渣油加氫工藝的研究與應(yīng)用

摘要：近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)、人們物質(zhì)生活水平的極大提高及工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，國(guó)內(nèi)油品交易市場(chǎng)對(duì)于石化產(chǎn)品和車用燃油的需求呈現(xiàn)出空前的熱情，而與之形成鮮明對(duì)比的是國(guó)內(nèi)原油供給不足的尷尬局面，為了保障工業(yè)生產(chǎn)及人們生活的正常需求，我國(guó)的原油大量依靠進(jìn)口。在這種形勢(shì)下，渣油的回收再利用成為業(yè)界普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，從組分構(gòu)成我們可以看到：渣油中含有大量的硫、氮、重金屬等有害雜質(zhì)，而以國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的煉油技術(shù)水平，為了使渣油達(dá)到催化裂化等二次加工工藝條件，并符合國(guó)家相關(guān)環(huán)保要求，渣油加氫工藝是處理渣油最有效的工藝方案，其能夠較為徹底的祛除渣油中硫、氮及殘?zhí)康入s質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。本文從對(duì)渣油加氫工藝反應(yīng)原理及影響因素的分析入手，介紹了當(dāng)前幾種常見的加氫工藝流程，并對(duì)渣油加氫工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明。

關(guān)鍵詞：渣油 渣油加氫工藝 反應(yīng)原理 工藝流程 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TE624文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）08（c）-0097-01

1 引言

渣油是原油經(jīng)過蒸餾工藝加工后剩余的由非理想組份或雜質(zhì)構(gòu)成的石油殘?jiān)?，由于其二次加工難度大，通常情況下會(huì)被煉油廠當(dāng)作鍋爐燃料而燃燒掉。而由于殘余的渣油比率含量高，進(jìn)行燃燒處理不僅造成有限制資源的浪費(fèi)，而且也使周圍的環(huán)境受到了威脅和污染。采用加氫工藝進(jìn)行渣油的處理，這種工藝方案不僅可以增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收入，減少環(huán)境污染，而且更重要的是提高了資源的利用率，真正做到了對(duì)有限資源的吃干炸盡，是目前在國(guó)內(nèi)各大煉廠廣泛推廣和實(shí)施的渣油處理工藝。

2 渣油加氫工藝反應(yīng)原理及影響因素

在渣油加氫的過程中通常會(huì)同時(shí)發(fā)生精制和裂化兩類反應(yīng)，其主要的反應(yīng)形式如下。

2.1 脫硫反應(yīng)

脫硫反應(yīng)是渣油加氫處理工藝中最重要的化學(xué)反應(yīng)，由于渣油硫化物的種類及結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，因而在實(shí)際反應(yīng)過程中所涉及的脫硫反應(yīng)也較為復(fù)雜。通常情況硫化物的脫硫反應(yīng)可近似的看成是渣油中的硫化物在催化劑的作用下發(fā)生的碳硫件斷裂的氫解反應(yīng)，并釋放出硫化氫氣體和不含硫的飽和烴類，而且這一反應(yīng)是強(qiáng)烈而不可逆的。反應(yīng)過程中催化劑顆粒外形尺寸、孔徑分布及工藝條件是影響加氫脫硫反應(yīng)活性的兩個(gè)主要因素。

2.2 脫金屬反應(yīng)

加氫脫金屬反應(yīng)主要的目的是脫出對(duì)渣油二次反應(yīng)性能影響較大的鎳、鐵等金屬雜質(zhì)。與脫硫反應(yīng)類似，脫金屬反應(yīng)也是渣油加氫處理的又一重要的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)的全過程通常要經(jīng)過一種或多種可逆反應(yīng)傳遞完成。反應(yīng)的第一步首先要加氫生成中介產(chǎn)物，中介產(chǎn)物經(jīng)過進(jìn)一步的氫解，最后生成固態(tài)的金屬硫化物附著或沉積在催化劑的表面或孔口附近。反應(yīng)過程中催化劑顆粒外形尺寸、孔徑分布及反應(yīng)物分子的擴(kuò)散速率是影響加氫脫金屬反應(yīng)活性的兩個(gè)主要因素。

2.3 脫氮反應(yīng)

渣油中的氮元素是以氮雜環(huán)化合物的形式存在的，其加氫反應(yīng)通常要先經(jīng)過雜環(huán)飽合，然后才是碳氮建斷裂生成氣相產(chǎn)物，因而渣油脫氮反應(yīng)的過程是非常復(fù)雜和多變的。產(chǎn)物中硫化氫含量、各種氮化物之間的競(jìng)爭(zhēng)吸附及反應(yīng)物分子的擴(kuò)散速率是影響脫氮反應(yīng)活性的主要因素。

2.4 芳烴加氫反應(yīng)

