探討溶劑脫瀝青技術(shù)在當(dāng)今煉廠中的地位和作用

王德會(huì)，龐新迎，王振元，謝崇亮

（中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東青島 266071）

眾所周時(shí)，原油成本在煉廠總成本中占比高達(dá)80%，為獲取更高的利潤(rùn)，煉廠需具備：①高硫、高酸、劣質(zhì)原油的加工能力，贏得煉制低價(jià)機(jī)會(huì)原油的商機(jī)；②渣油深度轉(zhuǎn)化的能力，提高石油資源的有效利用率，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品規(guī)格符合油品市場(chǎng)需求；③深加工、精加工生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的技術(shù)手段；④煉化一體化是發(fā)展和贏利的方向，具備為石化工業(yè)提供足夠原料的條件。

此外，近年來以下重大政策/標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)也給煉廠提出了新的挑戰(zhàn)：①國(guó)際海事組織（IMO）提出對(duì)船用燃料油硫含量限制。2016年防止船舶污染國(guó)際公約（MARPOL）審查決定于2020年公海使用低硫（硫含量0.5 wt%）、排放控制區(qū)（ECA）使用超低硫燃料油（硫含量0.1 wt%）；②根據(jù)NB/SH/T 0527-2015中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)石油焦（生焦）中規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是3B號(hào)焦的硫含量不大于3%。根據(jù)中華人民共和國(guó)大氣污染防治法（主席令第三十一號(hào)）第三十七條規(guī)定石油煉制企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)燃油，禁止進(jìn)口、銷售不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的石油焦；③停售車用燃料油已列入議事日程。

渣油餾分是原油中最重的餾分，其分子量大、氫含量低、雜質(zhì)含量高、加工難度很大，如何實(shí)現(xiàn)其高效加工利用是煉廠提高經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力、順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的重要課題。

1 渣油加工技術(shù)

1.1 典型的渣油加氫技術(shù)

1.1.1 固定床渣油加氫脫硫技術(shù)（RDS）

固定床渣油加氫脫硫技術(shù)多用于生產(chǎn)RFCC原料或硫含量0.5 wt%的船用燃料油，該技術(shù)比較成熟、經(jīng)濟(jì)性好，獲得較普遍應(yīng)用。但在加工劣質(zhì)渣油時(shí)，其瀝青質(zhì)及重金屬會(huì)導(dǎo)致催化劑迅速中毒、失活，導(dǎo)致裝置運(yùn)行周期縮短和轉(zhuǎn)化率降低。即使采用了復(fù)雜的過濾系統(tǒng)和保護(hù)床反應(yīng)器，該技術(shù)一般也只適于加工金屬含量較低、輕質(zhì)原油的重油，原油選擇的靈活性受到限制。此外，該技術(shù)還存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)靈活性差、液體產(chǎn)品需要進(jìn)一步處理等問題。

1.1.2 沸騰床渣油加氫裂化技術(shù)（EB）

該技術(shù)已經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證，相對(duì)成熟，可實(shí)現(xiàn)較高的原油選擇性，渣油轉(zhuǎn)化率得到提高，經(jīng)濟(jì)性也較好。該技術(shù)的關(guān)鍵在于如何有效地控制沉積物/結(jié)焦的生成，否則將影響原油選擇的靈活性，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)化率和經(jīng)濟(jì)性。此外，液體產(chǎn)品需要進(jìn)一步處理，含硫燃料油產(chǎn)率較高，同時(shí)存在廢劑處理的問題。

1.1.3 懸?。{態(tài)）床渣油加氫裂化技術(shù)（SL）

該技術(shù)的原油選擇靈活性高，適于加工多種劣質(zhì)渣油，轉(zhuǎn)化率及中間餾分油收率較高。但該技術(shù)的投資相對(duì)較高，普遍認(rèn)為只有當(dāng)原油價(jià)格大于60美元/桶時(shí)才能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，液體產(chǎn)品也需要進(jìn)一步加工。該類裝置殘?jiān)?未轉(zhuǎn)化油的排放量雖然較少，但因富集了大量未轉(zhuǎn)化物質(zhì)和污染物，需留意處理措施及排放方式是否受限的問題。

