炼厂重油加工技术评述(延迟焦化部分)

炼厂渣油改质升级炼厂重油加工技术评述(延迟焦化部分)（RefineryResidueUpgrading）(内部资料，勿外传及公开引用)炼厂渣油改质升级目录摘要1引言2结论3概述工业现状技术现状经济方面4工业状况商业方面供需预测法规市场技术方面已建生产能力北美北美以外地区新生产能力5一般工艺评述渣油渣油特征沥青质软沥青溶度参数热解反应模拟升级工艺去碳加氢高级工艺工艺选择6延迟焦化工艺评述焦化化学中间相焦形成机理焦结构分析炉管沉积原料产品特征燃料焦阳极焦针焦炼厂渣油改质升级弹丸焦焦化炉液体产品预测焦收率和性质操作变量压力和循环循环时间装置说明焦化工段分馏塔和气体装置工段排焦过程泄料系统焦处理系统焦煅烧设计考虑因素焦化炉输送管路和切换阀焦化塔焦切割分馏塔泄料系统废料注入工艺说明工段100——焦化工段200——分馏塔和气体装置工艺讨论原料收率焦特征焦化工段分馏塔/气体装置工段扩能成本估算投资费用生产成本盈利性附录工艺流程图炼厂渣油改质升级摘要炼厂重油加工技术评述炼厂渣油是原油经过炼制蒸出馏份油后剩下来的烃油。由于它们的主要用途即燃料油的需求持续下降，现代炼厂中渣油改质升级工艺的重要性日显增加。同时，由于对车用燃料的需求不断增长，可以预期，在下两个十年期间这种需求仍会增长。这些用量上呈现的增长趋势，结合对清洁低硫燃油的需求日益增加，保证了对渣油进行改质、升级工艺的需求的继续。为了完成对炼厂渣油的升级，必须除去其中所含的金属、硫、残碳和氮，并将高沸点化合物转化为沸点较低的产物。焦化、渣油流化床催化裂化（RFCC）和加氢裂化是三种主要的渣油转化工艺。渣油气化和溶剂抽提也是重要工艺，也进行了评估。组合工艺愈加有吸引力，已经大量应用。本报告着重于延迟焦化、加氢裂化和渣油流化床催化裂化在车用燃料调和组分生产中的进展。因为组合工艺复杂，本报告将分别确定各工艺的经济性。对于美国海湾地区1998年中期的建设情况，总固定资产投资按下列次序增加：延迟焦化RFCC渣油加氢裂化。装置的可获利能力与产品价值密切相关。三种工艺中每一种工艺的投资回报率（ROI）基于1998年中期的产品和原料价值（原油价约为14美元/桶）处于10%/年至23%/年之间。基于1999年11月的价值（原油约为25美元/桶），投资回报率增加至30-38%/年之间。炼厂渣油改质升级1引言返回目录炼厂渣油是原油经过提炼蒸出馏份油以后留下的烃油。渣油在炼厂中作为燃料、转化为较轻的产品、调和沥青或与较轻的油混合以改进渣油的流动性能、或作为重质燃料油出售。渣油的利用取决于当地的市场需求、炼厂工艺的生产能力和可利用渣油的数量。重质燃油在炼厂中是不希望增加的产品。随着车用燃料需求持续不断的增加和可供原油质量的下降，渣油升级改质的重要性因而增长。炼制产品的需求趋势、产品指标、环境保护关注重点和原油的供应和质量，都表现出它们会持续正面影响渣油改质升级的长期经济性。焦化、渣油流化床催化裂化（RFCC）和加氢裂化是三种主要的工业化渣油升级改质工艺。虽然，延迟焦化是最老的工艺，但是该工艺在过去十年间的进展，使它在转化最重的高硫和高金属含量（一般金属含量大于160－200ppm原料固定床渣油加氢工艺不适宜使用）渣油成为有价值产品中保持着技术和经济上的优势。同时，不断的研究和开发成果正在改善RFCC和加氢裂化的催化剂和装置的设计。目前感兴趣的其它渣油工艺包括加氢处理、溶剂抽提或脱沥青和渣油气化。将后几种工艺中的一种与上述转化工艺中的一种结合起来，这种组合工艺可以使炼厂经济性得到较单一转化工艺有较大的改进。本报告评述了选择的渣油升级工艺在技术和经济性上的近期进展，主要为车用燃料调合组分和石油化工原料，重点放在延迟焦化、加氢裂化和RFCC。还评述了渣油气化和溶剂脱沥青（SDA）。评估用的4万桶/开工日延迟焦化装置（相当220万吨/a*）和3万桶/开工日加氢裂化装置中的原料是由阿拉伯轻油和阿拉伯重油混合物蒸馏过的减压渣油。