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常规炼油工艺的技术进步--石油炼制技术进展综述(一)

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常规 炼油 工艺 技术进步 石油 炼制 技术 进展 综述
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6 石油规划设计 第 1 4 卷第 3 期 综 述 * 张士瑞 男 1955 年出生 1982 年毕业于华东石油学院炼制系 1990 年获美国纽约州立大学布法罗管理学院 位 现为石油大学 北京 博士研究生 长期从事石油 石化项目管理和技术交流工作 通信地址 北京建内大街 7 号光华长安大厦 1 座 11 层法国罗地亚公司北京办事处 100005张士瑞 * 薛敦松石油大学 北京张士瑞等 . 常规炼油工艺的技术进步 . 石油规划设计 2003 14 3 6 9摘 要 重点介绍了催化重整 催化裂化 加氢裂化 常减压渣油加氢脱硫 渣油加氢裂化 焦化 减黏及溶剂脱沥青等传统炼油工艺的技术进步 工艺特点 工业应用效果和前景认为不断改进的传统炼油技术在 21 世纪的世界炼油工业中仍将继续处于核心地位 但必须依靠清洁油品生产技术的开发和高新技术的应用才能应付可持续发展和环境问题的挑战主题词 炼油厂 工艺流程 工艺设计 催化剂 再生 催化 重整 裂化 氢化20 世纪末 世界石油炼制工业已发展为加工手段齐全 共有 750 多座正规炼油厂 原油加工总能力 为 40 . 7 10 8 t/a 的全球经济支柱产业 为全球经济的高速发展作出了巨大贡献 同时人类物质 精神文明进程的需要也极大地推动了石油炼制技术不断创新 达到空前的现代化水平 形成了跨学科的 相对成熟和完整的科学技术体系 本文仅就常规炼油工艺的技术进步 加以 概述催化重整重整装置一直是生产高辛烷值汽油组分和芳烃的主力装置 即使 在 实施清洁汽油规格后 重整生成油仍不失为生产优质汽油的重要调合组分之一自从 1949 年第一套催化重整装置建成投产后的 50多年来 催化重整技术向着降低操作压力 提高催化剂活性 选择性和稳定性 提高重整油和氢气收率 延长操作周期的方向不断改进 从单金属催化剂发展到双 / 多金属催化剂 从半再生 循环再生批处理连续再生发展到完全连续再生 从轴向反应器 球型反应器发展到径向反应器在各种催化重整技术中 最为先进的当属连续重整 这种技术超低压操作 分压低 有利于反应的热力学平衡朝理想方向移动 采用铂锡催化 发挥其选择性 活性好的特点可提高产品收率 氢 / 油循环比低 环压缩机负荷小 能耗低 采用完全连续催化剂再生 解决了铂锡重整催化剂活性与稳定性之间的矛盾 大大延长了操作周期 并使装置始终处于优化的操作状态 更加适用于大规模装置的建设目前 有法国 司 和美国 司掌握连续重整技术 这两种连续重整技术都经过多年的工业应用和不断改进 性能可靠 水平先进术的主要特点一是反应器平列布置 反应器设计不受总高度限制 可使其长径比达到最优化 有效防止 堵眼 效应 操作灵活 转油线短 反应器内件结构简单 可大大减小设备工艺管线的应力 造价低 安装维护方便 抗风载能力强 框架简单 基础小 土建安装费用低 对大型装置 上述优点尤为突出 二是 新推出的第三代连续催化剂再生技术 用干式烧焦 避开了造成催化剂烧结现象的高温 高湿烧焦的条件 最大限度地保持催化剂的载体比表面和活性 使催化剂能够 再生次数更多 寿命大大延长最新一代用于汽油生产的 续重整催化剂为 工业装置上运行寿命可达 8 年与原 比 在相同条件和辛烷值要求下+5C 液收可提高 其简化工艺流程见图 1 典石油炼制技术进展综述 一万方数据 综 述 石油规划设计 2003 年 5 月 7型结果见表 1表 1 典型连续重整装置的产品收率 % 质量开工初期 开工末期原料 加氢石脑油 100 . 