芳烴加氫反應(yīng)由于受到熱力學(xué)控制，因而成為所有加氫反應(yīng)中最難實(shí)施的一類反應(yīng)。稠環(huán)芳烴的加氫是渣油芳烴加氫的主要反應(yīng)類型，當(dāng)反應(yīng)在較高氫分壓及低溫下進(jìn)行時(shí)，芳烴的加氫飽和條件充分，反應(yīng)化學(xué)平衡向右側(cè)移動(dòng)；而當(dāng)反應(yīng)在較低氫分壓及較高溫度下進(jìn)行時(shí)，芳烴的加氫飽和條件不充分，反應(yīng)化學(xué)平衡向左側(cè)移動(dòng)，形成多環(huán)芳烴和焦炭吸附、沉積在催化劑上，使催化劑喪失活性。因而氫分壓及催化劑的反應(yīng)溫度是影響芳烴加氫反應(yīng)能否正常進(jìn)行的主要因素。

2.5 加氫裂化反應(yīng)

加氫裂化反應(yīng)是一類具有較大反應(yīng)熱的放熱反應(yīng)，其主要是通過催化劑的作用，將渣油中具有較大分子量的大分子分解成小分子。蠟油、柴油及石腦油是加氫裂化反應(yīng)的主要產(chǎn)物，轉(zhuǎn)化率是衡量加氫裂化反應(yīng)程度的主要性能指標(biāo)。

3 渣油加氫工藝流程及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 工藝流程

渣油加氫工藝的主要工藝流程可以簡(jiǎn)要的敘述為：進(jìn)入流程的渣油原料經(jīng)過加熱爐的換熱加熱達(dá)到加氫工藝的反應(yīng)溫度，之后，進(jìn)入反應(yīng)器的渣油在催化劑的作用下發(fā)生加氫反應(yīng)，加氫產(chǎn)物經(jīng)分離器分離后形成氣液兩相，氣相脫硫后重新返回系統(tǒng)使用，液相經(jīng)分餾塔分餾后生成石腦油、柴油等不同類產(chǎn)品。其中柴油可用于對(duì)全廠的組份進(jìn)行調(diào)合，而加氫渣油既可作為燃料油使用或又可成為下游裝置的原料。

3.2 渣油加氫工藝類別及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2.1 沸騰床加氫工藝

沸騰床加氫工藝是指在渣油及循環(huán)氫的不斷推動(dòng)下反應(yīng)裝置內(nèi)的催化劑呈現(xiàn)出沸騰狀態(tài)，由于反應(yīng)器設(shè)置有專門的催化劑進(jìn)排口，可使失活的催化劑得到定期的排放，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量新鮮催化劑的補(bǔ)充，使反應(yīng)裝置可以保持長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。沸騰床加氫工藝的特點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，操作靈活、反應(yīng)時(shí)裝置內(nèi)的溫度均勻而且對(duì)渣油原料的適應(yīng)性較廣、轉(zhuǎn)化率高，但由于其配套的反應(yīng)裝置投資費(fèi)用巨大，催化劑耗量高，因而在國(guó)內(nèi)很難得到推廣。

3.2.2 移動(dòng)床加氫工藝

移動(dòng)床加氫工藝就是使失活催化劑連續(xù)排出，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量新鮮催化劑的連續(xù)補(bǔ)充，這種工藝方式可以解決加氫反應(yīng)中催化劑因附著或吸附大量雜質(zhì)或生焦而喪失活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率降低的現(xiàn)象。目前，已經(jīng)工業(yè)化的移動(dòng)床加氫工藝主要有OCR工藝和Hycon工藝兩種。

3.2.3 懸浮床加氫工藝

懸浮床加氫工藝就是將原加氫裂化工藝的煤糊懸浮床用于渣油的加氫處理，其工藝過程是將細(xì)粉狀的催化劑、氫氣及渣油一同通過反應(yīng)裝置進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)過程中，催化劑可提高瀝青轉(zhuǎn)化率，抑制生焦；反應(yīng)結(jié)束后，沉積在催化劑上的焦體也與生成油一起排出?，F(xiàn)階段，采用懸浮床渣油加氫工藝的處理系統(tǒng)主要有VCC、Canmet、MRH、HDN、HFC、Aurabon、SOC、Micro—cat等8種類型。

3.2.4 固定床加氫工藝

常壓渣油加氫處理工藝和減壓渣油加氫處理工藝是固定床渣油加氫工藝的兩種形式，其反應(yīng)過程中，催化劑始終固定在反應(yīng)裝置中不移動(dòng)，渣油和氫氣由上至下呈現(xiàn)出滴流反應(yīng)。固定床加氫工藝以其簡(jiǎn)單的工藝流程、較低的設(shè)備成本投入及較高的成品質(zhì)量在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語

隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)輕質(zhì)油需求量的不斷遞增，作為實(shí)現(xiàn)渣油全部輕質(zhì)化的生產(chǎn)技術(shù)，渣油加氫工藝在煉廠中的地位日益突出。因而進(jìn)一步加強(qiáng)和落實(shí)加氫處理工藝研究工作，及時(shí)了解國(guó)內(nèi)外渣油加氫工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀對(duì)實(shí)現(xiàn)石油石化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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