催化加氫技術及發展前景

摘 要：本文介紹石油餾分加氫技術，回顧加氫技術的發展歷史及貢獻，闡述在目前的能源狀況下加氫技術的發展空間及前景。

關鍵詞：催化加氫;催化加氫裂化;發展前景

催化加氫技術根據原料的不同可分為石油餾分的催化加氫、煤焦油加氫、粗苯加氫及其他化合物的加氫技術。本文重點介紹石油餾分的催化加氫技術及發展。目前煉廠采用的加氫過程，按生產目的分有：加氫精制、加氫裂化、臨氫降凝、潤滑油加氫等。

加氫精制是指在加氫反應過程中，只有≤10%的原料油分子變小的加氫技術，包括對原料處理和產品精制，如催化重整、催化裂化、渣油加氫等原料的加氫處理;石腦油、汽油、噴氣燃料、柴油、潤滑油、石蠟和凡士林加氫精制等。

加氫精制的目的在于脫除油品中的硫、氮、氧及金屬等雜質，同時還使烯烴、二烯烴、芳烴和稠環芳烴選擇加氫飽和，從而改善原料的品質和產品的使用性能。加氫處理具有原料油的范圍寬，產品靈活性大，液體產品收率高，產品質量高，對環境友好，勞動強度小等優點，因此廣泛用于原料預處理和產品精制。

加氫裂化是在較高的壓力和溫度下（10-15MPa，400℃左右），氫氣經催化劑作用使重質油發生加氫、裂化和異構化反應，轉化為輕質油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烴的原料）的加工過程。包括高壓加氫裂化和中壓加氫裂化技術。依照其所加工的原料油不同，可分為餾分油加氫裂化、渣油加氫裂化。

加氫裂化的目的在于將大分子裂化為小分子以提高輕質油收率，同時還除去一些雜質。其特點是輕質油收率高，產品飽和度高，雜質含量少。

加氫裂化原料通常為原油蒸餾所得到的重質餾分油，也可為渣油（包括減壓渣油經溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油）。其主要特點是生產靈活性大，產品產率可以用不同操作條件控制，或以生產汽油為主，或以生產低冰點噴氣燃料、低凝點柴油為主，或用于生產潤滑油。產品質量穩定性好（含硫、氧、氮等雜質少）。

加氫裂化是一個復雜的化學反應過程，包括有加氫、裂化、異構化和氫解等。烴類的加氫裂化是按碳正離子機理進行的。由于各烴類的斷環、脫烷基和加氫飽和等反應的結果，重質烴轉化為輕質烴，與此同時，含硫、氧、氮的烴類衍生物也經過裂化和加氫反應生成硫化氫、水、氨而除去。它與催化裂化不同的是在進行催化裂化反應時，同時伴隨有烴類加氫反應。加氫裂化的液體產品收率達98%以上，其質量也遠較催化裂化高。雖然加氫裂化有許多優點，但由于它是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，投資較高，故沒有像催化裂化那樣普遍應用。

1 國外加氫裂化技術發展概況

世界上第一套加氫裂化裝置1959年在美國雪佛龍公司加州里奇蒙煉廠建成投產。不久，環球油品公司宣布開發了LOMAX加氫裂化過程，加州聯合油品公司宣布開發成功了UNICRACKING加氫裂化過程;海灣研究開發公司宣布開發了H-G加氫裂化過程;殼牌國際石油集團宣布開發了SHELL加氫裂化過程;法國石油研究院開發了AXENX加氫裂化過程;德國巴斯夫公司宣布開發了DHC加氫裂化過程;英國石油公司宣布開發了BP加氫裂化過程。

餾分油固定床加氫裂化工藝類型和專利公司雖比較多，歸納起來環球油品公司和雪佛龍公司專利和催化劑代表了當今世界加氫裂化技術的狀況和水平。環球油品公司1995年收購加州聯合油品公司全部加氫技術，對外銷售的加氫裂化技術稱之為UNICRACKING技術，但催化劑保留了原環球油品公司一些很有特點的催化劑，并在工藝流程和工程技術對原聯合油的相應部分做了較大改變和改進。