00 C 重整汽油 90% 体 积 氢 续重整技术的主要特点是反应器叠立装置布置紧凑 第三代连续催化剂再生技术为用湿式烧焦 工艺流程相对简单值得指出的是 无论是 是 连续重整技术 先进设备的应用 如径向反应器焊板式换热器和催化剂气动输送系统 对有效减少系统压降和循环压缩机负荷 降低动力消耗 显著提高换热效率 实现超低压操作 起到了重要作用催化裂化催化裂化技术经过固定床 移动床 流化床 3种形式的工业实践和历史选择 最终在流化床的基础上不断发展起来 从 型到提升管高低并列 反再同轴 直至两器再生和两段烧焦等不同反 - 再布置形式 各种新型催化剂 助剂和先进的原料雾化反应器出口快速分离 富氧再生 高效旋风分离催化剂内 外取热及再生烟气处理 能量回收技术不断涌现 并取得显著工业化效果 使催化裂化技术日趋完善 此外毫秒催化裂化 下流式反应器等的开发研究也取得一定进展 我国在催化裂化技术方面占有非常重要的地位 尤其是在利用深度催化裂化技术和重油接触裂解技术生产轻烯烃方面 处于世界领先水平催化裂化技术自从工业化以来 由于自身优势 一直处于核心炼油技术的地位 尽管面对清洁燃料苛刻规格的严峻挑战 其核心地位仍不可动摇 经济发展和环境保护对催化裂化技术不断提出更高要求 一是 深度加工 多炼或全炼渣油 提高轻质油品收率 二是 用重质 劣质原料生产高附加价的轻烯烃 推进炼油 化工一体化 三是 提高汽柴油质量 为生产清洁油品创造条件 对保护环境发挥应有的作用1 重油催化裂化目前 S&W/司 的 术是最有影响的重油催化裂化技术之一 其核心为独特的反 - 再布置 见图 2 合温度控制系统靶式高效进料雾化喷嘴 反应器出口 速分离 两段再生 催化剂外取热器和多段汽提等 在保证产品质量和产品收率的前提下 无催化剂取热器即可适应残碳高达 6% 的原料 若采用 统及催化剂取热器后 则可打破原料残碳的限制其它具有代表性的重油催化裂化技术还有美国司的 司 的 司的 我国洛阳石化工程公司的 中国石化北京设计院等单位联合开发的 2 多产烯烃的深度催化裂化我国在应用催化裂化技术 以重油为原料生产第二再生器第一再生器分离器反应器/汽提器混合温控器进料喷嘴空气环管图 2 油催化裂化技术反 - 再系统布置回收系统原 料加热炉反应器 A 续重整工艺流程万方数据8 石油规划设计 第 1 4 卷第 3 期 综 述 轻烯烃方面 处于世界领先地位 代表性技术有石油化工科学研究院 度催化裂化多产轻烯烃的 化气和汽油产率最大化的 产液化气和柴油的 及洛阳石化工程公司开发的重油接触裂解制取乙烯的 些 技术中 已成功地工业化 并取得了满意的结果 以 例 采用石蜡基常渣 油 为原料时 丙烯产率可高达23% 术也进入工业化推广应用阶段国外类似技术的开发研究也取得了一些进展 但尚未实现工业化 值得注意的是采用这类技术生产烯烃时 产品分布不够集中 下游利用不易达到经济规模 所产油品需深度精制才能满足规格要求3 催化裂化催化剂和助剂催化裂化催化剂从无定型硅酸铝发展到稀土 土超稳 Y 分子筛 稀土氢 Y 分子筛几种不同类型 为了适应渣油深度加工 多产轻烯烃和改善油品规格等不同层次要求 不断有新型催化剂推出 由于汽油中绝大部分烯烃和硫来自催化裂化汽油 实施新配方汽油规格后 催化裂化催化剂的最新进展主要体现在如何降低催化裂化汽油的烯烃和硫含量上降低催化裂化汽油烯烃含量的催化剂有 Gr a 司的 及我国 洛阳石化工程公司的 果 这些催化剂 助剂一般能将催化裂化汽油的烯烃含量降低 8 % 12 % 有代表性的降低催化裂化汽油硫含量的催化剂和助剂为 Gr a 司的 5% Ak 司 的 00 可脱硫 20% 效果都比较显著加氢裂化加氢裂化被认为是绿色炼油技术 其产品质量好 产品结构灵活 随着清洁油品规格的实施 将具有越来越重要的地位 该技术经过多年不断改进 已达到很高的水平 近期的发展集中在 3 个方面 一是 适应更加苛刻的原料 如掺炼或全炼脱沥青油 焦化蜡油等 二是 缓和操作条件 降低投资和操作费用 适应不同要求 如为乙烯蒸汽裂解或催化裂化提供优质廉价的原料或对劣质柴油馏分进行加氢改质等 三是 对劣质原料进行加氢处理 生产优质润滑油基础油现在的加氢裂化技术已经在常规的高压加氢技术的基础 上 扩展为包括缓和加氢裂化 中压加氢裂化 / 改质 润滑油型加氢裂化等工艺在内的系列技术及相应配套的系列催化剂 以及单段一次通过 单段全循环 两段全循环等多种工艺流程 