渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总流程的影响及经济性分析
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石油艨制与记二 加工j巴艺。 PETRoLEuMPROCEss。NGAND PETROCHE CALs 2olo ̄第钠巷第 嘲 渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总流程的 影响及经济性分析 侯凯锋,袁忠勋 (中国石化工程建设公司,北京100011) 摘要以高硫中质原油加工为例,从对原油的适应性、全厂装置构成、公用工程消耗及能耗、 产品结构及性质、环境保护、投资及经济效益分析等几个方面,全面分析了渣油沸腾床加氢裂化 技术对炼油加工总流程的影响。通过与渣油固定床加氢处理技术的对比分析,表明渣油沸腾床 加氢裂化方案在技术经济上是可行的。 关键词:渣油加工沸腾床加氢裂化固定床总流程经济分析 1前言 副产部分乙烯及化纤原料。根据企业发展需要, 大力发展加氢型装置对渣油深加工,增加轻 质油收率,提高原油利用率,是我国炼油企业向资 源节约型、环境友好型的新型工业发展需求_1。]。 世界上已工业化或技术成熟的渣油加氢技术按照 反应器形式可分为固定床、沸腾床(膨胀床)、移动 床和悬浮床(浆液床)四种类型,工业应用比例分 拟新扩建10 Mt/a原油加工能力,同时增加1 M 乙烯工程,形成22 Mt/a炼油和1 Mt/a乙烯的炼油 化工一体化工程。 新建炼油工程在满足下游1 Mt/a乙烯工程裂 解原料供给前提下,需在原油选择、装置结构和产 品方案等方面与现有炼油加工流程形成互补,以 达到增产高品质汽油、柴油的目的,满足日益旺盛 的市场需求。根据原油性质、产品方案及质量要 别为83.0%,15.0%,1.5%,0.5%(2006年)_j J。渣油 固定床加氢工艺已经成熟,近几年在我国炼油工 业得以日益重视和大力推广_4 ]。但随着原油重 质化、劣质化趋势的加剧,固定床加氢技术对原料 适应范围窄、操作周期短的缺点限制了该技术在 劣质原油深加工中的应用。而渣油沸腾床加氢裂 化技术则是一种适合劣质(高硫、高残炭、高金属) 原油深度加工的一项专用技术,随着技术的逐步 完善,特别是投资规模的进一步下降,渣油沸腾 床加氢裂化技术将成为未来劣质原油加工的首 选技术【1 。本文主要从对原油的适应性、全厂装 置构成、公用工程消耗及能耗、产品结构及性质、 环境保护、投资及经济效益分析等几个方面,全 求,综合考虑经济效益、环境保护、节能降耗等因 素,渣油加工拟选择渣油加氢的工艺方案。 2.1原油及渣油的主要性质 对于上述企业,现有装置加工含酸重质原油 (原油A),新增10 Mt/a炼油拟加工高硫中质原油 (原油B),原油的主要性质见表1,减压渣油的主 要性质见表2。从表1和表2可以看出,原油A 为含酸重质原油,硫含量低,氮含量高,属于低硫 环烷基原油;原油A减压渣油的粘度大,残炭高, 环烷烃和芳烃含量高,难以裂化。因此,现有加工 流程采用延迟焦化的渣油加工工艺。低硫石油焦 作为商品外售。原油B为高硫中质原油,硫含量和 金属含量高,属于高硫中间基原油;原油B减压渣 油的密度大,残炭高,金属含量在100~200 gg/g, 收稿日期:201O-02—10;修改稿收到13期:2010—03—26。 面分析渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总 流程的影响。 2加工总流程的选择 以某炼化企业为例,该企业现有原油一次加 工能力12 Mt/a,集中加工重质含酸原油,采用“常 减压蒸馏一渣油延迟焦化.