重质油加工工艺综述.ppt
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1、重质油加工工艺综述,徐承恩2010.7,1/70,前言市场变化促进了重质油加工的发展重质油加工工艺的现状重质油加工路线的选择几点看法,2/70,一.前言,当前世界经济的发展还离不开石油。但石油是不可再生能源,总是越用越少,总会有枯楬的一天。对于后石油时代何时到来,存在很多不同的看法,悲观的认为很快就要到来,乐观的则认为可能延迟到2030年后。不管如何,需要积极准备应对后石油时代的到来已成为人们的共识。,3/70,一.前言,石油是当前全球用量最大的一次能源。2008年在全球一次能源结构中占34.8%。随着世界经济的发展和人口的增多,石油的消费量还会不断增加。但在能源结构中的比重,则会随着天然气用
2、量的增加有所下降。据国际能源机构预测,到2030年全球石油需求将在980011600万桶日之间。如此巨大的石油需求,要想在短期内用替代燃料全部取代是很难做到的。,4/70,一.前言,许多国家都在投入巨资,大力加强对石油替代燃料的科研开发或生产。发展石油替代燃料牵涉到资源、技术、环保、经济、能量利用效率等众多重要因素,而当前的各种替代燃料都还存在不少待解决的问题。例如:生物质石油替代燃料:用玉米、甘蔗、甜菜等生产乙醇,用大豆油、菜油、棕榈油生产生物柴油等技术虽然成熟,但原料来源有问题,在价格上难与石油竞争,需要政府补贴。纤维素乙醇,微藻制油技术上远未成熟。煤制油存在投资大,温室气体排放量大,能量
3、转换效率低等问题。电动汽车因存在行驶距离短(200公里左右)充电时间长、造价高、使用不方便、电网要改造等问题,目前难以大量发展。氢燃料在氢的供应和储存上都存在一些问题。这些石油替代燃料技术问题的解决和能够达到工业化推广应用,估计还需要1020年时间。在未来几十年,还只能作为石油的一些补充。,5/70,一.前言,另一方面,由于科学技术的进步,近10年来石油可采储量是上升的。2008年世界原油产量为7380万桶日,以此计算储采比45。根据以上情况,可以予计未来几十年石油产品仍是主要的运输燃料。炼油工业仍将是国民经济的支柱产业之一,还要继续发展。,6/70,二.市场变化促进了重质油加工的发展,从上世
4、纪70年代油价上涨以来,重质油加工逐渐受到重视,得到了较快的发展。例如2007年美国的焦化能力几乎是1972年的3倍;我国在19982008的10年间,焦化能力与原油蒸馏能力的比,从8.0%上升到17.4。到2010年,我国已有和在建的延迟焦化能力,将超过9000万吨年。,7/70,二.市场变化促进了重质油加工的发展,促进重质油加工能力快速发展的原因,主要在于市场的需求发生了变化:1.在成品油市场上,燃料油的需求下降。天然气由于资源比较充沛,价格比石油相对低廉,环保性能较好,得到了迅速发展。据预测,2030年前,平均增长率在2.3%左右。许多燃料油被天然气替代,燃料油的需求下降。使重质油的转化
5、任务加重。,8/70,二.市场变化促进了重质油加工的发展,2.在原油市场,重质原油的供应量上升。在2008年发表的世界原油可采储量中,重质原油(API24)的储量接近40。在石油资源趋紧的形势下,开采重质原油势在必行。据ENI公司统计,从19962007年,全球重质原油产量已从3.57亿吨上升到4.8亿吨。据有关部门统计,API度每降低一个单位,价格降低0.27美元/桶。因而,利用轻、重原油的差价使炼厂炼制重质原油的经济效益更好,提高了炼厂炼制重质原油的积极性。油价高企和科学技术的发展,使得开采重质原油变为有利可图,因而重质原油的供应量上升。,9/70,二.市场变化促进了重质油加工的发展,3.