国内外各种缓和 中压加氢裂化 / 改质技术及催化剂不胜枚举 高压加氢裂化技术主要有 C H 司 的 k 及法国P 等公司 和我国抚顺石化研究院 加氢裂化技术等近年来 我国加氢裂化技术发展很快 对不同操作条件 不同目的产品 不同工艺流程的各种加氢裂化技术及催化剂的开发 有了很大 突破 达到甚至在某些方面超过了国外先进水平由于可用常规工艺生产润滑油的理想原料资源日益减少 而油品质量要求又不断提高 应用加氢裂化技术对劣质原料提质生产润滑油 尤其是超高黏度指数的产品 成为加氢裂化技术发展的一个热点 除利用加氢裂化尾油生产润滑油基础油外 已工业化的专门用于生产润滑油基础油的加氢处理技术有 司 的 司 和 其与有关单位合作开发的 加氢 催化剂器外再生和预处理是加氢技术的另一个进展 国外 加氢催化剂 器外再生技术有回转炉和沸腾床两种方法 国内加氢催化剂器外再生技术也已工业化应用渣油加氢脱硫和加氢裂化全球范围内原油性质不断劣化的趋势越来越明显 硫 氮 金属含量和比重 大 的原油产销量在逐渐提高 另一方面轻质油品需求量增加 锅炉燃料油需求相应减少 无论是对发动机燃料 锅炉燃料硫含量规格要求 还是对炼油过程硫排放的限制都越来越严格 由于硫主要集中在渣油中 渣油加氢是最有效的脱硫方法 尽管所需投资大 操作成 本高且消耗大量氢气 近年来仍然取得 了 较快发展渣油加氢技术有渣油加氢脱硫和渣油加氢裂化两种 渣油加氢脱硫的主要目的是脱硫 脱氮 脱碳 脱金属 转化率低 脱硫后的尾油 即是优良的重油催化裂化原料 可用于生产低硫汽 柴油也可用作低硫锅炉燃料油 而渣油加氢裂化除对原料的精制功能外 可直接将高硫劣质渣油转化为优万方数据 综 述 石油规划设计 2003 年 5 月 9质油品 转化率可高达 85 % 90% 由于原料苛刻渣油加氢过程中催化剂易结焦失活 若采用固定床所需反应器体积过大 压降升高很快 无法正常操作 为了解决这些问题 渣油加氢裂化大都采用沸腾床 移动床或泥浆床反应器目前有代表性的渣油加氢脱硫技术有 司 的 司 的司 的 及我国 有的渣油加氢脱硫技术在其保护反应器上采取了一些措施 如 司 的在线催化剂替换技术 双保护反应器并联操作等 大大延长了操作周期 提高了对苛刻原料的适应性渣油加氢裂化技术有 A 公司 的 司的 司 的 其中工业应用最多的是术 其沸腾床反应器结构如图 3 所示 当原料比较苛刻 尤其金属含量高 并要求转化率较高时 由于 沸腾床渣油加氢裂化技术传质 传热效率高及连续更换催化剂的特点 反应器温度分布均匀 压降低 器内催化剂活性高 在同样条件和要求的情况下 反应器个数和总体积可大大缩小 大量节省投资和操作费用 相对固定床的渣油加氢脱硫方案 有一定优势 术操作条件 产品收率及脱硫 氮 碳和金属的效果见表 2表 2 技术操作条件及 产品收率 效果操 作 条 件 产品收率及效果反应温度 415 440 单线能力 万t/P a 17 21 转化率 % 45 85催化剂空速 h 硫 % 75 92催化剂消耗 t 原料 0 . 3 2 . 0 脱碳 % 65 75化学氢耗 /m 3 130 300 脱氮 % 30 50脱金属 % 65 90非催化渣油加工技术非催化渣油加工技术包括焦化 热裂化 减黏和溶剂脱沥青等传统的炼油技术 这些技术简单实用 投资省 操作费用低 在现代炼油工业中仍然占有比较重要的地位 近年来 这类技术在 解决 装置大型化 不同工艺组合和 副 产品 诸如高硫石油焦 半沥青等 的利用 等 方面取得一定进展1 焦化 技术焦化技术包括延迟焦化和流化焦化 其装置规模大型化趋势非常明显 仅 1990 年后 全世界已投产或计划建设的能力大于 250 10 4 t/a 的装置就有 13 套 已投产装置的最大单套能力为 490 10 4t/a 计划建设的装置最大能力甚至达 673 10 4t/a 延迟焦化具体的技术改进表现在降低循环比缩短焦化操作周期 在线除焦和提高原料适应性 如废润滑油 半沥青及其它废油 等方面 相对来说流化焦化技术的过程较复杂 新建装置投资大 应用较少 仅占焦化总能力的 20% 左右 但所产的石油焦可流化 用于流化床锅炉较方便 近来流化床锅炉的推广应用使流化焦化技术的竞争力有所增强2 