摘要：随着原油劣质化趋势的加剧及环保法规的⽇益严格，渣油加氢技术已成为炼⼚提⾼轻油收率的关键技术。本⽂针对固定床和沸腾床两种主流渣油加氢技术，⽐较了固定床和沸腾床渣油加氢技术的优势和不⾜，重点分析了国外固定床和沸腾床渣油加氢技术的研究进展，探讨了未来的发展趋势。固定床加氢技术最成熟，在可预见的未来仍将占据渣油加氢的主导地位；沸腾床加氢技术⽇趋成熟，代表未来渣油加氢的发展⽅向。渣油加氢技术与其它重油加⼯⼯艺进⾏优化集成，将会显著提⾼炼⼚的经济效益。
关键词：渣油加氢；固定床；沸腾床；加氢处理；加氢裂化
全球常规⽯油资源储量约 3×1012～4×1012 bbl，⽽⾮常规⽯油资源，包括重油、超重油和油砂沥青的储量接近 8×1012 bbl。随着世界重油开采量的逐年增加，国际市场重质/超重质劣质原油供应越来越多，优质轻质原油和劣质重质原油差价进⼀步拉⼤，市场对轻质油品需求的不断增加以及环保要求的⽇益严格，渣油的⾼效转化和清洁利⽤成为世界炼油⼯业关注的焦点。渣油加氢是解决重油深加⼯最合理也是最有效的⽅法。
渣油加氢技术分四⼤类，即固定床、沸腾床（⼜称膨胀床）、移动床和悬浮床（⼜称浆态床）渣油加氢，已⼯业化的有固定床、沸腾床和移动床三种。⽬前渣油加氢能⼒约为 281 万桶/⽇，占到全球渣油加⼯能⼒的17%。其中，固定床加氢⼯艺技术最成熟，发展最快，装置最多，加⼯能⼒约占82%；沸腾床 加氢技术发展迅速，不断得到推⼴应⽤；移动床加氢技术⽬前主要⽤作固定床的预处理系统，暂不作为渣油加氢的有效⼿段。
1、固定床渣油加氢技术
固定床渣油加氢技术在20世纪60年代就已经⽐较成熟，得到⼤量的⼯业应⽤，⽬前全世界约有70套⼯业装置，总加⼯能⼒达到123.255 Mt/a。国外典型的固定床渣油加氢技术有美国CLG公司的RDS/VRDS⼯艺和UOP公司的RCD Unionfining⼯艺以及法国IFP公司的Hyval⼯艺等。CLG公司是由Chevron与ABB Lummus Golabl共同组建的⼀家技术公司，采⽤CLG专利技术的渣油加氢能⼒占全球的50%以上。UOP公司是世界上最早拥有渣油加氢技术的专利技术公司，其渣油加氢⼯艺占全球渣油加氢市场30%以上的份额，具有很成熟的技术和经验。IFP公司的可在线切换反应器（PRS）专利技术能够降低反应压降、延长运⾏周期、减少催化剂装填量。表1为上述三家公司的⼯艺技术情况。 表1 渣油加氢⼯艺技术对⽐
项⽬CLG公司UOP公司IFP公司
操作参数反应器⼊⼝压⼒/MPa18.92/19.3218.5/19.118.9
加权平均床层温度/℃387/404383/404370/415
总空速/h-10.190.1870.192
运⾏时间/d333333333
产品分布，m%⽯脑油 2.33/2.992/4.21 1.5/2.16
柴油12.48/15.548.75/12.2511.53/15.14
渣油82.06/77.5186/79.3483.5/78.62
化学氢耗 1.56/1.70 1.47/1.67 1.45/1.55五氟化锑
产品质量相对密度0.9417/0.94110.925/0.9250.939/0.937
Ni+V/(µg·g-1） 6.3/14.78/1510/13
S/(µg·g-1）0.286/0.2950.3/0.30.28/0.29
N/(µg·g-1）2110/22802200/20001700/2000