566＋C初溜点渣油重度为3.4API（美国石油学会），硫含量为5.25%重量百分。4万桶/开工日的渣油FCC装置使用常压柴油评估，常压柴油取自阿拉伯轻质原油，API重度为17.9，硫含量为3.0%重量百分。*装置能力1b/cd和万吨/a的转换系数：原油蒸馏、FCC、加氢裂化采用50，加氢处理（含加氢精制）为47，焦化、沥青为55，热加工、润滑油为53，催化重整、烷基化、异构化、含氧化合物为43。炼厂渣油改质升级2结论返回目录根据专利和文献评述，结合本报告技术和经济分析，我们作出的结论如下：1、对渣油转化装置和更好的渣油转化工艺的重油加工需求将持续不断。这种需求受重质燃油的需求持续减少、车用燃料需求持续增加和受重质原油的产量相对于轻质原油逐渐增加等诸多因素所驱动。再者，人们要求汽油和较重产品的硫和芳烃含量要低于目前市场产品。2、焦化、重油催化裂化（RFCC）和渣油加氢裂化继续是渣油转化用的主要工艺。所有这三种工艺都有增长。延迟焦化工艺的生产能力增长最快。由于燃料焦的需求不足和要求催化工艺具有更好的产品结构上的柔性，加氢裂化和RFCC的生产能力也加速增长。由于解除了对电力工业的管制，渣油气化成合成气、生产氢气、及一体化气化综合循环发电（IGCC）已变得愈来愈有吸引力。3、愈来愈多地使用组合工艺，诸如渣油加氢脱硫与延迟焦化加腊油/渣油裂化结合，使液体和气体产品最大化而使焦最小化，特别是在高生产能力的应用中。4、工艺的选择取决于当地对产品和电力的需求、当地的环境条例、炼厂柔性的考虑（原油质量的变化）和成本等。每种工艺都有一定的特点和适用范围，原料质量是最需要考虑的因素，工艺评价和选择不能一刀切和绝对化。5、在美国海湾地区设计的4万桶新鲜原料/开工日装置在1998年中期的总固定资产投资按如下次序增加：延迟焦化（16410万美元）RFCC（21100万美元）渣油加氢裂化（34900万美元）。6、可获利能力与产品需求密切相关。基于1998年中期较低产品价格（原油价为14美元/桶左右）时，延迟焦化的税前投资回报率（ROI）为23%/年，RFCC为23%/年，渣油加氢裂化较差为6-8%/年。基于1999年11月价格时（原油价格约为25美元/桶），加氢裂化和RFCC的投资回报率（ROI）提高最多，延迟焦化达33%/年，RFCC提高至38%/年，和加氢裂化达27-30%/年。7、随着催化剂的研究和开发，已经生产出改进的RFCC和加氢裂化催化剂。在催化工艺的收率、选择性、和经济性方面作出重大改进的机会仍然存在。渣油加氢裂化的二大主要优点就是在低反应压力下使用的便宜、高效的脱金属催化剂，和也在低压下操作的高活性、长寿命加氢裂化催化剂。炼厂渣油改质升级3概述返回目录炼厂渣油是原油经炼制蒸馏出挥发性物质后残留下来的烃油。重油产物包括常压和减压渣油、重质循环油、焦油、沥青及石油沥青。高初溜点、高密度（低API重度）和高粘度表征了重油产品和渣油的特征。渣油杂原子浓度（即硫、氮和金属）通常高于馏份油或较轻的低硫原油。渣油在物理上可以视为高芳烃含量的沥青质和高分子量树脂（极性）胶束在由芳烃、树脂、和饱和化合物组成的高分子量芳烃溶剂混合物（软沥青）中的胶体混合物。分子中的环数目、取代基的数目和长度和分子中的不饱和程度以及由此而来的分子量分布的变化非常宽广。重质渣油的化学组成取决于原始原油、来源和渣油的加工历史。为了升级炼厂渣油，必须除去金属、硫、残碳、和氮，同时将高沸点组分转化为有利用价值的沸点较低的产品。本报告将分别评估三种主要转换工艺的经济性——延迟焦化、渣油加氢裂化、和RFCC。渣油气化和溶剂脱沥青只作简要评述，对于它们的经济性不作展开评价。工业现状重油和炼厂渣油改质升级中的发展取决于原油和重质燃油的供需趋势、环境条例、和市场所需产品的质量。有资料预言，全球对于原油的需求从2000至2010年将以2%/年的速度增加。在产品方面，中间馏份和柴油的需求预计将分别以2.6%/年和2.4%/年的速度增长。