其活性能夠滿足煉廠節(jié)能減排的需要，為煉廠低碳發(fā)展提供了良好的技術(shù)支撐。

［1］張國生.低碳經(jīng)濟(jì)下煉油與石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢[J]. 當(dāng)代石油石化, 2010,187(7):16-18．

［2］覃國軍.石油石化企業(yè)面臨的低碳發(fā)展挑戰(zhàn)和機(jī)遇[J].油氣田環(huán)境保護(hù), 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，面向低碳排放的煉油技術(shù)進(jìn)展[J].石油煉制與化工，2010,41(9):1-8．

［6］楊成敏,等.柴油加氫精制催化劑的選擇[J].當(dāng)代化工,2008,37(2):189-193．

［7］王家寰,等，加氫精制系列催化劑的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[J].工業(yè)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

楊成敏（1976-），男，高級工程師，1999年畢業(yè)于天津大學(xué)，主要從事加氫催化劑研究。E-mail：yangchengmin.fshy@sinopec.com，電話：0413-6389544。