残炭，% 5.0/5.0 4.4/5.0 4.8/5.0
saw1注：表中有两组数据的项⽬分别表⽰运⾏初期和末期。
1.1 固定床渣油加氢技术的优势和不⾜
固定床渣油加氢技术的优点是⼯艺成熟，产品收率⾼、质量好，脱硫率可以达到90%以上，⼯艺和设备结构简单，投资费⽤少，操作稳定。固定床渣油加氢装置可以加⼯世界上⼤多数含硫原油和⾼硫原油的渣油，主要对残炭和⾦属含量有严格的要求，⽽对硫含量和氮含量的要求相对不太严格。
固定床渣油加氢技术主要⽤于催化裂化原料的加氢预处理，虽然转化率可以达到35%～45%，但由于要兼顾脱硫、脱残炭、脱⾦属和芳烃饱和的需要，所以⼀般转化率只有15%～20%。此外，固定床渣油加氢技术还有两⼤缺陷：
蜜春堂
（1）在劣质原料加⼯⽅⾯有⼀定的局限性，为保证装置的运转周期，通常需要控制原料油的总⾦属含量⼩于150
µg/g，残炭⼩于15%，沥青质含量⼩于5%。在处理⾼⾦属和⾼胶质、沥青质含量的原料时，催化剂结焦和失活较快，床层易被焦炭和⾦属有机物堵塞，产⽣压降和热点。同时，固定床渣油加氢装置很难将⾼硫渣油的含硫质量分数降⾄100～200 µg/g（催化裂化装置需要⽣产含硫质量分数⼩于10×10-6的清洁汽油组分）；
（2）催化剂⽤量很⼤，催化剂使⽤寿命短，⽆法及时更换催化剂，空速很低，运转周期较短（⼀般在12～15个⽉），所以⼯业应⽤的局限性很⼤。
1.2 国外固定床渣油加氢技术研究进展
近年来，国外炼油技术开发机构在固定床渣油加氢技术的研发⽅⾯取得了⼀些新进展：
（1）在⼯艺上的进展
固定床反应器前加上UFR和PRS保护反应器技术，是固定床渣油加氢技术的重要进展。由于固定床加氢反应器的第⼀个床层容易堵塞，产⽣压⼒降，影响装置操作周期，为了克服固定床对原料要求较⾼的缺点，通常会在主反应器前加设PRS可切除、可切换保护反应器或上流式反应器（UFR，Up Flow Reactor）。CLG公司的UFR⼯艺和IFP公司的Hyval ⼯艺提⾼了固定床对原料的适应性，可加⼯杂质含量较⾼的原料油，⼤⼤延长了操作周期。UFR⼯艺是⼀种上流式固定床加氢技术，反应物流⾃下⽽上，使催化剂床层轻微膨胀，从⽽解决了常规固定床反应器初末期压⼒降变化⼤的问
题，2000 年⾸次实现⼯业化。⽬前采⽤UFR技术的⼯业装置有3套，总加⼯能⼒达19.35 Mt/a。Hyval⼯艺（见图1）采⽤⼀个互换式保护反应器系统（PRS，Permutable Reactor System），可以处理⾦属含量达350 µg/g的原料油。两台带有连锁装置的保护反应器可以轮换操作并可以快速装卸催化剂。
通过特殊的⾼压切换阀，可以使这两个保护反应器在装置运转中变换操作⽅式，如单独、串联（或并联）使⽤。当⼀台保护反应器内的催化剂失活后，可在运转中切换⾄另⼀台保护反应器，⽽装置⽆需停⼯。韩国双龙炼油⼚的渣油加氢装置是最早、也是最具代表性的采⽤PRS技术的渣油加氢装置，该技术可加⼯100%减压渣油，装置已成功运⾏10余年，并且进⾏过超过10次的催化剂切换⼯况。⽬前有7套采⽤Hyvahl技术的⼯业装置在运转，处理量为18.50 Mt/a，还有三套装置在设计建设中，规模约为4.0 Mt/a。
图1 Hyvahl⼯艺流程图
UOP公司的固定床加氢技术在保护反应器与主反应器之间增设旁路，如图2所⽰，旁路上的阀门可以控制保护反应器的流量，确保其温度⾼于脆化温度。UOP公司对⾼杂质含量原料的固定床加氢处理技术使⽤两床层保护反应器；其内部⽓体旁路（如图3所⽰），可最⼤限度利⽤保护床层的催化剂、最⼤限度减⼩压⼒降的增加；与保护反应器催化剂替换系统相⽐更有效，且更具有经济性。
