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炼油装置介绍专题--渣油加氢装置

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    根据BP能源的分析,未来全球可供大规模开采的轻质原油的比例将逐步降低,重质原油比例将增加,初步估计,全球炼油商加工的原油,大致60%以上为重质原油;与此同时,全球储量最多的就是委内瑞拉、加拿大的重质原油或者油砂,炼油厂加工的原油日趋重质化。在常减压蒸馏装置出来的减压渣油或者常压渣油就要进行二次处理,减压/常压渣油的性质也日益劣质化。

炼油厂处理渣油的两条路线,不外乎,一是脱碳工艺,也就是常说的延迟焦化或者灵活焦化;二是加氢工艺,也就是常说的固定床渣油加氢、沸腾床渣油加氢或者悬浮床渣油加氢;更有利用溶剂处理渣油的工艺,溶剂脱沥青;利用热裂解处理的减粘裂化。本文主要介绍固定床渣油加氢(以下没有特殊说明的,渣油加氢都是指固定床渣油加氢)。

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图一 炼油厂流程图

1 渣油加氢流程

渣油加氢流程如下:从常减压蒸馏装置过来的渣油,经过高压泵升压,与反应器生成油换热后,与氢气混合后进入加热炉加热;加热后的油气混合物进入反应器中,在高温、催化剂环境下,脱除硫、氮、金属等杂质并部分裂化,反应生成油经过一系列的换热、冷却后,进入高压分离系统;在热高压分离罐、冷高压分离罐、热低压分离罐、冷低压分离罐中进行油、气、水三相分离,油相送去分馏系统,进行石脑油、柴油及加氢尾油分离。

渣油加氢的最终产品有:低分气、酸性气(干气),粗石脑油、柴油及加氢尾油。

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图二 固定床渣油加氢流程图

2 渣油加氢工艺技术

全球渣油加氢主要有两大技术,一是CLG公司的RDS/VRDS技术,二是UOP公司的RCD Unibon工艺。还有一些其它的工艺技术,例如Exxon公司的Residfining工艺、中石化的S-RHT工艺、法国IFP的Hyval工艺等等。

CLG公司由Chevron和ABB Lummus Golabl共同组建而成的,全球采用CLG技术的渣油加氢产能接近50%,CLG公司占据全球固定床渣油加氢的最大份额。

UOP公司是全球最早拥有渣油加氢技术的公司,全球采用UOP技术的渣油加氢产能接近30%,UOP公司占据全球固定床渣油加氢的第二大的份额。

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图三 固定床渣油加氢技术

    根据大连石化渣油加氢装置的运行经验,采用CLG的固定床渣油加氢技术,可以满足运行335天的设计指标,但是有很多相关的限制:原油的酸值不能高于0.5mgKOH/g,常渣中的Ni/V不大于0.5,总氮要不大于3500ppm,沥青质要不大于7.0%,残炭建议不大于17%。满足上述要求的原油有:穆尔班、阿曼、沙轻、沙重、科威特、伊轻等原油;不建议加工沙重、沙超轻、伊重等原油。

国内中石油多数采用CLG的技术。

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图四 渣油加工工艺选择

    中石化则采用自有的S-RHT工艺,中石化新建、升级改造的炼油厂基本不采用国外技术。

3 渣油加氢主要参数

渣油加氢,主要关注的操作参数,反应器床层压降、催化剂活性(反应温度)、操作压力等等。

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图五 渣油加氢主要工艺及参数

常规的渣油加氢装置,单台反应器压降不大于0.7Mpa;上海石化固定床渣油加氢,一个周期下来,单台反应器压降控制不大于0.4Mpa,两个系列分别运行350天、345天,能保证装置长周期运行。

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图六 渣油加氢反应参数

    反应温度控制350—420°C,操作压力控制13—18Mpa。

石脑油收率控制2—10%;

轻柴油收率控制10—27%。

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图七 渣油加氢装置收率

    原油中的Fe和Ca含量会对渣油加氢的长周期运行产生影响,国内部分渣油加氢装置,常常因为上述原料的参数超标,导致反应器床层压降短时间升高。按照长岭石化的运行经验,可以在常减压蒸馏装置中注入脱钙剂将Ca脱除。同时,要降低脱钙剂的酸度,防止常减压蒸馏装置腐蚀的Fe+离子带至下游固定床渣油加氢装置,这样可以优先延长固定床渣油加氢的运行时间。

