技—術創新成為煉化發展主題從第22屆世界石油大會看煉化技術的新進展

□ 喬 明 李雪靜

技—術創新成為煉化發展主題從第22屆世界石油大會看煉化技術的新進展

□ 喬 明 李雪靜

煉化行業的清潔、高效、低碳發展對油氣行業的可持續發展起到關鍵的推動作用。

2017年7月9日～13日，第22屆世界石油大會在土耳其伊斯坦布爾舉行，來自50多個國家的能源部長、500多名企業領導者及5000多名行業代表參加了會議。本屆大會圍繞“架起通向能源未來的橋梁”主題，就世界能源變革趨勢、低油價背景下石油天然氣行業面臨的挑戰、煉油與石化行業的發展、氣候變化戰略、技術創新、人力資源管理等議題深入討論。業界代表一致認為，隨著經濟發展和人口快速增長，對能源的需求繼續增加，能源行業需要通過加大投資、推進技術進步、高水平的人力資源和創新商業模式等實現可持續發展，并呼吁進一步加強溝通與合作，為世界提供更多更清潔的優質能源。

本屆大會涉及煉化技術方面的專題主要集中在重油加工、清潔燃料生產、煉化一體化三個方面：一是煉廠加工的重質原油日益增加，隨著對原油性質的認識加深，加氫和脫碳工藝均取得新進展；二是清潔燃料標準趨嚴，低成本、高脫硫活性依然是催化劑的研發熱點；三是通過煉化一體化優化產業鏈，多產化工原料和高附加值化工產品。

常規重油加工技術取得新進展

隨著全球重質原油產量上升、油品質量標準不斷趨嚴，煉廠面臨原料質量變化及產品質量升級的雙重挑戰。重質原油含有硫、氮、金屬、瀝青質等大量雜質，加工時會產生大量渣油，加工重質原油的煉廠需要不斷改進工藝和催化劑，以滿足對高質量交通運輸燃料的需求。與此同時，全球汽柴油需求繼續增加，燃料油需求在減少，因此需要將重質/超重原油及渣油更多地轉化為高價值的產品（例如中餾分油）。科威特科學研究院采用負載γ-氧化鋁催化劑，嘗試建立液體產品性質、催化劑生命周期與原料的組成、性質及加氫處理操作條件之間的關系。研究結果表明：原料質量越差，催化劑壽命越短；劣質原料含有相對較高含量的取代雜環硫化合物，為實現中餾分油產品硫含量10ppm的目標，需要較高的平均床層溫度，催化劑要求活性位更多、加氫和酸性功能更強。催化劑的選擇比工藝條件的選擇更重要，在加工瀝青質時，需要綜合考慮催化劑所用材料性質、活性位數量、抗失活性能等因素來設計催化劑配方。

常規加氫裂化將減壓瓦斯油（VGO）中的餾出物轉化為柴油、噴氣燃料和石腦油等目標產品，但加工比VGO更重的原料時面臨較大挑戰，會使裝置運行性能下降，效率降低。沙特阿美公司在過去幾年間通過對工藝和催化劑進行改進，提高了利雅德煉廠加氫裂化裝置加工脫金屬油（DMO）的能力。沙特阿美公司和日本日揮株式會社合作開發了一個催化劑系統，使利雅德煉廠的加氫裂化裝置能夠處理VGO和DMO的混合原料，延長了裝置運行周期，同時提高或保證餾分油的收率和質量,餾分油收率提高了1.7%。

印度石油公司為提高延遲焦化裝置的液體收率，降低焦炭產率，開發了一種添加劑。其反應機理是在縮合反應前提高重質烴類分子的裂化速率。與無添加劑的情況相比，焦炭收率降低4%，中餾分油和LPG收率分別增加3%和1%。對百萬噸的延遲焦化裝置來說，采用該技術每年可為煉廠增加1200萬美元的利潤。

減黏裂化是一種成熟的熱裂化工藝，用于加工減壓渣油生產氣體、石腦油、柴油等高價值的產品。由于轉化率較低，減黏裂化技術的應用已經不多，需要探索有效提高轉化率的方案，以最大限度地提升現有減黏裂化裝置的盈利能力。印度斯坦石油公司開發了不同種類的均相催化劑，在不同的催化劑濃度下進行了減壓渣油轉化的實驗室研究。在1.7萬桶/日的減黏裂化裝置進行應用，使轉化率提高了4.5%，新增經濟效益200萬美元。

新型催化劑仍是清潔燃料生產技術的研發重點

為應對柴油超深度脫硫中脫除具有β位阻的高分子量硫化物的挑戰，中國石化撫順石化研究院對反應機理進行了深入研究，開發了一系列高性能的柴油加氫脫硫催化劑，已成功應用于全球60多套工業裝置，催化劑性能達到國際領先水平。Mo-Co型FHUDS-5催化劑烷基轉移直接脫硫活性好、氫耗低、高溫下穩定性好，被BP、挪威Statoil和匈牙利MOL公司評為世界一流水平。Mo-Ni型FHUDS-6催化劑芳烴飽和及加氫脫氮性能強，十六烷值增加及密度降低幅度大，與國外最新催化劑對比評價達到世界一流水平。為了降低運行成本，中國石化還開發了SRH液相循環加氫技術，可節省投資20%左右，降低綜合能耗30%以上。撫順石化研究院開發了高芳烴催化柴油加氫轉化生產高辛烷值清潔汽油技術,使低十六烷值柴油部分轉化為高辛烷值汽油或芳烴原料，國5汽油組分收率超過50%，辛烷值在91～94之間。