图2 带旁路的保护反应器⽰意图3 ⾼杂质含量原料的保护反应器⽰意
图2 带旁路的保护反应器⽰意图3 ⾼杂质含量原料的保护反应器⽰意
（2）在⼯程上的进展
移动式卫生间
⼀是发展催化剂级配装填技术和密相装填技术。为提⾼催化剂的利⽤率和床层空隙率，同时降低床层的压降，Chevron 公司、Albemarle公司、荷兰Topsøe公司开发了专利催化剂级配装填技术。根据催化剂的物理形状、⼤⼩和催化反应功能的不同，顺序装填顶层催化剂，以解决顶层堵塞问题。Topsøe公司的催化剂级配技术使得炼油⼚在采⽤⾼活性加氢处理催化剂时不会因压降问题导致过早停⼯。Topsøe公司设计了⼤约20种床层级配材料，⽬的是增加催化剂床层上部各层的空隙体积。表2是Haldor Topsøe典型的催化剂床层级配⽅案。在该体系中，原料油中颗粒较⼤的杂质在⼤空隙率的顶床层中沉积，⽽颗粒较⼩的杂质分散于其下⾯的床层中。这使得催化剂床层堵塞和压降升⾼的可能性降⾄最低。Haldor Topsøe的催化剂级配技术已⽤于全球数百套加氢处理装置。IFP公司开发了CatapacTM催化剂密相装填技术。Catapac技术主要通过轻型的⾼速装填机来确保催化剂的安全快速装填。采⽤Catapac技术可使催化剂均匀分布于整个床层。对于给定的反应器容积，Catapac技术能够将催化剂的装填量提⾼20%，与传统密相装填技术相⽐，Catapac装填⽅法较为温和，能够减少催化剂的断裂和粉碎。Catapac技术的应⽤已超过500次，催化剂装填总量超过1万吨。
表2 HALDOR TOPSØE的典型催化剂床层级配⽅案
空隙率活性孔径
顶层：TK-1055%⽆⾮常⼤
第⼆层：TK-711环型（0.48 cm）53%低⼤
底层：TK-511环型（0.32 cm）53%中中
主催化剂：TK-573三叶草型（0.13 cm）45%⾼⼩
⼆是在装置⼤型化上取得重要进展。CLG公司将在科威特国家⽯油公司建设世界上最⼤的三套渣油加氢处理装置，每套装置能⼒达到11 万桶/天。这三套装置将采⽤UFR技术。每套装置采⽤两个反应器，共⽤⼀个分馏装置。相当于单个反应器的能⼒达到5.5 万桶/天[15]。出于投资⽅⾯的考虑，单系列最⼤加⼯能⼒是各国外专利商的追求⽬标。单系列最⼤处理能⼒取决于⼯艺流程设置、⾼压静设备机加⼯⽔平和装置能耗指标。CLG公司采⽤炉前混氢两相流换热流程，反应进料加热炉采⽤两路对称⾃然分配⽅案。由于加热炉炉管压降的限制，单系列最⼤处理能⼒为2.4～2.5 Mt/a。在处理量较⼤的装置中，UOP公司采⽤单相换热、混相反应进料加热炉，各炉管流量靠调节阀调节，炉管可采⽤四路，因⽽解决了炉管压降过⾼的问题，其单系列最⾼处理量为2.8～3.0 Mt/a，但UOP公司的⽅案增加了⾼压换热器的台位数和总⾯积。
三是Genoil公司开发加氢转化改质（GHU）技术。GHU技术克服了传统固定床反应器传质和传热不充分的缺点，使⽤专利混合设备使烃原料与氢⽓混合，实现较低温度和压⼒下的⾼转化率。CHU⼯艺使⽤固定床反应器，缓和操作条件，其操作费⽤低于其他加氢转化⼯艺。该技术已经进⾏⼯业演⽰。在
加拿⼤Alberta省Genoil重油改质装置的试验结果已达到⽣产合成原油的要求。试运转结果表明，脱硫率达到91.6%，脱氮率达到45.9%，脱⾦属率达到86.4%。