还可以通过掺炼催化裂化装置的柴油,抑制催化剂的生焦,从而延长装置运行时间,因催化裂化柴油中的芳烃含量较高,最高的可达81.4%,可以抑制生焦。但是,掺炼催化裂化柴油,因柴油中的芳烃饱和反应产生大量热,会增加反应深度、氢耗,这个要算个成本账。

4 装置能耗及操作费用

常规的炼油装置,消耗能源最多的就是,水、电、汽、风,其中蒸汽、电用量较多。渣油加氢装置也是如此,蒸汽、循环水以及电,三项物料消耗占据了装置能耗的50%。还有一个比较特别的,仪表风、非净化风的消耗也比较大,主要是渣油加氢装置的设备较传统的加氢装置多。

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图八 渣油加氢装置能耗

     在装置操作费用构成方面,渣油加氢装置主要的费用大头是装置能耗,降低装置能耗就能降低装置的操作费用;其次为折旧,渣油加氢装置的投资巨大,一套200万吨/年的渣油加氢装置,投资约15—17亿元,每年的折旧高达1.5—1.7亿元。相对上述两项,人工薪酬所占比例几乎忽略不计。

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图九 渣油加氢装置操作费用

5 未来发展趋势

低硫燃料油标准升级后,全球各炼油商都开始考虑新建渣油加氢装置,解决当前燃料油硫含量过高的问题。国内的炼油商,基本是通过调整原油品种,利用渣油加氢装置生产低硫燃料油;也有适应未来原油重质化,采用更新的沸腾床、悬浮床渣油技术;更有通过于下游高度联合的组合技术。

5.1 船用燃料油

国内的渣油加氢产能接近8000万吨,其中,中石化渣油加氢产能约占国内产能的34%;其次为中石油,约占国内产能的25%。

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图十  渣油加氢产能

    中国石化宣布,2020年,该公司可以提供燃料油产能达到1000万吨,2023年这一产能将超过1500万吨。根据金联创的消息,除上海石化和海南炼化已经成功开发出低硫船用燃料油之外,中石化旗下多家炼厂如青岛炼化、齐鲁石化、胜利稠油厂、沧州炼化,镇海炼化、茂名石化、湛江东兴等也均计划生产低硫船用燃料油的计划。

“大地”认为,按照中国石化的渣油加氢产能来看,远期燃料油产量达到2000—2500万吨都不奇怪。从消费商看,2017年中国燃料油表观消费为2939万吨,预计未来可能达到3500万吨。船用燃料油新标准的实施、未来燃料油消费景气,将会刺激国内炼油商上马渣油加氢装置。

5.2 渣油加氢技术

常规的渣油加氢技术,仅能运行350—370天,运行周期相对较短,炼油厂必须短停处理,对于操作人员来说,劳动强度大、较易发生事故。采用沸腾床或者悬浮床渣油加氢技术,就可以解决该问题。但是,根据埃尼运行情况,其悬浮床渣油加氢装置几次工业化试验就发生过着火的事故。国内第一套大型的、非常规的固定床渣油加氢--恒力石化的沸腾床渣油加氢于2019年5月开车,可以继续关注其运行的情况。

5.3 组合技术

渣油加氢装置与下游催化裂化装置深度耦合,也是渣油加氢技术发展的方向。国内常规的渣油加氢装置,下游多数都配套有催化裂化装置。国内汽油消费较柴油消费景气,炼油商有多产汽油的冲动,这就导致渣油加氢装置以低转化率、高加氢尾油产量为主。基于上述考虑,国内外的专利商,考虑将渣油加氢装置的分馏系统取消,并将催化裂化装置的柴油送至渣油加氢装置“回炼”。根据国内炼油商的经验,渣油加氢装置与下游催化裂化装置深度耦合,可以改善渣油加氢装置原料性质、提高催化裂化装置汽油收率、降低催化裂化油浆收率。

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图十一  组合技术

5.4 其它

渣油处理路线、盈利情况与原油价格密切相关,根据“大地”的估算,不同处理技术,其盈亏平衡点是不一样的。

在规模相同的情况下,原油在40美金/桶及以下,利用延迟焦化装置加工渣油,炼油厂利润最大化;原油在40--50美金/桶,利用催化裂化装置加工渣油,炼油厂利润最大化;原油在60美金/桶以上,利用渣油加氢装置加工渣油,炼油厂利润最大化。

不同油价下,各炼油厂及装置,盈利是不同的。

6 小结

随着原油劣质化、成品油标准严格化、燃料油标准最新化,固定床渣油加氢技术受到全球炼油商的青睐。在原油价格高于60美金/桶时,炼油厂采用该方案,企业利润最大化。

下一篇,将介绍延迟焦化装置。

 

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