但是，对于渣油燃料油的需求，即渣油的传统市场，将以十年为周期以1.3%/年的速度下降。对加工重油和渣油的升级技术的需求日益增加，也许至2010年仍会继续。这种趋势背后的附加动力包括改进后的工艺、炼油商在投资重油工艺时商务上的合伙关系、对炼厂和燃料的环境条款、对电力市场管制条例的解除、和渣油对炼厂利润的影响日益增加。鉴于渣油升级的工艺经济性在很大程度上是原料特定和地点特定的，也许会使用几种转换工艺，在大型炼厂中需使用组合的工艺。新千年开始之时，炼油业面临的最重要和最捉摸不透的问题也许是，5到10年内将对汽车和轻型卡车实行什么样的燃料要求，特别是有关硫含量和含氧化合物使用的要求。北美和欧洲建议在2004-2005年间的汽油硫含量最大为30ppm（均从150-300ppm降下来，除了加尼福利亚以外，它有更加严格的标准）。在欧洲，建议的柴油硫含量为50ppm。全球的焦化能力在过去15年中增加了70%以上。全球755家炼厂中约有17%拥有焦化装置，美国的炼厂中有35%拥有焦化装置。全球焦化原料的生产能力，55%在美国，其中70%是延迟焦化生产。全球所有类型的焦化生产能力在1999年1月1日估计达3600万桶/日历日。焦化炼厂典型地比其它炼厂复杂；至少有80%拥有催化裂化装置，90%的炼厂对某些产品进行加氢处理。约有25%的北美炼厂也拥有加氢裂化装置，通常用来裂解腊油，约有半数的北美焦化炼厂拥有加氢裂化装置。全球馏份油和渣油用加氢加工（加氢处理和加氢裂化）生产能力在1990年代后半期间约以2.2%/年的速率增长，预计至2000年达到350万桶/日。同一时期的渣油生产能力仍持续强劲地以5.4%/年速率增长，总计达225万桶/日。在2000年，渣油的加氢加工能力等于馏份油和渣油总生产能力的39%。在渣油加氢处理技术中，自动更换催化剂体系能使金属含量较高的油品进行经济性加工。全球20家炼厂中的渣油加氢裂化能力总计达589000桶/日历日。渣油的加氢裂化通常在较为复合型的炼厂中可以找到。1997年在全球，已经设计出估计有26种流化床催化裂化装置（FCCs）以专门裂解各种渣油原料。RFCC的生产能力超过180万桶/日。约有此生产能力2到3倍之多的FCC装置，总计约为世界FCC生产能力的25%，与粗柴油一起裂解某些渣油。大多数新FCC装置正设计成至少能加工一定量的渣油。电力市场解除管制和改进的技术使重质渣油和石油焦在热电联供上的应用得以复苏，它们是通过与气化为合成气工艺一体化进行的。炼厂渣油改质升级技术现状渣油炼制的趋势就是使用组合工艺，使液态和气态产品最大化而使焦最小化。延迟焦化以后进行加氢裂化就是一个例子。由于组合工艺的复杂性，本报告集中在三种主要转换工艺—延迟焦化、渣油加氢裂化和RFCC上，并将它们作为单一工艺处理。焦化保持着它作为主导性渣油转化工艺的作用，工艺可以处理非常重、杂原子含量高的原料。焦化工艺和设备上的改进是革命性的。在延迟焦化中，循环时间正从24小时减少至18小时或甚至更少，因此扩大了现有焦化塔的生产能力（虽然以潜在牺牲焦化塔使用寿命为代价）。焦化塔排焦时开盖、关盖、和冷却步骤实现了自动化改进了安全性并帮助缩短了循环周期。在较新的设计中，焦化在较低压力（15磅/平方英寸表压）下操作，重油只作内部或自然的循环，液体收率增加，焦收率最小化。用轻质馏份取代重油进行循环，可以减少焦收率，并能延长二次检修保养间的运行时间。较新双-燃烧炉的炉型设计和在冶金学上改进的炉管使焦化炉的炉面能承受更高的温度。最大的延迟焦化装置尺寸自1990年代初期以来已经增大：目前，典型的最大直径为27-28英尺，29英尺的焦化塔正在运作中，30英尺直径的焦化塔正在设计中。流化焦化在工艺和设备上也有不断的改进，这种改进已经延长了现有装置二次检修之间的运行时间。在加氢处理方面，原料的柔性是当前的重点。自动催化剂更换体系使装置可以加工金属含量高的油料。Chevron的OCR，壳牌的HYCON料仓体系，和IFP（InstitutFrancaisduPétr