四是固定床内构件⼊⼝扩散器、⽓液分配盘、积垢篮筐、冷氢箱、出⼝收集器、催化剂⽀撑和液体再分配盘等技术不断完善。国外各⼤⽯油公司最近⼏年在加氢反应器内构件的研究改进和完善⽅⾯都取得了⼀些重要进展。Shell公司开发的加氢反应器内构件可提⾼装置处理能⼒30％～40％，⾼效HD分配盘使反应器床层顶部物流分布均匀性由10％～20％提⾼到80％；超平流挡板（UFQ）占⽤空间⼩，使反应温度分布更均匀。Shell反应器内构件⽬前已⽤于350多套新建或改造的炼油装置。Topsøe公司加氢反应器内构件可使反应器顶部床层温差控制在＜±5 °F，急冷段下游床层⼊⼝处径向温差＜±1 °F。Topsøe公司的反应器内构件已⽤于全球240套以上的加氢装置。UOP公司开发了UltraMixTM加氢反应器内构件。UltraMixTM降低了床层径向温差、降低了对床层⽔平度的要求、保证⽓/液分布均匀、减少零部件数量、⽅便维修、改善急冷混合状况、降低内构件⾼度及提⾼催化剂利⽤率和装填量；床层径向温差可控制在＜3 ℃，馏分油收率提⾼2％。⽬前已⽤于300多套⼯业装置。CLG公司开发了新型ISOMIX®系列反应器内构件，采⽤设计独特的混合箱，可使催化剂床层之间的物料更加完全地混合、急冷和平衡，防⽌温度或者浓度分布不均，⾼效喷嘴可在催化剂表⾯形成更加均⼀的⽓液分布，在⽓-液喷雾状态良好的条件下，催化剂达到完全浸湿所需的床层厚度有所减⼩，催化剂利⽤率提⾼。
（3）在催化剂上的进展
近年来，固定床渣油加氢技术围绕催化剂改进、新型催化剂开发等开展了系列研究，催化剂的活性和稳定性不断提⾼，催化剂的制造成本不断降低。开发新型固定床渣油加氢催化剂⽐较成功的⾸推CLG公司，该公司的HDM催化剂在⼯业装置运转末期，⾦属容量可达100％以上。除CLG公司外，其他如IFP、Albemarle、Haldor Topsøe和Criterion等公司也开发了⼀系列渣油加氢催化剂。
据了解，CLG公司的降成本新催化剂改进技术已经获得⼯业应⽤[9]。ICRl61是最新的脱⾦属催化剂，具有较⾼的脱⾦属活性和抗⾦属污染能⼒，适于FCC预处理⼯艺，可有效地对沥青质及其他⽣焦物质进⾏裂化，因此可改善RFCC催化剂性能。ICRl67是⼀种新型过渡催化剂，抗⾦属污染能⼒较强，⽐常规脱⾦属催化剂具有更好的脱硫和脱康⽒残炭活性。ICRl61与ICRl67组合⽐全部使⽤脱⾦属催化剂脱⾦属能⼒提⾼20％，并有更强的加氢脱硫活性。ICRl70是专门⽤于处理⾼⾦属含量原料的加氢脱硫（HDS）催化剂，⽐⽼⼀代催化剂抗⾦属污染能⼒⾼20％，其HDS和脱残炭活性不变。ICRl71是⼀种HDS活性⾮常⾼的催化剂，与加氢脱⾦属和过渡催化剂⼀同使⽤，具有更⾼的HDS活性，这种催化剂对环烷烃开环能⼒⾮常⾼，且对正构烃断链能⼒很强，可保证FCC操作裂化程度。
IFP公司的ACT系列催化剂⽤于处理由原料携带的固体颗粒引起的压降问题。这些顶床层材料组合使⽤可以提⾼空隙率，增⼤不溶物的沉积区以及捕集细⼩的颗粒、铁屑和⾦属络合物。该系列催化剂包括：曲轴设计
● l ACT068、ACT069、ACT070和ACT072：惰性陶瓷材料，五孔环形，具有⾼的空隙率，⽤于捕集颗粒物和减缓压降积累。