目前，柴油加氫脫硫使用的催化劑主要是金屬負載鈷、鎳及鉬等氧化鋁載體催化劑。二氧化鈦載體催化劑由于表面積過小，一直未實現商業化。日本Chiyoda公司開發了一種混合二氧化鈦載體，在氧化鋁納米顆粒表面增加二氧化鈦涂層，具有很高的表面積，與氧化鋁載體相當，該催化劑的脫硫活性提高了1.5倍，可將反應溫度降低大約10攝氏度。該催化劑在日本西部石油株式會社山口煉油廠進行了應用，原料中輕循環油的濃度最高達到30%，裝置穩定運行31個月以上。

為提高氫氣收率，降低操作成本，印度斯坦石油公司對用輕石腦油代替含硫直餾石腦油制氫進行了研究，預計氫氣收率可以提高2%。由于不需要預脫硫，因而降低了操作成本。閑置的預脫硫裝置可以用來對高硫重石腦油進行加氫處理，與柴油進行一定程度的調和，不會影響柴油產品的質量。這種方案需要的投資很少，對制氫和預脫硫裝置的操作條件改變也不大。兩種方案結合可以實現煉廠柴油收率提高約0.8%，年收入提高380萬美元。

撫順石油化工研究院的科研人員使用X射線電子能譜儀對催化劑表面元素化學狀態、活性組分、硫化度、活性組分在載體的分散狀態進行分析。朱峰 攝

煉化一體化是提高效益的重要手段

中東歐煉廠和聚合物生產商面臨市場空間和原料來源途徑有限的挑戰，區域內競爭激烈。匈牙利MOL公司深入研究煉油化工一體化解決方案，利用線性規劃模型根據下游聚烯烴產品的需求確定煉油產品的生產方案，實現煉油廠和石化廠的最佳原料選擇及最佳裝置配置。除了產品數量和結構，在優化過程中也考慮了煉廠生產的石腦油原料的質量，更好地優化蒸汽裂解裝置的收率，提高經濟性。該系統根據預期產品收率及自產和外購的石腦油組分計算蒸汽裂解裝置的經濟效益，優化石腦油池。

印度巴拉特石油公司投資41億美元在其19萬桶/日的Kochi煉廠開展了煉化一體化擴能項目，包括煉油擴能和利用來自煉廠的原料生產丙烯衍生物。該煉廠計劃新增煉油能力12萬桶/日，通過加工100%的重質原油，增加塔底渣油改質裝置，根據需求靈活多產汽油或瓦斯油，并利用丙烯原料生產酯級丙烯酸、含氧基醇、丙烯酸酯3種依賴進口的小品種丙烯衍生物，煉廠的Nelson復雜指數可提高到10以上。這是印度首個大規模地通過煉化一體化生產丙烯酸、含氧基醇和丙烯酸酯的項目。煉油擴能預計在2017年建成投產，屆時煉油廠的利潤將提高60%，煉油毛利將從6美元/桶提高到9.5美元/桶。2018年石化項目投產后，整個煉化一體化項目的利潤將進一步增加15%。

印度工程公司對利用煉廠低價值的物料（如煉廠氣、焦化石腦油等）作為石化原料生產烯烴的煉化一體化案例進行了研究。案例中的煉廠煉油能力為18萬桶/日，生產滿足歐III和歐IV標準的燃料，主要裝置包括催化裂化、延遲焦化、減壓瓦斯油和重焦化瓦斯油加氫，煉廠的Nelson復雜性指數高于10。利用線性規劃模型計算得到效益增加最多和投資回報率最高的方案。結果顯示，煉油能力提高25%，將煉廠氣、輕煤油、全餾分石腦油、LPG送入120萬噸/年的乙烯裂解裝置，生產80萬噸/年線型低密度聚乙烯/高密度聚乙烯、40萬噸/年高密度聚乙烯、50萬噸/年聚丙烯，同時將焦炭用于熱電聯產的一體化方案經濟效益最優。

日本捷客斯能源株式會社開發了一種由輕循環油生產BTX（苯、甲苯、二甲苯）的新工藝。常規的輕循環油生產BTX工藝是在加氫裂化裝置中，輕循環油在高壓氫氣環境下轉化為重石腦油，重石腦油餾分在催化重整裝置中轉化成BTX。這種工藝需要大量氫氣和高壓反應，BTX收率通常也不高。該公司開發的FCA（流化催化芳構化）工藝可以在不需要氫氣的情況下利用輕循環油生產BTX，BTX的收率能夠達到35%。由于結焦引起的催化劑失活是FCA工藝面臨的主要挑戰，為了解決這個問題，采用循環流化床反應系統來對失活的催化劑進行再生，使反應連續進行。目前該工藝已經在接近商業化的裝置上進行了測試，研究優化了催化劑及反應條件。

（作者單位：中國石油石油化工研究院）