蜡油加氢裂化”的加工总 作者简介:侯凯锋(1972一),男,2000年毕业于清华大学化工 系,工学博士,高级工程师。现从事炼油厂的前期规划及工厂 设计工作。 流程,生产煤油、柴油和少量汽油等燃料产品,并 一28一 侯凯锋等.渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总流程的影响及经济性分析 2010,Vo1.41,No.7 属于稍难加工的渣油 ,可采用固定床加氢工艺, 也可选择沸腾床加氢裂化技术。 表1原油的主要性质 表2减压渣油的主要性质 2.2渣油加工方案 2.2.1 渣油固定床加氢处理方案渣油固定床加 氢处理方案流程示意见图1。减压渣油(大于520℃) 经固定床加氢处理装置脱硫脱氮、降低残炭和金 属后,精制重油作催化裂化装置的原料。为改善 渣油固定床加氢处理装置的原料性质,催化裂化 重循环油返回到渣油固定床加氢处理装置,降低 原料粘度,并可提高轻质油收率【8]。减压蜡油与减 压渣油分开加工,一方面可降低渣油固定床加氢 处理装置的规模,减少停工换剂的频率和次数,节 省投资;另一方面可与现有蜡油加氢裂化装置的 原料进行优化互换,并满足现有蜡油催化裂化装 置的原料需求。此方案的优点是技术成熟,国内 有成功应用的经验和实践[ 。产品以增产汽油为 主,轻质油收率高,经济效益好;催化裂化原料全 部经过加氢预处理,降低了催化裂化烟气中SO 的排放,属环境友好型加工方案。 催化 汽油产品 重整 藁 柴油加 柴油产品 催化裂化柴油 曩 景 I }氢处理} J 图1 渣油固定床加氢处理方案流程示意 2.2.2渣油沸腾床加氢裂化方案渣油沸腾床加 氢裂化方案流程示意见图2。减压渣油(大于520℃ 或580℃)进渣油沸腾床加氢裂化装置加工处理。 由于未转化油(收率约为25%~30%)需返回现 有延迟焦化装置进行再处理,因此,含酸重质原油 A的部分减压渣油可作为沸腾床加氢裂化装置的 原料,既可避免延迟焦化装置的扩能改造,也有利 于提高方案的经济效益。沸腾床加氢裂化装置的 中间产品不能直接满足下游装置进料或者产品质 量要求,需进一步精制,既可采用与沸腾床加氢裂 化的组合工艺,也可分别送到装置外相应的蜡油 加氢处理、柴油加氢精制等装置进行再处理。 催化 汽油产品 重整 高硫中质I柴油加 柴油产品 堕鎏旦。I 嘉 I催化裂化柴油 蒸l 馏 广]广_1氢 理 监 重石脑油 ● l -…”k_____, …含酸重质原油I雨 L= A减压渣油I I 未转化油去延迟焦化装置l 图2渣油沸腾床加氢裂化方案流程示意 一29— 第 为考察不同渣油切割方案对沸腾床加氢裂化 方案的影响,设计考虑了大于520℃和大于580℃ 两种减压渣油切割温度方案。大于580℃减压渣 油切割方案中,常减压蒸馏装置采用减压深拔技 术,减压渣油收率可降低约7.4%,使渣油沸腾床 石油艨制与记二 油等馏分,需消耗大量氢气。而其中间产品仍需 再次加氢精制,导致氢气消耗量比固定床加氢处理 方案增加3.92%~12.20%(见表4)。因此,一方 面需从全厂加工流程角度优化和降低渣油沸腾床 加氢裂化装置的规模,减少氢气消耗量;另一方面 加氢裂化装置的原料劣质化,并可降低装置规模, 节省投资。该方案的优点是对劣质原油的适应性 强,渣油的转化深度更高,因此有利于进一步提高 也应寻找低廉的氢源(如重整氢、乙烯氢或POX制 氢),降低氢气成本,从而提高方案的经济竞争力。 表4炼油装置氢气消耗 kt/a 原油资源利用率和轻质油收率。催化裂化装置原 料实现轻质化,可大幅度降低烟气中SO,的排放, 但部分硫随未转化油转移到焦炭中去。 