● l ACT077：⼀种惰性⼤孔氧化铝材料，为外表⾯带凹槽的环形挤出条，直径为10 mm，⽤于捕集顶床层铁屑。HMC845是IFP公司开发的新⼀代⾼性能加氢脱⾦属催化剂。HMC845为球形，为了控制压降可以选⽤不同的粒径。HMC-845催化剂载体具有“栗⼦刺（chestnut hur）”多孔结构（如图4所⽰），这种结构在⼤孔和中孔之间具有连续的孔分布（见图5），可增加⼤分⼦的可接近性。HMC845具有极强的容⾦属能⼒，其⾦属容纳能⼒⾼达100 g（Ni +
V）/100 g新鲜剂[21]。HT-438催化剂是IFP最新开发的加氢脱硫催化剂，催化剂形状为三叶轮。为了获得最佳的加氢脱硫活性并保持良好的稳定性，HT-438催化剂对催化剂的活性相、形状、颗粒直径和空隙率进⾏了优化。
图4 典型“栗⼦刺“结构催化剂扫描电镜图⽚图5 脱⾦属催化剂孔径分布图
Albemarle公司开发了⼀系列防⽌装置压降增加或催化剂中毒的保护剂。保护剂可以阻⽌颗粒物形成致密层。Albemarle 公司提供的⽤于处理颗粒物的保护剂包括KF542、KG55和KG1（见表3）。Albemarle公司开发的超多孔催化剂 KG1 可以脱除0～200 µm厚的铁垢和固体颗粒物，以及有机铁化物（但不具有脱除Ni、V的活性），有效减轻由于杂质铁引起的床层堵塞问题。
表3 Albemarle公司⽤于处理颗粒物的保护剂
KG55KG1KF542-9R/5R KF542-5Q
功能减少压降捕获铁⾼空隙率活性载体活性载体
组成Al2O3NiMo/Al2O3NiCoMo/Al2O3NiMo/Al2O3
形状五孔环形球形拉西环形四叶形
直径/mm1955R：6×3；9R：9×3.55.4
孔隙率/%62355045
平均长度/mm9.5-6/810
袋式装填密度/kg·m-3900950600/550480
TK-25 TopTrapTM是Haldor Topsøe公司最新产品之⼀，专为脱除由液体原料带⼊加氢处理装置的杂质铁⽽设计。该催化剂的⼏何形状是直径为0.5英⼨的四叶草且轴向带有⼀⼤约3/16英⼨（5.5 mm）中⼼孔。采⽤TK-25填充床层的空隙率为61%，且在反应器中是按30 lb/cf装填。该材料善于捕捉加氢装
置中常见的腐蚀性硫化铁微粒（5 µm），这些细⼩的硫化铁颗粒⼀旦进⼊TK-25的孔体系中即被捕集在内。TK-25的内部空隙率为25%，因⽽总空隙率超过86%。较⼤颗粒物则沉积在各四叶草间的空隙处。
RM-5030是Criterion催化剂公司开发的新⼀代渣油加氢脱⾦属催化剂，该脱⾦属催化剂具有⼤孔及微孔结构，孔体积⾼达1.04 cm3/g，可以在容纳更多⾦属的同时，保持较⾼的脱钒活性及稳定性，其⾦属容量可达100%以上。RN-5650是新⼀代渣油加氢脱硫催化剂，该催化剂在⾼温及低氢分压下仍具有较⾼的加氢反应活性。与第1代催化剂RN-450和第2代催化剂RN-650-相⽐，RN-5650的稳定性更好。
1.3固定床渣油加氢技术发展趋势
固定床渣油加氢技术研发的重点在于如何延长装置的运转周期和突破劣质原料加⼯的瓶颈，其技术进步将围绕催化剂制备、级配体系设计、⼯艺流程耦合和操作条件优化等⽅⾯展开。固定床渣油加氢技术未来的发展趋势：
（1）加强渣油原料与加氢产物性质变化规律的基础研究。开展渣油原料微观性质表征（分⼦结构及分⼦形态研究）；研究渣油原料与结焦、结垢的关系；开展渣油加氢反应机理、分⼦结构变化规律、结焦机理、产物稳定性等与反应有关的基础研究；建⽴渣油加氢原料类型、级配⽅案、操作条件数据
库。
