超級(jí)石化重磅推薦:最新石油煉制技術(shù)進(jìn)展與趨勢(shì)!
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近年來(lái),石油煉制領(lǐng)域主要呈現(xiàn)加工能力不斷增長(zhǎng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)持續(xù)調(diào)整、油品標(biāo)準(zhǔn)快速升級(jí)、能源資源高效利用、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)清潔綠色等特點(diǎn),油化結(jié)合和智能化發(fā)展已成為石油煉制行業(yè)發(fā)展大勢(shì)?。
1.1 煉油能力穩(wěn)步增長(zhǎng), 開(kāi)工率同比下降
2020 年,全球石油煉制能力繼續(xù)保持增長(zhǎng),預(yù) 計(jì) 達(dá) 到 51.34×108??t?/?a, 增 長(zhǎng) 幅 度 呈 現(xiàn) 放 緩 態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)到 2025 年,全球石油煉制能力將增至52.84×108??t?/?a。世界煉油格局已呈現(xiàn)亞太、北美和歐洲三足鼎立之勢(shì),亞太地區(qū)石油煉制能力超過(guò)歐美發(fā)達(dá)地區(qū) ,中東地區(qū)石油煉制能力持續(xù)增長(zhǎng),有望成為繼亞太地區(qū)之后的又一增長(zhǎng)極。
從開(kāi)工情況看,2019 年全球煉廠平均開(kāi)工率 長(zhǎng)期維持在 82% 上下小幅波動(dòng)。但是受新冠肺炎疫情影響,2020 年全球煉廠平均開(kāi)工率預(yù)計(jì)將下降至 72%。
1.2 煉化一體化成煉廠流程布局的大趨勢(shì)
在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下,煉化企業(yè)紛紛從“油主化輔”轉(zhuǎn)向“化主油輔”。煉化一體化已從簡(jiǎn)單分散的一體化發(fā)展成為煉油與石油化工物料互供、能量資源和公用工程共享的綜合緊密的一體化,成為全球煉油企業(yè)優(yōu)化資源配置、降低投資和生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品附加值、加快轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高盈利水平的戰(zhàn)略選擇 。據(jù)測(cè)算,煉化一體化企業(yè)的產(chǎn)品附加值可提高 25%,節(jié)省建設(shè)投資 10% 以上,降低能耗約 15%。通過(guò)控?zé)捲龌⒂突⑴e等戰(zhàn)略,傳統(tǒng)煉油企業(yè)將由煉化向化工轉(zhuǎn)變,將在煉化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用 。
煉化一體化在中國(guó)集中新建的大型煉廠中得到了充分體現(xiàn),曾經(jīng)作為主要油品生產(chǎn)裝置的催化裂化(FCC)、加氫裂化和催化重整成為調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重要的手段,可以根據(jù)市場(chǎng)需求和乙烯裂解、烷基化等裝置提供原料,是煉廠實(shí)現(xiàn)煉化一體化、提高效益的重要途徑 。
2.1 清潔燃料生產(chǎn)技術(shù)
2.1.1 烯烴定向轉(zhuǎn)化(CCOC)技術(shù)
中石油圍繞國(guó)Ⅵ汽油質(zhì)量升級(jí)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān),研發(fā)了深度降烯烴的烯烴定向轉(zhuǎn)化(CCOC)工藝技術(shù)及配套烯烴催化劑,開(kāi)辟了新型降烯烴反應(yīng)模式,成功破解了降烯烴和保持辛烷值這一制約汽油清潔化的科學(xué)難題。在慶陽(yáng)石化、蘭州石化等企業(yè)已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,油品質(zhì)量滿足國(guó)Ⅵ?A 和國(guó)Ⅵ?B 車用汽油標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??通過(guò)對(duì)催化汽油不同餾程下的烯烴分布分析和可裂化性能評(píng)價(jià)研究,開(kāi)發(fā)了高烯烴催化汽油分子在催化劑上優(yōu)先吸附裂化反應(yīng)技術(shù),強(qiáng)化烯烴分子的動(dòng)力學(xué)反應(yīng),達(dá)到降低汽油烯烴的目的。
2.1.2 柴油吸附分離技術(shù)