3 渣油沸腾床加氢裂化方案对全厂加工流程的 影响 3.1炼油生产装置构成 与渣油固定床加氢处理方案相比,渣油沸腾 床加氢裂化方案以渣油沸腾床加氢裂化装置替代 了渣油固定床加氢处理装置,催化裂化装置的规 模有所降低,并且原料油改为蜡油。但扩大了蜡 油加氢处理、柴油加氢精制、催化重整以及制氢装 置的规模(见表3)。这种变化虽然增加了炼油厂 加工流程的复杂度,扩大了投资规模,但提高了轻 质油收率和柴汽比。 表3主要炼油生产装置的规模 Mt/a - 鬣 1)减压渣油的切割温度为520℃。表4~表9同。 2)减压渣油的切割温度为580℃。表4~表9同。 3)制氢装置采用以煤为原料的POX制氢工艺,规模按纯氢 折计,单位为10 m /a。 3.2炼油氢气消耗 渣油沸腾床加氢裂化工艺是在氢环境下将大 分子渣油馏分裂化成小分子的蜡油、柴油和石脑 一30一 一 渣油固定床渣油沸腾床加渣油沸睛摩I加l 加氢处理方案氢裂化方案(a)氢裂化方案(b) 1)单位为%。 3.3炼油产品方案 渣油沸腾床加氢裂化方案由于氢气和燃料消 耗增加,因此外购原料中增加了煤和天然气的消 耗量(见表5)。渣油沸腾床加氢裂化方案改变了 减压渣油的加工方式,因此主要调整了炼油部分 的产品结构,仍可完全满足下游l Mt/a乙烯工程 所需裂解原料的供给,裂解原料构成变化不大(见 表6),对乙烯工程的产品结构也没有根本影响。 从表5中的产品结构分析,渣油沸腾床加氢裂化 方案大幅度提高了炼油部分的综合商品率、轻质 油收率和高附加值产品收率。沸腾床加氢裂化装 置的规模扩大,轻质油收率和高附加值产品的收 率也随之增加。虽然催化裂化装置的规模有所降 低,催化裂化汽油产量有所减少,但沸腾床加氢裂 化装置增加的重石脑油增加了重整装置的进料, 增产的重整油以及其它轻石脑油组分弥补了催化 裂化汽油的缺失,并提高了高标号汽油产品的比 例,有利于改善汽油产品结构。此外,沸腾床加氢 裂化方案在调节全厂柴汽比方面更具灵活性。 3.4公用工程消耗 公用工程消耗见表7。从表7可以看出,渣油 沸腾床加氢裂化方案增加了水、电、汽、燃料等公 侯凯锋等.渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总流程的影响及经济性分析 2010Vo1.41,No.7 表5全厂物料平衡 一坝 渣油固定床渣油沸腾床加氢渣油沸腾床加氢 曰 加氢处理方案 裂化方案(a) 裂化方案(b) 轻烃原料 石脑油馏分 直馏轻石脑油 直馏重石脑油 抽余油 加氢轻石脑油 加氢焦化石脑油 沸腾床加氢 石脑油 1l6.3 57.8 加氢裂化尾油 794.5 794.5 794.5 合计 2 759.9 2 780.1 2 776.5 ,表7公用工程消耗 渣油固定床渣油沸腾床加氢渣油沸腾床加氢 工受日 ’ 加氢处理方案裂化方案(a) 裂化方案(b) 用工程的消耗,扩大了配套系统的投资,也增加了 生产操作成本。但由于极大地改善了催化裂化装 置的原料性质,因此催化裂化装置烧焦量有大幅 度下降,使炼油部分的能耗有所降低。可见,渣油 沸腾床加氢裂化方案在提高轻质油收率的同时, 也付出了公用工程消耗、生产成本增加的代价。 3.5全厂硫平衡 表8中列出了各方案的硫分布数据。与渣油 固定床加氢处理方案一样,渣油沸腾床加氢裂化 表8全厂硫分布 w,% 一 卜. 渣油固定床渣油沸腾床加氢渣油沸腾床加氢 加 H 。 加氢处理方案裂化方案(a) 裂化方案(b) 一31— 灏 聱 石油艨制与记二 务内部收益率在三个方案中是最高的。 4结束语 (1)渣油沸腾床加氢裂化方案实现了对减压 渣油的更深度转化,在原油品种选择、装置结构调 整和产品方案优化等方面都将对全厂加工总流程 产生影响。 方案的硫回收率也达到94%以上(以原油和POX 原料煤计),同属于环境友好型的加工方案。