劣質(zhì)重稠油在懸浮床加氫裂化裝置上的深加工

魏江濤，毛吉會，李增勃，胡金余，呂君君

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

根據(jù)相關(guān)資料顯示，中國有豐富的稠油資源，但需促使石化化工企業(yè)、科研開發(fā)和工程設(shè)計等相關(guān)單位聯(lián)合，將重質(zhì)原油加工成優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)燃料油和化工原料［1］。

延長石油低滲透油田采收率降低，開采成本高居不下，加上國際油價大幅震蕩，延長石油目前面臨前所未有的危機(jī)和挑戰(zhàn)，海外及國內(nèi)重稠油資源豐富成本也低，在沿海布局重稠油加工基地，可以有效緩解延長石油集團(tuán)生存難題，實現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，提高企業(yè)效益及競爭力。利用現(xiàn)有懸浮床加氫裂化裝置技術(shù)進(jìn)一步探索完善各類重稠油在該技術(shù)上的應(yīng)用以及豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容［2］。

1 重稠油加工工藝技術(shù)的現(xiàn)狀

目前隨著對原油的不斷開采，使輕質(zhì)原油儲存量日益減少，但是隨著相關(guān)開采技術(shù)的不斷提升，使大量重油、超重油及稠油等均被開采出來，而重稠油具有輕質(zhì)組份少而膠質(zhì)瀝青含量高；硫、氧含量較高；金屬含量較高，尤其是鎳、釩含量高；直鏈烷烴含量少；流動性差，黏度較大等特性［3］。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明國內(nèi)重質(zhì)原油儲量豐富，例如遼河、勝利、克拉瑪依等油田均存有大量重質(zhì)原油，數(shù)量巨大，但因加工手段有限，使輕油產(chǎn)量無法得到較好提升，重稠油加工技術(shù)主要有4種［4，5］。

1.1 減黏裂化與熱裂化工藝

減粘裂化和熱裂化工藝已較成熟。可將黏度高的重劣質(zhì)油進(jìn)行熱裂化后得到低黏度燃料油，也可以通過降低黏度改善重劣質(zhì)油流動性，進(jìn)而有利于重劣質(zhì)油在管道中輸送以及后期加工。然而減粘裂化和熱裂化工藝技術(shù)已較為廣泛應(yīng)用。但是國內(nèi)外一些企業(yè)為了更好地提高反應(yīng)苛刻度和輕質(zhì)油收率，有些國外企業(yè)已研究出臨氫減黏裂化和供氫減黏裂化工藝技術(shù)，也可以將減粘裂化和多種重劣質(zhì)油深加工工藝相互進(jìn)行組合。

（1）減粘裂化+溶劑脫瀝青可作為催化裂化和加氫工藝處理提供原料；（2）減壓深加工+減粘裂化是投資較少、效益較好的深加工工藝路線［6］。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)表明減粘裂化仍可以與較多工藝進(jìn)行兩兩或多種組合，已更好的為重劣質(zhì)油深加工提供科學(xué)合理的工藝技術(shù)。

1.2 渣油焦化工藝

渣油焦化工藝技術(shù)成熟，具有渣油轉(zhuǎn)化率較高，對原料適應(yīng)性強(qiáng)，投資和生產(chǎn)成本較低等特征，被廣泛應(yīng)用于劣質(zhì)重油深加工領(lǐng)域。在渣油焦化技術(shù)中有延遲焦化、流化焦化等技術(shù)，在相比之下流化焦化是具有連續(xù)操作，易操作，處理量大等特點，能較好的處理延遲焦化難以處理的重劣質(zhì)油。為了很好的利用所產(chǎn)的焦炭，可將流化焦化與循環(huán)流化床廢鍋工藝進(jìn)行結(jié)合［7］。

1.3 溶劑脫瀝青工藝

溶劑脫瀝青是將渣油中最劣質(zhì)的組分瀝青質(zhì)先脫除，再將脫油瀝青進(jìn)行延遲焦化或其它利用相關(guān)工藝技術(shù)，可生產(chǎn)汽柴油等產(chǎn)物，降低了焦炭產(chǎn)率。隨著重質(zhì)劣質(zhì)油處理量不斷上升，為了處理好重質(zhì)劣質(zhì)油，可將溶劑脫瀝青與與渣油加氫裂化、氣化相互聯(lián)合，脫瀝青可作為加氫裂化或催化裂化工藝原料，瀝青作為氣化原料可制氫氣和發(fā)電，該技術(shù)適用性強(qiáng)，投資低，操作簡單。

1.4 渣油加氫裂化工藝

渣油加氫裂化工藝技術(shù)主要已固定床、沸騰床和漿液床等3種技術(shù)為主，目前已在企業(yè)運(yùn)行的裝置中，固定床加氫裂化裝置占主導(dǎo)力量。但是固定床加氫裂化的轉(zhuǎn)化效果欠佳，若要提高轉(zhuǎn)化率，就必須要讓多環(huán)芳烴和膠質(zhì)的結(jié)構(gòu)遭到破壞，勢必會使反應(yīng)床層因瀝青質(zhì)的析出和沉淀進(jìn)而讓反應(yīng)器結(jié)焦。