1.2 典型的脫碳技術(shù)

1.2.1 延遲焦化技術(shù)（DCU）

延遲焦化技術(shù)是渣油轉(zhuǎn)化的經(jīng)典路線，具有原油選擇靈活性高、投資低的特點(diǎn)。但該技術(shù)屬于熱轉(zhuǎn)化工藝，會(huì)產(chǎn)生大量的低價(jià)值焦炭，其液體產(chǎn)品均需要進(jìn)一步處理，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的靈活性較差。該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與否高度依賴于原油價(jià)格，尤其是輕質(zhì)原油和劣質(zhì)原油的價(jià)格差。新環(huán)保法規(guī)頒布以后，高硫焦的生產(chǎn)受到限制，從而制約了本技術(shù)的應(yīng)用。

1.2.2 靈活焦化技術(shù)

該技術(shù)可提升石油焦的利用價(jià)值，但只有在特定的條件下，如與煉廠的公用工程、或與電廠/石化園區(qū)整合，用于發(fā)電或發(fā)生各種壓力等級(jí)的蒸汽的情況下，才具備吸引力。特點(diǎn)是低熱值氣體產(chǎn)率非常高，液體產(chǎn)品中重質(zhì)油收率高且烯烴含量高，產(chǎn)品性質(zhì)不如延遲焦化，需進(jìn)一步處理。此外，該技術(shù)的二氧化碳排放量大。

1.2.3 溶劑脫瀝青技術(shù)（SDA）

溶劑脫瀝青技術(shù)是采用物理方法（溶劑抽提）將瀝青質(zhì)、金屬及雜原子化合物等濃縮于瀝青中，得到雜質(zhì)含量低、裂化性能較好的脫瀝青油。副產(chǎn)品脫油瀝青則是制取瀝青產(chǎn)品或造氣的較好原料。

綜上所述，盡管渣油加氫技術(shù)/催化劑研發(fā)取得了很大進(jìn)步，但根據(jù)對(duì)膠質(zhì)/瀝青質(zhì)膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的深刻認(rèn)識(shí)可以得出，通過加氫脫除膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的難度和代價(jià)很大，無論采用哪種加氫工藝，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化率都會(huì)受限。而溶劑脫瀝青這項(xiàng)“古老的”、被“遺忘”的脫碳工藝在渣油加工中的使用日益受到重視，有可能成為未來煉廠渣油加工的關(guān)鍵裝置。該技術(shù)投資小、建設(shè)周期短、產(chǎn)品品種簡(jiǎn)單，可與其他工藝技術(shù)進(jìn)行靈活組合，顯著提高渣油的轉(zhuǎn)化率和渣油加氫裂化裝置的操作穩(wěn)定性、降低裝置的操作苛刻度以及投資和運(yùn)行成本，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的靈活性，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 案例SDA與其他工藝的靈活組合

2.1 案例1：SDA/DCU組合工藝

某煉廠流程示意見圖1。不同裝置規(guī)模的溶劑脫瀝青–延遲焦化組合工藝方案比較見表1。

從表1可以看出：

方案一：基礎(chǔ)方案，除基礎(chǔ)方案的延遲焦化裝置加工減壓渣油外，其余各方案均加工脫油瀝青。

方案二：當(dāng)延遲焦化裝置出現(xiàn)瓶頸時(shí)，增建溶劑脫瀝青裝置，與方案一相比，焦炭產(chǎn)量約降低31%，催化裂化裝置進(jìn)料增加25%。

方案三：當(dāng)減壓蒸餾裝置出現(xiàn)瓶頸時(shí)，新建溶劑脫瀝青裝置可以加工常壓渣油，當(dāng)50%的常壓渣油進(jìn)入溶劑脫瀝青裝置時(shí)，與方案二相比，溶劑脫瀝青裝置規(guī)模需增加155萬噸/年。

方案四：當(dāng)常壓蒸餾裝置擴(kuò)能改造，原油加工量增加15%時(shí)，焦炭產(chǎn)量增加4%，催化原料增加87.5%。

方案五：如果加工API° 27.9的重質(zhì)原油，當(dāng)原油加工量降低8%，焦炭產(chǎn)量相當(dāng)?shù)那闆r下，催化原料增加18%。