由中石油昆侖工程公司與中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院共同開(kāi)發(fā)的柴油吸附分離技術(shù),在山東濱化濱陽(yáng)燃化有限公司 40×104??t?/?a 工業(yè)示范裝置成功應(yīng)用,標(biāo)志著首套柴油吸附分離技術(shù)工業(yè)應(yīng)用取得成功。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??實(shí)現(xiàn)了專有柴油餾分吸附分離工藝、專有高吸附容量吸附劑、吸附分離專利格柵裝備、吸附分離專用控制系統(tǒng)等 4 項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新,形成特色鮮明的油品分質(zhì)加工平臺(tái)級(jí)成套技術(shù)。
2.2 劣質(zhì)原油加工與高效轉(zhuǎn)化技術(shù)
2.2.1 最大化生產(chǎn)丙烯的催化裂化技術(shù)
由德希尼布美信達(dá)公司(TechnipFMC)開(kāi)發(fā)的最大化生產(chǎn)丙烯催化裂化(propylene?maximization?catalytic?cracking,PMCC)技術(shù)取得了較大的進(jìn)展。PMCC 工藝具有較強(qiáng)的靈活性和更高的丙烯產(chǎn)量,可用于處理較重的原料,該工藝的反應(yīng) - 再生系統(tǒng) 見(jiàn)圖 1。PMCC 工藝有 2 種反應(yīng)模式:模式①以獲得高丙烯和汽油產(chǎn)量為目標(biāo);模式②以生產(chǎn)高丙烯和乙烯為目標(biāo),但汽油產(chǎn)量相對(duì)較低。相對(duì)于提升管終止裝置,在操作過(guò)程中,通過(guò)改變反應(yīng)器內(nèi)的床層高度,可以很容易地切換操作方式。為增加丙烯產(chǎn)量,通過(guò)專有的“蘑菇分布器”提升管終止裝置,將烴類蒸汽很好地分布到反應(yīng)器床中,確保這些蒸汽在反應(yīng)器床中有足夠的停留時(shí)間,以進(jìn)一步裂解并促進(jìn)烯烴的產(chǎn)率,特別是丙烯和乙烯。單級(jí)或兩級(jí)再生取決于原料類型。對(duì)于康氏殘?zhí)迹–CR)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 3% 的蠟油,一般采用單級(jí)再生,兩段再生則主要用于高金屬含量的渣油原料 [7]。
在使用相同原料的條件下,PMCC 技術(shù)的丙烯收率比傳統(tǒng)多產(chǎn)丙烯催化裂化技術(shù)高 60% ~ 80%。在相同轉(zhuǎn)化率下,PMCC 工藝催化劑的丙烯選擇性更高。此外,PMCC 技術(shù)產(chǎn)生的焦炭更低,催化油漿更少。
與常規(guī)汽油 FCC 相比,該技術(shù)可為煉油企業(yè)帶來(lái)更高的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn),基于 2020 年?yáng)|南亞產(chǎn)品和原油定價(jià)進(jìn)行分析,相當(dāng)于模式①的 1 美元?/?bbl,模式②的 2.60 美元?/?bbl。采用 PMCC 技術(shù)的煉油廠每加工一單位原油的丙烯含量就可達(dá) 7%。該技術(shù)將成為煉化一體化的關(guān)鍵支柱之一。
2.2.2 劣質(zhì)重油高效催化裂解(RTC)技術(shù)
催化裂解是對(duì)重質(zhì)油進(jìn)行高溫催化裂解生產(chǎn)丙烯、乙烯等低碳烯烴,同時(shí)兼產(chǎn)高辛烷值汽油。該技術(shù)的最大痛點(diǎn)在于不可直接加工劣質(zhì)重油。2020年 9 月,中石化自主研發(fā)的劣質(zhì)重油高效催化裂解(RTC)宣布開(kāi)發(fā)成功,該技術(shù)以劣質(zhì)重油為原料生產(chǎn)丙烯、乙烯及高辛烷值汽油,破解了利用劣質(zhì)重油生產(chǎn)丙烯、乙烯的世界難題,與國(guó)內(nèi)外重油催化裂解(DCC)技術(shù)相比,RTC 技術(shù)具有更好乙烯、丙烯選擇性和更低焦炭選擇性 。
(1)?基于對(duì)催化裂解過(guò)程反應(yīng)化學(xué)、過(guò)程強(qiáng)化以及加氫渣油分子水平的新認(rèn)識(shí),開(kāi)發(fā)了獨(dú)特結(jié)構(gòu)、可控性優(yōu)異的反應(yīng)器,使得以往無(wú)法加工的劣質(zhì)重油得以從容加工。
RTC 技術(shù)的成功開(kāi)發(fā),不僅拓寬了石油化工行業(yè)生產(chǎn)烯烴的原料來(lái)源,而且還具有更好產(chǎn)品選擇性和產(chǎn)品性質(zhì),實(shí)現(xiàn)了重質(zhì)原油的高值化利用。與DCC 技術(shù)相比,RTC 技術(shù)不僅提高了液化氣產(chǎn)率,而且提升了液化氣中的丙烯濃度和干氣中的乙烯濃度,焦炭產(chǎn)率明顯降低,并同時(shí)改善了汽油性質(zhì)。