為了更好發(fā)展該工藝，可采?。海?）在重溶劑油中加入高芳香性組分的原料，以更好的提高重溶劑油溶解瀝青質(zhì)的能力，很好的保證較長的開工周期；（2）改進(jìn)催化劑，其作用就是加工重劣質(zhì)的渣油。需不斷研究提高催化劑的孔隙率，這樣可以使重金屬和焦炭容量得到提升，從而保證開工周期的延長，但這樣會使催化劑活性和機(jī)械強(qiáng)度下降，因此必須處理好2者之間相互對立的矛盾關(guān)系，才能使該工藝的改進(jìn)效果得到最大的收益。

2 劣質(zhì)重稠油懸浮床加氫裂化中試工藝流程

將原料劣質(zhì)重油加入轉(zhuǎn)運(yùn)罐，引低壓氮氣將轉(zhuǎn)運(yùn)罐原料加入原料罐，原料油經(jīng)懸浮床進(jìn)料循環(huán)泵及懸浮床高壓進(jìn)料泵升壓至所需壓力后，與加熱后的循環(huán)氫及新氫混合，進(jìn)入懸浮床預(yù)熱器加熱至反應(yīng)所需溫度后進(jìn)入懸浮床反應(yīng)器，在450～470℃左右溫度和催化劑作用下，進(jìn)行熱裂解和加氫反應(yīng)。

將合成氣引至膜分離裝置，分離出來的新氫經(jīng)新氫壓縮機(jī)升壓并調(diào)壓至所需壓力后分成3路。

（1）作為懸浮床原料反應(yīng)氫，和來自懸浮床循環(huán)氫壓縮機(jī)的循環(huán)氫混合進(jìn)入預(yù)熱器加熱后，在懸浮床鋁浴加熱器前混入反應(yīng)系統(tǒng)；（2）作為冷氫進(jìn)入懸浮床熱高分底部；（3）作為反應(yīng)器測壓差新氫分別進(jìn)入反應(yīng)器的頂部和底部。

懸浮床加氫反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入懸浮床熱高壓分離器進(jìn)行氣相與油渣的分離。從懸浮床熱高壓分離器底部分離出的油渣主要含未轉(zhuǎn)化原料、添加劑和小部分的餾分油，通過高壓差特殊減壓閥減壓后進(jìn)入懸浮床熱低壓分離器，閃蒸出來的油氣經(jīng)懸浮床熱低分氣冷卻器冷卻后進(jìn)入懸浮床熱低分氣分離器進(jìn)行氣液分離，冷低壓分離器頂部氣體經(jīng)懸浮床放空氣分液罐后進(jìn)入懸浮床堿洗塔。

懸浮床堿洗塔通過堿洗塔循環(huán)泵從塔底將堿液打至塔頂，與塔底進(jìn)入的含硫干氣逆向接觸，氣體中的硫化氫溶解于堿液中，發(fā)生中和反應(yīng)。堿洗塔中堿度通過補(bǔ)充堿液及外送廢堿液進(jìn)行控制。脫除H2S后的干氣排至火炬。

從懸浮床熱高壓分離器分離的熱高分氣經(jīng)懸浮床熱高分氣水冷器冷凝冷卻后進(jìn)入懸浮床冷高壓分離器進(jìn)行氣液分離。為防止熱高分氣中NH3和H2S在低溫下生成銨鹽結(jié)晶析出，堵塞管道，在進(jìn)入冷高分前注入脫鹽水。

懸浮床冷高壓分離器底部的熱高分油和水至懸浮床產(chǎn)物油水分離器進(jìn)行油品及酸性水的分離。冷高分氣相經(jīng)懸浮床循環(huán)氫壓縮機(jī)入口冷卻器及懸浮床循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐分離液滴后，進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)。

3 劣質(zhì)重稠油深加工工藝條件等方面的研究趨勢

影響劣質(zhì)重稠油深加工的主要原因是原料中的重金屬、殘?zhí)亢土蚝浚筛鶕?jù)劣質(zhì)重油深加工難易度的不同進(jìn)行選擇合適的深加工路線［9］。

（1）低硫重油通常選擇催化裂化和延遲焦化工藝技術(shù)進(jìn)行加工。選擇催化裂化工藝加工，要求原料中殘?zhí)啃∮?0%、重金屬含量小于25 mg/g。

選擇延遲焦化工藝加工，要求原料中殘?zhí)看笥?0%、重金屬含量大于25 mg/g。

（2）輕質(zhì)及部分中質(zhì)含硫重油，可選擇固定床渣油加氫+催化裂化工藝組合進(jìn)行加工殘?zhí)啃∮?5%、金屬含量小于150 mg/g的原料。

