重油悬浮床加氢技术

2014年6月重油悬浮床加氢技术开发报告人：李俊鸿18109928801一、技术开发背景二、国内外技术现状三、重油悬浮床加氢技术开发汇报内容丰富的重油资源：探明的非常规石油资源中，加拿大油砂沥青储量约2.5万亿桶，委内瑞拉超稠重油储量约1.2万亿桶，页岩油储量约2.6万亿桶，其储量远超常规石油资源。世界石油资源的API度与硫含量的变化趋势：2000年的平均硫含量含量和平均API度分别是1.14w%和32.5。2010年平均硫含量和平均API度达到1.19w%和32.4。预测在2030年，世界石油资源的平均硫含量和平均API度将达到1.55w%和31.2。一、技术开发背景世界原油生产重质化与劣质化的趋势：国内的克拉玛依风城稠油：年产量约400万吨，其常压渣油100℃的运动黏度为1950厘斯，酸值为6.15mgKOH/g，总金属含量超过300gg-1，氮含量为8600gg-1。进口的委内瑞拉稠油:近期每年的进口量将达到3000万吨；密度为1.0102g/cm3，硫含量4.08w%，酸值3.0mgKOH/g，镍+钒含量482gg-1，残炭20w%。一、技术开发背景我国的稠油状况：劣质重油加工工艺的对比：加工工艺重油催化裂化延迟焦化重油固定床加氢重油沸腾床加氢重油悬浮床加氢原料油性质残炭/w%8%没有限制1540没有限制总金属含量/g·g-120没有限制200400没有限制工艺条件反应温度/℃500~520495~505370~420400~450430~480反应压力/MPa~0.10.1~0.315~201510~20空速/hr-1--------0.2~0.50.2~0.80.7~1.0渣油转化率/w%--------10~3050~8070~90主要反应类别催化反应＋热反应热反应催化反应＋热反应热反应＋催化反应临氢热反应化学氢耗/w%001.0~1.51.8~3.01.8~3.0一、技术开发背景加工工艺重油催化裂化延迟焦化重油固定床加氢重油沸腾床加氢重油悬浮床加氢催化剂浓度高无高高低催化剂类型流化态无负载型负载型分散型技术难易程度中等低工艺设备简单容易操作复杂复杂技术的成熟性成熟成熟成熟较成熟开发中，基本成熟装置投资低低中等较高中等重油悬浮床加氢技术是解决劣质重油深度加工问题的有效途径之一劣质重油加工工艺的对比：一、技术开发背景意大利ENI公司的EST工艺，115万吨/年的重油悬浮床加氢装置预计2013年底建成投产。委内瑞拉Intevep与法国Axens合作开发的HDHPLUS－SHP工艺Chevron公司的VRSH工艺KBR和BP公司合作开发的VCC工艺UOP公司的Uniflex工艺Headwater公司的（HCAT/HC3）工艺中国的重油悬浮床加氢技术二、国内外技术现状国内外的重油悬浮床加氢技术：国外几种悬浮床技术对比：工艺名称ESTHDHPLUS-SHPVRSHUniflexVCCHCAT-HC3技术拥有商ENIPDVSA和AxensChevronUOPBP和KBRHeadwater装置规模万吨/年115200182015----反应温度/℃400~425440~470410~450435~470440~485420~480反应总压力/MPa1618~2014~211418~237~15空速/hr-10.30.4~0.7------------0.2~2二、国内外技术现状工艺名称ESTHDHPLUS-SHPVRSHUniflexVCCHCAT-HC3催化剂类型钼基天然矿物----铁基纳米分散催化剂天然矿物多羟基铁、钼有机金属化合物工艺路线未转化尾油循环一次通过----重VGO循环一次通过----单程转化率低85~92w%~100w%90w%95w%60~98w%未转化尾油收率2.5~3.8w%~10w%----~10w%~5w%----国外几种悬浮床技术对比：二、国内外技术现状中国石油大学与中石油合作开发的重油悬浮床加氢裂化技术：具有我国自主知识产权的重油加氢新技术分散型催化剂和环流反应器的开发，有力地促进了重油悬浮床工业化试验的进行。二、国内外技术现状三、重油悬浮床加氢技术开发催化剂的筛选与评定：第一代水溶性催化剂的筛选与评价、第二代油溶性催化剂的合成、筛选与评定，助剂的筛选与评价，助剂与催化剂以及原料油匹配性的考察。工艺条件的考察：反应温度、反应压力、体积空速、氢油体积比、催化剂与助剂的用量剂、工艺流程。反应器的工程化研究与放大。5万吨/年的重油悬浮床加氢裂化工业化试验，三个阶段的工业化试验。开展的研究工作：重油悬浮床加氢裂化水溶性催化剂的开发：催化剂硫化后具有较好的分散度，并保持较高的加氢抑焦活性。硫化态的催化剂需具备一定粒度，具有载焦功能，减少反应壁结焦。三、重油悬浮床加氢技术开发小试装置与中试装置运转结果的比较：项目克拉玛依常渣中东含硫常渣试验装置UPCHTIUPCHTI反应温度/℃450446450446反应压力/MPa11131113新鲜原料空速/hr-10.50.50.50.5C1~C4/w%4.141.476.805.11C5~180℃/w%16.010.216.910.45180~360℃/w%43.7241.7148.9140.15360~524℃/w%28.7831.6920.3630.69524℃/w%8.8914.8110.1815.21生焦量/w%0.850.420.340.12三、重油悬浮床加氢技术开发重油悬浮床加氢裂化助剂的开发：1502002503003504004501.