6、在高油价时代,炼油厂利润变小,加工重质油多产高附加产值的产品已成为提升炼厂经济效益的关键。4.石油资源短缺,而油品市场上轻质油品的需求上升,从提高资源利用率考虑,必须提高重质油加工能力,用好每一吨原油。,10/70,三.重质油加工工艺的现状,从广义上说,重质油加工可分为重质馏份油(370520)加工和重质渣油(520)加工两类。由于后者含有大量的金属和S,N等杂质,加工较前者困难。无论是重质馏分油加工或重质渣油加工,其目的主要有两个:一是要提高原料的HC比,以使其符合目的产品的要求二是要脱除原料中所含的金属,硫、氮、氧等杂质。要提高油品的HC比,不外乎两种方法,即脱炭和加氢。一般来讲,低油价高
7、氢价有利于前一种方法,反之高油价和低氢价则有利于后者:流化催化裂化(FCC),渣油催化裂化(RFCC),焦化,减粘(VB)溶剂脱沥青(SDA)等都属脱炭工艺加氢则有各种类型不同的加氢工艺,11/70,三.重质油加工工艺的现状,(一)重质馏分油的加工重质馏分油的转化,最早采用热裂化技术,由于其产品质量差,轻质油收率低,现在已基本上被淘汰,而被催化裂化和加氢裂化所代替。1.流化催化裂化(FCC)FCC自1942年工业化以来,由于其独特的技术优势,是炼油工业中发展最快的工艺。到2009年全球炼厂FCC的加工能力已达7.29亿吨年,其中以美国为最大,达2.83亿吨年。FCC的轻质油收率高,汽油加柴油的
8、收率可达7080,所以经济效益好。随着FCC工艺和催化剂的发展,FCC工艺也用来增产丙烯等低碳烯烃。据统计,全球的丙烯产量中,有13来自炼厂的FCC装置。,12/70,三.重质油加工工艺的现状,我国自上世纪60年代建成第一套FCC装置以来,发展也很快。到2009年,我国FCC的加工能力已超过1.2亿吨年,仅次于美国。我国有70以上的汽油和20以上的柴油产自FCC装置,FCC已成为我国炼厂的核心工艺。对FCC工艺和催化剂,多年来我国有了不少改进和创新。在FCC工艺方面,我国已开发出DCC、MIP、MGG、FDFCC、TSRFCC等新技术。有的技术如DCC已出口到国外;在催化剂方面我国已开发出RE
9、Y、USY、REHY、ZRP等沸石系列FCC催化剂,有的已向国外出口。在催化剂烧焦再生方面也开发了单器再生、双器两段再生、快速床再生(烧焦罐)、重叠式再生等多种型式。,13/70,三.重质油加工工艺的现状,总的说来,我国的FCC技术已达国际先进水平。对各种不同性质原料和不同产品要求可做到“量体裁衣”的设计。对于杂质含量较高的重质馏分油(如高含硫原油的减压馏分油,焦化蜡油),为了改善产品分布,提高轻质油收率和适应环保要求,在进FCC装置前应进行加氢处理。加氢处理的深度一般控制硫含量在10003000g/g之间,碱氮含量500g/g。,14/70,三.重质油加工工艺的现状,2.加氢裂化加氢裂化工艺
10、的特点是产品灵活性大,产品质量好,在炼厂装置组成中占有重要地位,可以起到根据市场变化调节产品种类的作用。其生产的石脑油可作为汽油组份或作为催化重整原料生产BTX芳烃可以生产喷气燃料和低硫柴油可以生产BMCI值低的尾油作乙烯裂解原料或润滑油原料加氢裂化技术渊源于上世纪30年代在德国应用的煤焦油加氢裂化,由于其操作条件苛刻(压力22.0MPa,温度400420,室速0.64h-1)在二战后没有继续应用。,15/70,三.重质油加工工艺的现状,直到上世纪60年代,对汽油的需求增长很快,而当时催化裂化的转化率低,不能满足市场要求,加氢裂化技术才又受到重视,许多公司开发了有自己专利的加氢裂化技术,当时主
11、要用于把CGO、LCO和VGO转化为汽油:UOP公司的LomaxChevron公司的Isocracking Union公司的Unicracking巴斯夫公司的DHC等随着FCC提升管技术和沸石催化剂的应用,FCC能大量生产高辛烷值汽油,同时市场上喷气燃料和柴油需求增长,所以自上世纪70年代以后,新建的加氢裂化装置都转向以VGO生产喷气燃料和柴油。上世纪80年代以来,加氢裂化除了多产中间馏分以外,又生产乙烯裂解原料或高粘度指数润滑油原料。,16/70,加氢裂化工艺过程,单段(反应器间不进行产品分离),两段(一段和二段间进行产品分离),只有一个HC反应器,HT+HC一个或两个反应器,HT+HC(两
12、个反应器),HT+HC两个或三个反应器,单一催化剂低硫低氮原料,两种催化剂高硫高氮原料,两种催化剂HT段产品进行分离尾油循环至HC反应器,两种或三种催化剂第一个HC产品进行分离尾油循环至第二HC反应器,一次通过工艺(不循环),尾油循环至HC反应器,HC加氢裂化HT加氢处理,加氢裂化工艺过程分类,17/70,单段加氢裂化工艺流程示意图,18/70,两段加氢裂化工艺流程示意图,19/70,三.重质油加工工艺的现状,两段加氢裂化流程相对复杂,基本建设投资、催化剂投资、操作费用都较高。因此,装置的套数较单段加氢裂化为少、规模也小。但是,至今仍在不断发展和工业应用,这主要因为其具有一定优点和特点:气体产