（3）重質(zhì)及中質(zhì)含硫重油，可選擇焦化或組合工藝如：減粘裂化與溶劑脫瀝青、溶劑脫瀝青+瀝青氣化+脫瀝青油加氫、深度熱裂化+殘渣油氣化，來加工殘?zhí)看笥?5%、金屬含量大于150 mg/g的劣質(zhì)重油［10］。

渣油沸騰床加氫裂化技術(shù)［11］特點就是處理具有高硫、高殘?zhí)?、高金屬的劣質(zhì)渣油，與固定床加氫處理技術(shù)相比較具有較高的轉(zhuǎn)化率，但整個加工過程仍有25%～45%的尾油未轉(zhuǎn)化，則存在裝置投資大、操作技術(shù)復(fù)雜等問題，因此在工業(yè)應(yīng)用上不如固定床普遍。

懸浮床加氫裂化技術(shù)具有原料適應(yīng)性強(qiáng)，適合于高金屬、高殘?zhí)?、高硫、高酸值、高黏度劣質(zhì)重油的深加工，具有轉(zhuǎn)化率高、輕油收率高、產(chǎn)品靈活、質(zhì)量好、加工費(fèi)用低等優(yōu)點，正在建設(shè)多套工業(yè)裝置，具有很好的發(fā)展前景，但是操作壓力高。為了更好地降低操作條件，拓寬原料適用性，需不斷發(fā)展研究微界面懸浮床加氫裂化工藝技術(shù)，將高壓、高氫油比改變?yōu)橹械蛪?、低氫油比，已更充分加?qiáng)臨氫熱裂化在反應(yīng)傳質(zhì)傳熱效率。

試驗表明，微界面懸浮床技術(shù)原料適用性較寬，但存在操作條件較為苛刻，危險系數(shù)較高以及對反應(yīng)器內(nèi)生焦及帶焦困難的問題，需要不斷進(jìn)行摸索研究。結(jié)論認(rèn)為反應(yīng)器壓差、熱高分排液、轉(zhuǎn)化率、液收等變化與原料性質(zhì)、4組分含量等均有重要作用，有可能4組分中飽和分、芳香分含量的高低對微界面體系中加氫裂化反應(yīng)影響較大。

結(jié)合前期試驗，進(jìn)一步加強(qiáng)冷模試驗的研究，更好地、直觀的了解微界面發(fā)生器效果，為微界面發(fā)生器的研發(fā)改進(jìn)打好基礎(chǔ)，進(jìn)而保證中試裝置長周期、平穩(wěn)、安全運(yùn)行。在試驗運(yùn)行過程中，單從熱高分排液情況來看，山東2#減渣在微界面懸浮床體系反應(yīng)效果好于長慶減渣，從現(xiàn)場原料流動性觀察，流動性差的山東2#減渣反應(yīng)效果較好。

在懸浮床加氫裂化技術(shù)研究探索中，在要求高轉(zhuǎn)化率的條件下，要有效的調(diào)整系統(tǒng)反應(yīng)條件，避免在操作過程中發(fā)生結(jié)焦；進(jìn)一步開發(fā)具有高加氫活性、高分散性、能夠循環(huán)使用的催化劑是該技術(shù)的核心技術(shù)，對整個反應(yīng)系統(tǒng)是否能有效的抑制生焦，對轉(zhuǎn)化深度的提高以及解決懸浮床加氫裂化過程產(chǎn)物中少量未轉(zhuǎn)化的重質(zhì)油，成為該技術(shù)是否成功的關(guān)鍵因素，對裝置的投資建設(shè)、操作運(yùn)行等具有重要作用。

4 結(jié)束語

在懸浮床加氫裂化技術(shù)研究中，仍以懸浮床加氫裂化為重油深加工的核心工藝，改質(zhì)工藝條件，拓展原料的適用性，為工業(yè)示范裝置開車以及重劣質(zhì)油深加工數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供技術(shù)支撐，為后期生產(chǎn)清潔燃料，做好該工藝技術(shù)推動協(xié)調(diào)發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)有科研平臺和技術(shù)，挖掘裝置潛能，已提高重劣質(zhì)油深加工的水平和對劣質(zhì)重油資源的適應(yīng)性，并且根據(jù)情況可研究發(fā)展相關(guān)工藝進(jìn)行組合，為重劣質(zhì)油深加工拓寬工藝技術(shù)范圍，已更好地提高重劣質(zhì)油的加工量。

為了加快研究和發(fā)展懸浮床加氫裂化重稠油轉(zhuǎn)化加工技術(shù)，需要建立更加完善的重稠油加工數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及企業(yè)重稠油加工方向進(jìn)行技術(shù)儲備，更好地為工業(yè)示范裝置項目后期試車尋找拓寬原料油。