2.2.3 俄羅斯渣油加氫技術(shù)
俄羅斯原油(以下簡(jiǎn)稱俄油)屬于含硫中間基原油,雜質(zhì)含量較高,加工難度大。2020 年中石油自主研發(fā)的俄羅斯渣油加氫技術(shù)已在大連石化成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn),將為錦州石化、錦西石化和吉林石化等增煉俄油、轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有力技術(shù)支撐。
(1)?分析了俄羅斯渣油中硫、氮和瀝青質(zhì)等化合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)氮化物和稠環(huán)類化合物分子量偏高、高不飽和度雜原子化合物豐度高是造成俄油加氫脫氮率和殘?zhí)哭D(zhuǎn)化率低的原因,提出了強(qiáng)化脫氮催化劑加氫飽和性能實(shí)現(xiàn)深度脫氮、脫殘?zhí)康募夹g(shù)思路。
劑相互作用的調(diào)控方法,增加Ⅱ類加氫活性相的比例,優(yōu)化 B 酸?/?L 酸比例,提高了催化劑的加氫性能和抑制結(jié)焦能力,實(shí)現(xiàn)深度脫氮脫殘?zhí)己烷L(zhǎng)周期之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,各項(xiàng)產(chǎn)品性質(zhì)均滿足設(shè)計(jì)要求,催化劑壽命預(yù)計(jì)超過(guò)設(shè)計(jì)值 30%。(3)構(gòu)建俄羅斯渣油加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),定制開(kāi)發(fā)了俄羅斯渣油加氫提溫模型,實(shí)際溫度與預(yù)測(cè)值偏差小于 1%,精準(zhǔn)指導(dǎo)工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn),為裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行提供保障。
俄羅斯渣油加氫處理技術(shù)在大連石化已平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò) 12?200??h,超過(guò)設(shè)計(jì)運(yùn)行周期,催化劑活性和穩(wěn)定性性能優(yōu)異。對(duì)于原料 ω(S)≤ 0.30%、ω(N)≤ 2?300??μg?/?g、 ω(CCR)≤ 5.0%、 ω(Ni+V)≤?12.0??μg?/?g 的俄羅斯渣油,初期、中期、末期標(biāo)定結(jié)果表明,各項(xiàng)產(chǎn)品性質(zhì)均滿足或優(yōu)于產(chǎn)品指標(biāo)要求。
2.2.3 煤焦油沸騰床加氫裂化技術(shù)
2020 年 7 月,中國(guó)首套 50×104??t?/?a 中低溫煤焦油 STRONG 沸騰床加氫裂化裝置開(kāi)車成功 [9],裝置完全采用中石化自主研發(fā)的煤焦油 STRONG 沸騰床加氫技術(shù),可提高液體收率 15% 以上;同時(shí),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)微球型催化劑連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn),有利于中國(guó)煤焦油加氫行業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級(jí)。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??相比于傳統(tǒng)加工技術(shù),可提高液體收率 15%以上,同時(shí)大幅降低能耗。(2)該套裝置使用的FEC-10 微球型催化劑為全球首次實(shí)現(xiàn)微球型催劑連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn),攻克和解決了金屬脫除、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)加氫全轉(zhuǎn)化及裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行等難題,大幅提升了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 新型催化劑技術(shù)
2.3.1 催化裂化催化劑成套技術(shù)