雪佛龍公司1986年收購海灣全部加氫技術，對外銷售加氫裂化技術稱之為ISOCRACKING技術，并吸取海灣公司在相應部分的技術特點。

2 國內加氫裂化技術發展概況

我國是在世界上最早掌握加氫裂化技術的少數幾個國家之一。自上世紀五十年代起就致力于加氫裂化工藝及催化劑的研究開發工作，當時主要是針對頁巖輕柴油和煙煤焦油，并開發了相應的催化劑。隨著我國石油工業和煉油技術的發展，六十年代開始進行餾分油加氫裂化的研究工作，自行開發研制的無定型加氫裂化催化劑于1966年首次工業應用，積累了一定的經驗。1965年開始研究活性更高的分子篩加氫裂化催化劑，并在九十年代實現工業應用。

自八十年代以來，在原有技術的基礎上成套引進國外技術、工程設計和設備，相繼建設了四套高壓加氫裂化裝置。而后又自行設計、建設了多套高壓加氫裂化裝置。在消化吸收引進技術的基礎上，利用國內技術和催化劑，近年又相繼自行設計建成投產了多套高壓加氫裂化裝置。這些裝置的工藝流程種類較多，比較齊全，其中主要有一段串聯一次通過流程，一段串聯全（或部分）循環流程等。

國內加氫裂化的工藝類型雖然比較多，但總的看來，除從國外引進的加氫裂化裝置外，我國自行設計的加氫裂化和加氫改質裝置，都是采用撫順石油化工研究院（FRIPP）和石油化工科學研究院（RIPP）的催化劑。目前國內催化劑已達到或接近國外先進水平。

3 加氫技術的重要意義發展的趨勢

在現代煉油工業中，催化加氫技術的工業應用較晚，但其工業應用的速度和規模都很快超過熱加工、催化裂化、鉑重整等煉油工藝，無論從時間上，還是空間上催化加氫工藝已經成為煉油工業重要組成部分。

隨著世界范圍內原油變重、品質變差，原油中硫、氮、氧、釩、鎳、鐵等雜質含量呈上升趨勢，煉廠加工含硫原油和重質原油的比例逐年增大，從目前及發展來看，采用加氫技術是改善原料性質、提高產品品質，實現這類原油加工最有效的方法之一。

世界經濟的快速發展，對輕質油品的需求持續增長，特別是中間餾分油如噴氣燃料和柴油，因此需對原油進行深度加工，加氫技術是煉油廠深度加工的有效手段。

另外，環境保護的要求的提高。對生產者要求在生產過程中要盡量做到物質資源的回收利用，減少排放，并對其產品在使用過程中能對環境造成危害的物質含量嚴格限制。目前催化加氫是能夠做到這兩點的石油煉制工藝過程之一，如生產各種清潔燃料，高品質潤滑油都離不開催化加氫。近幾年我國催化加氫技術在技術開發與推廣使用上都有了重大脫破，催化加氫技術已不僅僅在石油化工、石油煉制上得到廣泛的應用，在精細化工上也得到了不斷開發和應用。

4 未來加氫技術發展方向

4.1 加氫處理技術

開發直餾餾分油和重原料油深度加氫處理催化劑的新金屬組分配方，量身定制催化劑載體;重原料油加氫脫金屬催化劑;廢催化劑金屬回收技術;多床層加氫反應器，以提高加氫脫硫、脫氮、脫金屬等不同需求活性和選擇性，使催化劑的表面積和孔分布更好地適應不同原料油的需要，延長催化劑的運轉周期和使用壽命，降低生產催化劑所用金屬組分的成本，優化工藝進程。

4.2 芳烴深度加氫技術

開發新金屬組分配方特別是非貴金屬、新催化劑載體和新工藝，目的是提高較低操作壓力下芳烴的飽和活性，降低催化劑成本，提高柴油的收率和十六烷值，控制好反應動力學和熱力學。

4.3 加氫裂化技術

開發新的配方催化劑，以提高中餾分油的收率、提高柴油的十六烷值、提高抗結焦失活的能力、降低操作壓力和氫氣消耗。

4.4 加氫催化劑技術

開發新型加氫催化劑和加氫工藝，用化學反應工程的理論來指導和加速加氫催化劑及加氫工藝過程的開發進程，實現加氫工業裝置設計的最優化，并改進與強化現有裝置，挖掘潛力、降低消耗、提高效能、實現生產操作最優化等方面，還有許多問題有待進一步探索和研究。

作者簡介：

董志心（1973- ），女，漢族，山東青島人，本科學歷，畢業于中國石油大學（華東），從事化工職業教育及學生管理工作。