直线度测量（2）开发更⾼性能的催化剂以及降低催化剂的⽣产成本。固定床渣油加氢催化剂发展的⽅向为：①载体形状设计、载体制备技术的改进与应⽤；②Al2O3载体扩孔技术以及⼤孔容与载体强度匹配技术；③活性组分负载技术开发；④抑制结焦技术；⑤降低催化剂的⽣产成本。催化剂主要研发⽅向是提⾼催化剂的活性和稳定性，减少催化剂⽤量和延长开⼯周期。催化剂研发的主要难点是平衡好催化剂的使⽤寿命与活性（基于同步失活理论的催化剂级配技术），增加催化剂的脱残炭能⼒、抗结焦能⼒及容⾦属能⼒，提⾼沥青质的加氢转化，避免活性中⼼的过快中毒失活，防⽌反应器出现压降和热点。
（3）开发⼤型化渣油加氢⼯程技术，降低能耗、节省投资。随着加氢技术的⽇益成熟，加氢催化剂的不断改进和创新，反应器⼤型化成为加氢技术发展的主要⽅向。在设备制造能⼒范围内，渣油加氢装置建设投资与加⼯规模指数（⼀般为 0.65～0.70）成正⽐；可⽐条件下，渣油加氢装置加⼯规模越⼤，能耗越低；对单系列渣油加氢装置，装置规模越⼤投资利⽤率越⾼；对双系列或多系列渣油加氢装置，集成度越⾼，装置规模越⼤，投资利⽤率越⾼。渣油加氢⼤型化⼯程技术开发包括：直径不⼩于5.6m的加氢反应器及内构件；直径不⼩于2m的螺纹锁紧环⾼压换热器、多股流缠绕管换热器、螺旋板换热器；分离分馏⼀体化设备；⼤通量⼤压⼒降循环氢压缩机；⾼效能量回收设备；复合式空⽓冷却设备等。
（4）开发装置快速开停⼯技术。固定床渣油加氢装置催化剂更换频率⼀般为每年 1 次，⽽炼⼚⼤检修停⼯周期通常为3～4年1次，如何缩短渣油加氢装置开停⼯时间，减少对其它装置的影响成为⼀项重要任务。通过对装置操作模式、开停⼯⽅案、催化剂装卸步骤、催化剂预硫化⽅法、催化剂失活机理等进⾏规律总结、技术论证、经济评价的基础上，开展压减装置开停⼯时间和缩短装卸剂时间的优化研究，加强各节点之间的过渡衔接，提⾼装置在线率。
（5）开发渣油加氢与催化裂化耦合技术，提⾼轻质油收率，使经济效益最⼤化。渣油固定床加氢处理与催化裂化组合技术将是中长期内发展的重点技术，是炼⼚实现超低硫汽油质量升级的关键。深⼊分析渣油加氢与催化裂化的反应机理和单元特性，归纳⽬前渣油加氢-催化裂化组合⼯艺存在的问题，对两个重油加⼯单元进⾏更为有效地集成，采⽤整体优化、组合优化、⼯艺流程优化、产品⽅案优化及能量利⽤优化，进⼀步提⾼⽯油资源的利⽤效率，实现渣油烃类分⼦的定向转化。
2、沸腾床渣油加氢裂化技术
⽬前世界上沸腾床加氢裂化技术主要有法国Axens公司（⾪属于IFP公司）的H-Oil⼯艺和T-Star⼯艺，美国CLG公司的LC-Fining⼯艺。据统计，到 2013年底全球共有 26 套沸腾床加氢裂化装置，总加⼯能⼒达到5654万吨/年。其中采⽤H-Oil技术及T-Star技术的装置共14套，加⼯能⼒约3100万吨/年；采⽤LC-Fining技术的装置共12套，加⼯能⼒ 2557万吨/年。
沸腾床加氢裂化⼯艺的关键是反应器，H-Oil 和LC-Fining沸腾床反应器结构基本相同（见图6），包括流体分布系统、分离循环系统和催化剂的在线加排系统。区别在于H-Oil ⼯艺使⽤外循环泵，⽽LC-Fining⼯艺将循环泵内置于反应器底部。两种⼯艺过程并⽆本质的区别，催化剂可相互通⽤。沸腾床加氢裂化的操作条件和⼯艺性能见表4。⽬前H-Oil ⼯艺
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议