2020 年 6 月,中油(長(zhǎng)汀)催化劑有限公司1.5×104??t?/?a 分子篩裝置打通全流程,生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。該公司采用中石油的催化裂化催化劑成套技術(shù),量產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的分子篩和催化劑產(chǎn)品,過(guò)程環(huán)保節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)性優(yōu)。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??集成了 1.5×104??t?/?a 高效節(jié)能分子篩制備工藝技術(shù)、中國(guó)最大成膠反應(yīng)釜(25??m3)技術(shù)、5×104??t?/?a噴霧干燥成型技術(shù)、靈活精準(zhǔn)混倉(cāng)調(diào)配技術(shù)、氨氮回收、污水處理、鹽回收等技術(shù),自主開(kāi)發(fā)建成了 5×104??t?/?a 大型化催化裂化催化劑成套生產(chǎn)裝置。
(2)首創(chuàng)環(huán)保型高性能系列分子篩合成和改性技術(shù),中國(guó)首次工業(yè)合成了結(jié)晶度高達(dá) 95% 的 NaY 分子篩,投料氧化鈉減少 30%,鹽類排放降低 15%;采用創(chuàng)新高效改性工藝,使改性元素全部定位于分子篩方鈉石籠,污染物降低 60% 以上,改性元素利用率大幅提高,在分子篩晶胞降低 0.1?? 的同時(shí),結(jié)晶度提高 5 個(gè)單位以上,活性提高 45%,解決了傳統(tǒng)分子篩低晶胞與高活性相互制約的技術(shù)瓶頸。
(3)開(kāi)發(fā)了新一代高性能催化劑制備技術(shù),采用新開(kāi)發(fā)的高性能分子篩,結(jié)合催化劑酸性與堆比優(yōu)化技術(shù),在分子篩含量降低 34% 的同時(shí),催化劑 17??h活性提高 20%,解決了低分子篩含量與高活性、大孔體積的矛盾。
2020 年 8 月,中石油自主研發(fā)的 PHK-101 催化劑在寧夏石化 40×104??t?/?a 航煤加氫裝置成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。該催化劑以脫硫、脫氮、改善油品安定性為主要目的,具有加氫活性高、催化劑成本低、開(kāi)工過(guò)程快速環(huán)保等特點(diǎn)。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??首次提出利用多元醇類助劑與磷元素的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制,在 TiO2-?Al2??O3 復(fù)合載體上構(gòu)建適宜堆積層數(shù)和晶片長(zhǎng)度的 MoS2 晶粒,提高硫化態(tài) Ni、Mo 表面原子濃度,催化劑脫氮活性提高 60% 以上,攻克了傳統(tǒng)航煤加氫催化劑低溫條件下脫氮活
性低、產(chǎn)品安定性差的難題。
2.3.3 GARDES-II 和 M-PHG 系列硫化態(tài)催化劑
免活化硫化態(tài)加氫催化劑與傳統(tǒng)的器內(nèi)硫化和載硫型器外預(yù)硫化技術(shù)相比,具有環(huán)境友
好、開(kāi)工時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)。中石油采 用 的 GARDES-II 及 M-PHG 系 列 硫 化 態(tài) 催 化劑分別在呼和浩特石化 120×104??t?/?a 及慶陽(yáng)石化100×104??t?/?a 催化汽油加氫裝置成功應(yīng)用,產(chǎn)品滿足國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn),硫含量<10??μg?/?g、烯烴體積分?jǐn)?shù)降幅>10%、辛烷值損失<1.5,同步實(shí)現(xiàn)了催化汽油深度脫硫、降烯烴和保持辛烷值,整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平 。
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹, 該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