13、率低,总液收高,氢耗也相对较低产品质量好。柴油具有更低的芳烃和硫含量对原料的适应性强,可以加工更重和质量更差的原料对产品的产率有更大的调节灵活性,20/70,现在工业化生产的加氢裂化装置都采用固定床,操作条件大致为:压力MPa1020反应温度 315400空速 h-10.41.5氢油体积比6501400,三.重质油加工工艺的现状,21/70,三.重质油加工工艺的现状,加氢裂化催化剂是双功能催化剂。载体主要提供酸性,在其上发生裂解、异构化、歧化等反应,加氢活性则由金属组份提供。在上世纪60年代载体主要是无定形SiO2-Al2O3,这种载体酸中心数少,孔径大,不易产生过度裂化,有利于多产柴油。到上
14、世纪80年代后,绝大多数载体含有沸石。沸石的应用大大提高了催化剂的活性,使加氢裂化可在较缓和的温度和压力下进行。金属组分可分为贵金属和非贵金属两类常用的非贵金属组分有W、Mo、Ni、Co,多以硫化物状态使用。其活性强弱顺序为:W-NiMo-NiMo-CoW-Co,贵金属组分则以Pt、Pd为主,多以金属状态使用在以生产中间馏分为主的加氢裂化催化剂,普遍采用Mo-Ni或Mo-Co,以生产润滑油料为主时则采用WNi,22/70,三.重质油加工工艺的现状,(二)重质渣油的加工工艺1.减粘裂化工艺减粘裂化是一种浅度的热裂化过程渣油作为燃料油使用时,常常粘度达不到规格要求,需要加入轻油进行调合,以致降低了
15、全厂轻质油收率。将渣油经过减粘裂化可使渣油粘度降低,从而减少调和轻油的用量。减粘裂化的流程有带反应器和不带反应器两种。不带反应器的裂化反应在炉管内进行,操作周期较短。减粘裂化操作的关键参数为反应温度和停留时间,二者匹配不当就容易结焦。通常的反应温度为400450反应时间随反应温度和原料性质不同,有很大差别,通常在2060分钟之间。在各种渣油加工工艺中,减粘裂化目前还占有相当大的比例(约30),在欧洲国家使用较多。由于燃料油需求下降,新建炼厂中减粘裂化装置很少。,23/70,减粘裂化(不带反应器)工艺流程示意图,24/70,减粘裂化(带反应器)工艺流程示意图,25/70,三.重质油加工工艺的现状
16、,2.焦化工艺焦化工艺主要有两类即延迟焦化和流化焦化(1)延迟焦化工艺延迟焦化工艺由于其工艺成熟可靠,对渣油原料的适应性强,投资较低等优点,目前在全球渣油加工工艺的应用中占有约30的能力,是当前渣油加工工艺中应用最广的工艺。延迟焦化的原料有减压渣油、脱油沥青、催化油浆、润滑油抽出油等,有些炼厂甚至将油罐和污水处理的油泥作为原料。,26/70,延迟焦化工艺流程示意图,27/70,三.重质油加工工艺的现状,延迟焦化的主要操作参数有:操作温度:一般指加热炉出口温度。操作温度高则液收率上升,焦炭产率下降,焦炭变硬,加热炉管结焦倾向增加,一般加热炉出口温度为495510操作压力:一般指焦炭塔顶压力。压力
17、高会使焦炭和气体产率上升。焦炭塔顶压力在保持能克服后部系统压降的前提下,趋向于低压操作。循环比:循环比对装置处理量,产品性质和产品分布都有重要影响,新的延迟焦化装置设计,倾向于低循环比操作。国外延迟焦化操作循环比一般为00.15国内则在0.10.4之间当延迟焦化生产针状焦时,除对原料要求富含芳烃(60)外,在操作上与常规延迟焦化不同要求变温操作、大循环比、高压、长停留时间等。,28/70,三.重质油加工工艺的现状,自1938年第一套水力出焦在美国投产以来,延迟焦化工艺一直在进行技术改进,近年来主要的技术进步有:装置大型化 最大装置规模已达800万吨年,单系列(一炉两塔)的处理量已超过200万吨
18、年,焦炭塔的直径已达9.8米提高操作苛刻度,获得最大焦化馏出油收率。主要措施是降低循环比,甚至采用零循环比采用加热炉在线清焦以延长加热炉操作周期改进焦炭塔结构设计,尽量减少环焊缝,采用垂直钢板结构,对最易开裂的裙座连接处采用锻件结构缩短焦炭塔操作周期,由过去的24小时,缩短为1216小时焦炭塔上、下底盖的拆装采用机械化操作除焦水密闭除油,循环使用,改善环保,29/70,三.重质油加工工艺的现状,(2)流化焦化工艺,灵活焦化工艺自1954年Exxon公司建立第一套流化焦化装置以来,至今已有13套工业化装置(其中8套为流化焦化,5套为灵活焦化),其应用面远不及延迟焦化。延迟焦化与流化焦化的比较,3
19、0/70,三.重质油加工工艺的现状,流化焦化的原料不经,加热炉没有炉管结焦问题。所以焦化温度可提高到520565,装置的操作周期长达3年。流化焦化的最大缺点是所生成的焦粉难以利用,因此Exxon公司又开发了灵活焦化工艺,即在流化焦化工艺基础上增加一个气化器,将焦粉气化成燃料气。但这种燃料气热值很低,仅4.475.18MJ/Nm3。因此,又开发了“双气化”工艺,即在灵活焦化上再增加一个以水蒸汽为气化剂的气化器,产生含H2和CO的合成气。,31/70,流化焦化工艺流程示意图,32/70,原料油,33/70,三.重质油加工工艺的现状,3.溶剂脱沥青工艺溶剂脱沥青工艺能使渣油中的沥青质、金属、硫、氮等
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