热裂化和减黏裂化 技术将重质馏分油转化为油品的热裂化已被收率更高 产品质量更好和经济效益更明显的催化裂化所取代 然而 以降低渣油黏度 改善其流动性为目的的减黏裂化却仍然具有一定活力 尤其是在原油不断变重的趋势下 对于加工稠油的炼 油 厂 具有重要意义 减黏裂化技术包括常规的加热炉 - 反应塔式和炉管式减黏裂化 及近来开发的供氧剂减黏裂化 临氢减黏裂化 流化床减黏裂化等多种工艺代表性的技术有 司 和 司 的上流式反应塔技术 司 的炉管式减黏裂化 日本千代田 公司 的临氢减黏裂化 司 的水蒸气供氧剂减黏裂化等下 转第 20 页气 / 液分离器催化剂添加循环收集器膨胀床分布板膨胀泵催化剂卸出氢气和原料图 3 腾床反应器催化剂膨胀料面催化剂沉降料面循环油万方数据20 石油规划设计 第 1 4 卷第 3 期 设 计 性和适应性 几年来 在胜利油田近 30 个矿场推广 应用 证明 应 用该装置生产的 提高原油采收率 7 % 10 每注入 1 t 聚丙稀酰胺 可增产原油 120 150 t 2001 2010 年 期 间 胜利油田将动用近 3 亿 t 的储量进行三次采油 预计 将 增产原油 2 500 3 000 万 t 实现产值 约 300 亿元随着三次采油技术的不断发展 对 性能 将 提出更高的要求 我们要结合实际需要进行深入地研究 不断提高 产技术工艺的水平参 考 文 献[1] 严 瑞等 . 水溶性聚合物 . 北京 化学工业出版社1998 84 170[2] 刘庆普等 . 高分子量聚丙烯酰胺的合成性能及应用 990 3 10[3] 高树棠 苏树林 杨景纯等 . 聚合物驱提高石油采收率 . 北京 石油工业出版社 1996[4] 李 群 王槐三 . 高分子化学 . 成都 成都科技大学出版社 1991[5] ] 8883 1979 . 4 . 17[7] 张贞浴 . 超高分子量聚丙烯酰胺的合成研究 . 化学工程师 . 1995 6 4 6[8] 林保平著 . 丙烯酰胺水溶液聚合反应的研究 . 现代化工 . 1991 1 29 31收稿日期 2003三佳上接第 9 页3 溶剂脱沥青 技术溶剂脱沥青也是深度加工的重要手段之一 可从渣油中得到脱沥青油作为催化裂化或润滑油原料 也可用于废润滑油再生 而脱除的半沥青可用作沥青 气化 焦化原料或作为工业锅炉燃料 其主要进展是使用溶解度较大 临界温度较高的丁烷或戊烷作溶剂 采用超临界溶剂回收技术 以提高脱沥青油收率 降低溶剂回收过程的能耗全球可持续发展战略和环境保护要求 使炼油工业面临前所未有的技术挑战 也再度促进了它的进一步发展 升级换代后的常规石油炼制工艺技术进步明显 水平有很大提高 在 21 世纪现代化的炼油工业中仍然处于基础与核心地位 将在加工高硫原油和重质原油 渣油的深度加工和改质等方面 继续发挥着不可替代的作用 但必须同时依靠清洁油品生产技术 环保和节能技术 替代燃料生产技术 以及与石油炼制行业相关的高新技术 包括计算机信息技术 生物技术 膜技术 纳米技术等 开发应用 才能共同承担起进一步提升炼油工业 促进全球经济发展和保护 改善人类生存环境的双重史命 以满足可持续发展的需要 从容应对环境问题的挑战参 考 文 献[1] 张方方 . 续重整新一代催化剂再生技术的改进 002 6 33 36[2] . N 002 7 85 88[3] 陈惠敏 . 会世纪回顾及世界炼油技术展望 1 001 8 1 7[4] 陈惠敏 . 会世纪回顾及世界炼油技术展望 2 001 9 1 5[5] J O S 002 1 33 42[6] E . . 002 2 25 29[7] 晁可绳 . 延迟焦化工艺技术及其进展 1 . 炼油设计 2001 10 1 5[8] 晁可绳 . 延迟焦化工艺技术及其进展 2 . 炼油设计 2001 11 1 4[9] 亓玉台 . 减黏裂化技术及其进展 . 炼油设计 200010 1 6[10] 沈本贤 . 我国溶剂脱沥青工艺的主要技术进展 . 炼油设计 2000 3 5 9收稿日期 2003三佳万方数据
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