(1)??將催化劑硫化過(guò)程與鈍化工藝有機(jī)耦合,在制備具有高加氫活性硫化態(tài)催化劑的同時(shí),創(chuàng)新性地利用硫化反應(yīng)產(chǎn)物的副反應(yīng),在硫化態(tài)催化劑表面適度積碳,絲狀炭可以部分覆蓋加氫活性超高的配位不飽和硫原子,又不會(huì)造成催化劑失活,實(shí)現(xiàn)硫化態(tài)催化劑加氫活性不降低,開(kāi)工和催化劑鈍化時(shí)間大幅縮短,運(yùn)輸裝填過(guò)程無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)的“三元一體”效果。
2.4 生物燃料生產(chǎn)技術(shù)
2.4.1 植物油轉(zhuǎn)化為柴油的 Ecofining? 技術(shù)
Ecofining? 是意大利埃尼集團(tuán)(Ente?Nazionale?ldrocarburi,ENI)開(kāi)發(fā)的將植物油轉(zhuǎn)化為柴油的新技術(shù) [11],該技術(shù)采用催化加氫技術(shù)將植物油轉(zhuǎn)化為綠色柴油,旨在減少燃料產(chǎn)生的溫室氣體排,產(chǎn)品十六烷值可達(dá) 80 左右,也可作為一種調(diào)和組分,提高現(xiàn)有柴油燃料的性能,擴(kuò)大柴油池的來(lái)源。
2.4.2 塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為柴油的新型催化劑
特種化學(xué)品公司科萊恩集團(tuán)研發(fā)的新一代加氫脫蠟催化劑 [12],通過(guò)與杜斯洛旗下研究所VUCHT 合作,已成功將塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的低凝點(diǎn)柴油。
為了應(yīng)對(duì)和適應(yīng)日趨嚴(yán)格的油品標(biāo)準(zhǔn)和不斷變化的油品結(jié)構(gòu),提高油品附加值、提高重質(zhì)?/?劣質(zhì)油資源的利用率、降低能耗、低碳環(huán)保和提高智能化水平等已成為煉油行業(yè)持續(xù)發(fā)展和提高盈利水平的主要舉措,也是煉油技術(shù)發(fā)展的主要方向 。
3.1 分子級(jí)加氫技術(shù)將助力清潔油品生產(chǎn)技術(shù)升級(jí)
為滿足原料和產(chǎn)品定位,實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)和智能煉廠對(duì)分子管理的需求,烴類的高效精準(zhǔn)分離及微尺度強(qiáng)化液相加氫技術(shù)將成為石油煉制主要的技術(shù)發(fā)展方向之一,也將在煉化轉(zhuǎn)型和煉化產(chǎn)品高端化生產(chǎn)方面發(fā)揮更大作用。烴類的高效精準(zhǔn)分離及微尺度強(qiáng)化液相加氫技術(shù)可降低煉油過(guò)程能耗,將為煉油向化工轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大技術(shù)基礎(chǔ),為煉化企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐,為煉化企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)分子水平的管理提供保障,也是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)、定制加工,最終實(shí)現(xiàn)智能煉廠的必然要求。
3.2 加氫路線將成為重油加工轉(zhuǎn)化的主流
(1)固定床渣油加氫處理技術(shù)仍將是渣油加氫的主流工藝技術(shù) ,未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是反應(yīng)器大型化,高效反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的催化劑,優(yōu)化催化劑級(jí)配組合,延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期;強(qiáng)化渣油固定床加氫與催化裂化深度組合工藝研究。
(2)沸騰床加氫技術(shù)在渣油轉(zhuǎn)化利用和油砂瀝青改制生產(chǎn)合成油和低硫船用燃料油生產(chǎn)方面將發(fā)揮重要作用,未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是工藝優(yōu)化增加裝置處理量和降低裝置投資;開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的催化劑;降低結(jié)焦和結(jié)垢,延遲裝置運(yùn)行周期;拓寬未轉(zhuǎn)化渣油的出路;開(kāi)展與焦化或脫瀝青或氣化技術(shù)組合工藝研究,提高轉(zhuǎn)化率。
3.3 智能煉廠技術(shù)將成為主導(dǎo)
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