圖1 某煉廠流程示意

表1 不同裝置規(guī)模的溶劑脫瀝青–延遲焦化組合工藝方案比較

因此，對(duì)于含有DCU裝置的煉廠，通過新建SDA裝置，可以增加FCC裝置原料，解決減壓、焦化裝置的瓶頸，實(shí)現(xiàn)煉廠擴(kuò)能、提高原油選擇靈活性的目標(biāo)。

2.2 案例2：SDA/RFCC組合工藝

某煉廠原設(shè)計(jì)方案為常壓渣油直接作為催化裂化原料（以下稱方案一），后增加SDA裝置得到方案二，流程如圖2所示，組合工藝進(jìn)料性質(zhì)比較見表2。

圖2 CDU/ROSE/RFCC組合工藝（方案二）

表2 組合工藝進(jìn)料性質(zhì)比較

從表2可以看出：

方案一：①金屬含量高，催化劑消耗大；②鎳含量高，氣體和焦炭產(chǎn)量高；③殘?zhí)己扛撸绊懲顿Y，運(yùn)行成本高。

方案二：①降低了催化劑成本和運(yùn)行成本；②提高了轉(zhuǎn)化率；③可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路瀝青，過量的脫油瀝青可生產(chǎn)固體顆粒燃料或用于水泥生產(chǎn)及其他行業(yè)原料；④改善了催化裂化裝置的操作。

因此，通過新建SDA裝置，可顯著改善FCC裝置的原料性質(zhì)，從而提高裝置的操作穩(wěn)定性和操作周期，降低操作成本。

2.3 案例3：SDA/HCU組合工藝

殼牌Pernis煉油廠改造前的渣油加工流程采用的是VRDS/RFCC組合工藝，見圖3。

圖3 VRDS/RFCC組合工藝

為提高劣質(zhì)原油的加工能力和渣油轉(zhuǎn)化率，減產(chǎn)燃料油的同時(shí)增產(chǎn)餾分油，改造方案提出新建SDA，同時(shí)將原VRDS裝置改造成處理脫瀝青油的加氫裂化裝置，見圖4。

在進(jìn)行方案研究時(shí)需要注意的是，脫瀝青油的品質(zhì)受原料中雜質(zhì)含量、脫瀝青油收率、溶劑選擇及溶劑質(zhì)量等因素的影響，應(yīng)結(jié)合加工目標(biāo)確定。通常脫瀝青油的拔出率為10%～40%時(shí)，適于作為加氫裂化原料；拔出率30%～80%時(shí)，適于作催化預(yù)處理原料。

圖4 SDA/HC組合工藝

煉油廠可以通過調(diào)整加氫裂化裝置的轉(zhuǎn)化率來平衡產(chǎn)品的質(zhì)量和收率；同時(shí)，通過增設(shè)催化脫蠟/加氫精制（CDW/HF）裝置可利用加氫裂化裝置，靈活生產(chǎn)Ⅱ類或Ⅲ類基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

如果要生產(chǎn)足夠重（500N）的基礎(chǔ)油，就需要在原料中摻入脫瀝青油。利用C3脫瀝青油為原料還可以生產(chǎn)Ⅱ類光亮油，見圖4中虛線部分。

2.4 案例4：SDA/EB組合工藝

沸騰床加氫轉(zhuǎn)化工藝面臨的挑戰(zhàn)主要存在于如何提高沸騰床渣油加氫裂化的轉(zhuǎn)化率及催化劑壽命等方面。SDA/EB組合工藝與常規(guī)EB工藝相比，不僅能提高渣油轉(zhuǎn)化率，還可以減少反應(yīng)系統(tǒng)的投資和操作費(fèi)用。通過調(diào)整沸騰床進(jìn)料中減壓渣油與脫瀝青油的比例和/或調(diào)整溶劑脫瀝青進(jìn)料減壓渣油與未轉(zhuǎn)化油的比例，實(shí)現(xiàn)理想的產(chǎn)品收率、裝置規(guī)模、操作苛刻度，從而提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益，見圖5。