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9CSPtemperature/℃加入助剂未加助剂123402468DiameterofasphalteneofLGAR/nmLGARwithCA未加助剂加入助剂加入助剂未加助剂助剂改善催化剂分散状态提高体系容焦能力减小沥青质粒度增强体系胶体稳定性三、重油悬浮床加氢技术开发重油悬浮床加氢裂化助剂的作用效果:原料克拉玛依常渣催化剂类型水溶性催化剂水溶性催化剂＋助剂试验方案新鲜原料一次通过新鲜原料一次通过反应温度/℃450450反应压力/MPa1111新鲜原料空速/hr-11.01.0C1~C4/w%4.53.4C5~180℃/w%15.611.6180~360℃/w%34.833.8360~524℃/w%29.034.5524℃/w%16.116.7三、重油悬浮床加氢技术开发重油悬浮床加氢裂化助剂的作用效果:原料克拉玛依常渣催化剂类型水溶性催化剂水溶性催化剂＋助剂导流筒外壁结焦量/g24.610.3导流筒内壁结焦量/g24.112.0反应器内壁结焦量/g238.518.3反应器底部沉积焦量/g27.40.0三、重油悬浮床加氢技术开发H-Oil反应器对重油悬浮床加氢裂化工艺的可行性考察：美国HTI中试装置的反应器结构形式HTI中试装置反应器的基本参数参数数据总高度24英尺（7.315m）有效高度18英尺（5.486m）内径8.5英寸（0.216m）有效体积0.212m3长径比25.4三、重油悬浮床加氢技术开发HTI中试装置的反应器连续运转11天后，反应器底部严重结焦，主要原因是反应器内表观液速仅为2~3厘米/秒。H-Oil反应器对重油悬浮床加氢裂化工艺的可行性考察：三、重油悬浮床加氢技术开发重油悬浮床加氢裂化环流反应器的开发：小试装置的环流下排料反应器结构形式小试装置的空筒下排料反应器结构形式三、重油悬浮床加氢技术开发小试装置的环流上下排料反应器内结焦状况：小试装置的空筒上下排料反应器内结焦状况：对于这两种类型的反应器而言，采用同样的操作条件下，空筒反应器内的结焦量要高于环流反应器，而且焦炭主要沉积在反应器底部。三、重油悬浮床加氢技术开发工业试验装置的环流反应器内结焦状况：反应器底部导流筒内壁反应器内壁三、重油悬浮床加氢技术开发环流反应器的冷模研究：采用空气-水体系，在Φ0.14*1.3m、Φ0.23*1.5m、Φ0.28*3.5m、Φ0.47*4m、Φ1.2*5m常压塔内进行了流体力学研究。采用氮气-煤油体系，在Φ0.14*1.3m高压塔内进行了流体力学研究。反应器实验装置三、重油悬浮床加氢技术开发环流反应器的计算流体力学（CFD）研究：环流反应器CFD模拟模型选择欧拉两相流k-ε湍流模型模拟反应器流体相互作用力只考虑曳力5mm10mm30mm50mm网格独立性验证数值模拟能够有效的模拟环流反应器内部流场及气含率的分布三、重油悬浮床加氢技术开发CFD模拟结果——液体填装高度1.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.52224262830323436384042444648平均环流液速mm/s空塔气速cm/s-30cm-15cm0cm15cm不同液体填装高度时的环流液速3cm/s4cm/s5cm/s6cm/s7cm/s8cm/s低于导流筒15cm时的液相体积分率分布云图空塔气速增大，环流液速增大趋势大于空塔气速的流速，填装高度越高流速越大。当空塔气速大于5cm/s时才能形成环流三、重油悬浮床加氢技术开发CFD模拟结果——气体密度液相体积分率云图不同密度下的液相液速改变气体密度对流场以及气含率影响较小0.05321kg/m30.5321kg/m31.5321kg/m32.5321kg/m3-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.10.20.30.40.50.60.7气含率径向位置m0.05321kg/m30.5321kg/m31.5321kg/m32.5321kg/m3-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.51.01.52.0液相流速m/s径向位置m0.05321kg/m30.05321kg/m30.05321kg/m30.05321kg/m3不同密度下的气含率三、重油悬浮床加氢技术开发CFD模拟结果——液体密度不同密度下的环流液速不同密度对液相流速没有影响；不同密度对侧隙气含率有较大的影响，其密度越小侧隙气含率越高。不同密度下的气含率-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.10.20.30.40.50.60.7气含率径向位置m636.9154kg/m3736.9154kg/m3836.9154kg/m3-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.51.01.52.0液相流速m/s径向位置m636.9154kg/m3736.9154kg/m3836.9154kg/m3三、重油悬浮床加氢技术开发CFD模拟结果——液相粘度粘度增大，整体气含率增大，液相体积分率减少；粘度增大，阻力增大，液体流速减小，气含率增大。液相体积分率云图不同粘度下的气含率不同粘度下的流速0.0087kg/m-s0.00187kg/m-s0.00287kg/m-s0.00387kg/m-s-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.51.01.52.02.53.0液相流速m/s径向位置m0.00387kg/m-s0.00287kg/m-s0.00187kg/m-s0.00087kg/m-s-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.10.20.30.40.50.60.7气含率径向位置m0.00087kg/m-s0.00087kg/m-s0.00087kg/m-s0.00087kg/m-s-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.80.00.51.01.52.02.53.0液相流速m/s径向位置m0.00387kg/m-s0.00287kg/m-s0.00187kg/m-s0.00087kg/m-s三、重油悬浮床加氢技术开发CFD模拟结果——气泡直径气泡直径越小，整体气含率增大，扩散系数增大，利于反应；但气泡直径越小，能耗