由于 催化裂化原料更加轻质化,硫含量低,因此废气排 放带走的硫减少,降低了全厂SO,的排放总量。 渣油固定床加氢处理方案由于催化裂化装置为重 油催化裂化,规模大、原料硫含量高,因此催化裂 化烟气需脱硫,部分硫转移到废渣中;而渣油沸腾 床加氢裂化方案中催化裂化装置的原料是加氢蜡 (2)渣油沸腾床加氢裂化方案虽然投资和消 耗大,但轻质油收率和高附值产品收率会有显著 油,硫含量低,催化裂化烟气不需脱硫。 3.6渣油沸腾床加氢裂化方案经济性分析 以布伦特原油50美元/bbl(1 bbl≈159 L)的 价格体系为基准,采用“有无对比法”对方案的 新增效益进行经济分析,结果见表9。从表9可 以看出,由于渣油沸腾床加氢裂化方案增加了轻 质油收率和高价值产品收率,因此销售收入提高 I.95%~2.2l%,但代价是由于装置和公用工程规 模扩大而导致投资和总成本费用的增加。渣油沸 腾床加氢裂化方案的财务内部收益率也超过了行 业基准内部收益率(13%),表明项目在经济上是 可行的。但要提升方案的综合竞争力,需从优化 渣油沸腾床加氢裂化装置的原料和规模人手,确 定最优化的加工规模,降低氢气和公用工程消耗, 在增加销售收入和控制总成本费用寻找最优平衡 点,实现综合经济效益的提升。如渣油沸腾床加 氢裂化方案(b),通过减压深拔,使渣油加氢裂化 装置的原料更加劣质化,也压缩了沸腾床加氢裂 化装置的规模,虽然牺牲了部分销售收入,但也控 制了总成本费用的大幅度增加,其吨油利润和财 表9主要技术经济指标 项 薯 一32一 提高,综合技术经济指标表明方案的内部收益率 高于行业基准收益率,经济上是可行的;此方案提 高了硫的回收率,改善了催化裂化原料的性质,降 低了催化裂化烟气中SO,的排放量,环境上是友 好的。 (3)渣油沸腾床加氢裂化工艺的技术优点是 适合加工劣质(高硫、重质、含酸)原油的减压渣 油,并能够长周期连续运行。因此,全厂加工流程 的优化需根据原油性质,尽可能使沸腾床加氢裂 化装置的原料趋于劣质化,以最少的代价换取更 大的经济效益。 参考文献 [1] 徐承恩.我国渣油加工技术的新进展及对其发展的思考[J]l 当代石油石化,2003,11(8):1-4 [2] 曹湘洪.我国蜡油及渣油深加工应大力发展加氢型装置[J]. 石油炼制与化工,2004,35(6):1-11 [3] 夏恩冬,吕倩,王刚,等.国内外渣油加氢技术现状与展望[J]. 精细石油化工进展,2008,9(8):42—46 [4] 孙丽丽.高硫劣质原油加工与渣油加氢技术的适用性[J]. 当代石油石化,2005,13(9):34—37 [5] 石亚华,李家栋,戴立顺.渣油加工技术的研究:Ⅲ.渣油加 工方案及技术经济性的研究[J].石油炼制与化工,2007, 38(3):l一4 [6] 刁望升.国内渣油加氢装置概况[J].炼油技术与工程, 2007,37(3):36—40 [7] 姚国欣.渣油沸腾床加氢裂化技术在超重原油改质厂的应 用[J].当代石油石化,2008,16(1):23—29 [8] 牛传峰,张瑞弛,戴立顺,等.渣油加氢-催化裂化双向组合 技术RICP[J].石油炼制与化工,2002,33(1):27.29 侯凯锋等.渣油沸腾床加氢裂化技术对炼油加工总流程的影响及经济性分析 2010,Vo1.41.No.7 EFFECT oF RESID EBULLATING BED HYDRoCRACKING TECHNoLoGY oN THE REFINERY CoNFIGURATIoN AND ECoNoMIC ANALYSIS Hou Kaifeng,Yuan Zhongxun (SINOPECEngineeringIncorporation,Beijing 100011) Abstract The resid