圖5 EB（一段）/SDA/EB（二段）組合工藝

國(guó)外某公司稱，采用SDA/EB組合工藝時(shí)，即使面對(duì)俄羅斯烏拉爾原油（Urals）等難以提高轉(zhuǎn)化率、易生成沉積物的原料時(shí)，轉(zhuǎn)化率也可達(dá)到80%～90%（Urals減渣有很高的沉積物形成傾向，最高轉(zhuǎn)化率取決于EB尾油的利用）。以下是某LCMAX裝置的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，原料性質(zhì)見表3。

表3 各段原料性質(zhì)

SDA/EB組合工藝與EB工藝對(duì)比見表4。比較可知，一段和二段未轉(zhuǎn)化油的穩(wěn)定性提高，可以在較高溫度下操作，與單獨(dú)EB相比，由于轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)器容積減小10%。此外，由于原料油中的大部分金屬都在溶劑脫瀝青時(shí)進(jìn)入脫油瀝青中，因此SDA/EB組合工藝的催化劑消耗可減少10%～15%，用于瀝青質(zhì)大分子飽和與轉(zhuǎn)化的氫氣消耗也明顯降低，氫氣得到更有效利用。

表4 SDA/EB組合工藝與EB工藝比較

2.5 案例5：SDA/SL組合工藝

某煉油廠基礎(chǔ)流程、一期及二期改造后的煉油裝置組合情況分別如圖6、圖7和圖8所示。其中，一期增加SDA和DAO加氫精制，二期增加懸浮床加氫裝置（Uniflex技術(shù)）。投資與經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比見表5。

基礎(chǔ)流程中高硫燃料油產(chǎn)量占原料常壓渣油的30%左右，一期改造后，降至15%左右（如果后期不需要低硫燃料油，加氫精制產(chǎn)品可以送至催化裂化裝置（需適當(dāng)改造）以生產(chǎn)更多的餾分油或汽油），二期則無高硫燃料油產(chǎn)品。SDA/SL組合工藝為煉廠調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減產(chǎn)高硫燃料油提出了新思路。

圖6 基礎(chǔ)流程煉油裝置組合（萬噸/年）

圖7 一期改造后煉油裝置組合（萬噸/年）

圖8 二期改造后煉油裝置組合（萬噸/年）

表5 投資與經(jīng)濟(jì)效益

2.6 案例6：SDA/氣化技術(shù)組合工藝

渣油溶劑脫瀝青的副產(chǎn)品脫油瀝青中富集了渣油中大部分膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及雜質(zhì)。實(shí)現(xiàn)脫油瀝青的合理利用，對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益十分重要。脫油瀝青的用途包括生產(chǎn)道路瀝青或燃料，此外，通過部分氧化法生產(chǎn)合成氣并聯(lián)產(chǎn)氫氣也日益受到業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

氣化工藝可處理各種低價(jià)值煉油廠物料，最大限度地挖掘重質(zhì)原油的利用潛力，減少裝置排放。由于該工藝能夠生成氫氣，也間接降低了制氫裝置的投資成本。

脫油瀝青和石油焦的氣化技術(shù)初步比較見表6?？梢钥闯?，2種工藝的主要差別在于造氣部分。在供氫量、蒸汽和發(fā)電量均相同的情況下，SDA＋I(xiàn)GCC方案投資較低，這是由于DCU＋I(xiàn)GCC方案除利用石油焦以外還需要煤作為輔助原料，其耗氧量比前者多33%，氣化爐大1倍，占地大25%，建設(shè)投資高出31.6%。從效益角度看，DCU＋I(xiàn)GCC方案因成本優(yōu)勢(shì)顯著而具有更好的效益，但從設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行、維修以及環(huán)保等方面看，SDA＋I(xiàn)GCC方案則更具優(yōu)勢(shì)。

表62 種原料IGCC氣化技術(shù)（初步）比較

3 結(jié)論

關(guān)于渣油加工方案的選擇，單純的脫碳和加氫工藝均存在不足之處。對(duì)于新建煉廠而言，以溶劑脫瀝青為核心的脫碳工藝與加氫工藝的組合工藝則可能是渣油加工的最佳工藝方案。如果能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)、揚(yáng)長(zhǎng)避短，則可使煉廠具備原油采購(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的靈活性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，顯著提高煉廠競(jìng)爭(zhēng)力。