ebullating bed hydrocracking technology was studied comprehensively in this paper, which was considered as one of the plant configuration options for a refinery processing sour and heavy crude. A comparison study with using fixed bed residue hydrotreating technology was carried out in the aspects of crude source,scales of processing units,product slates,utilities requirement,energy consumption,pollutants emission,investment and economic benefit.Results showed that resid ebullating bed hydrocracking technology was technically and economically feasible as fixed bed residue hydrotreating technology. Key Words:residue processing;ebullating bed;hydrocracking;fixed bed hydrotreating;refinery configuration;economic analysis 美国ZeaChem公司开发从生物质制取乙醇 和其它化学品技术 美国ZeaChem公司宣布,该公司开发的生物质制取 乙醇工艺与常规工艺相比,乙醇的产率要高出约50%。 美国加快先进的生物燃料开发 截至2010年3月,美国已有4家主要的化学公司在 开发先进的生物燃料和生物材料,这些项目开发将寻求新 的原料以减少对石油和天然气的依赖。 有2个实例表明,一些公司正在采用微藻来生产替 ZeaChem公司已在3 500 USgal(1 USgal≈3.785 L,下同) 发酵罐中试验了该工艺,并将于2010年下半年在美国饿 勒冈州Boardman启动以树木残余物为原料的验证装置, 生产2.5×10 USgal/a乙醇或醋酸乙烯。ZeaChem公司计 划干2013年在该生产基地投产2.5×10 USgal/a商业化装 置,并预计使最终生产乙醇的成本小于1美元/USgal。 代燃料。第一个实例是美国能源部的先进研究项目局 (ARPA—E)将资助1 770万美元,涉及由杜邦公司和生物 燃料与化学品专业公司Bio Architecture Lab使用微藻(更 多地称之为海藻)来生产燃料异丁醇。最终,杜邦公司及 合作伙伴BP公司期望使海藻基异丁醇通过他们现有的 运输燃料合资企业Butamax先进生物燃料公司(Butamax Advanced Biofuels)推向商业化。在第二个海藻基项目中, 霍尼韦尔公司旗下的UOP公司将验证捕集二氧化碳并将 其转化成燃料的项目,美国能源部将提供150万美元,用 纤维素生物质用酸水解处理,得到萄葡糖和木糖含 水溶液,采用自然界存在的细菌(产乙酸菌)使其进行发 酵,使糖类转化成醋酸。醋酸被酯化生成醋酸乙烯,其全 部或部分被加氢以生产乙醇。氢气从来自酸水解过程的 木质残渣进行气化而得到。常规的生物质工艺过程中,乙 醇由酵母在发酵步骤中生成,酵母发酵每生成一个乙醇分 子会产生一个CO,分子,而使用乙酸菌发酵的方法不产 生CO,。将醋酸与H,生产组合在一起产生的净能量价值 于捕集维吉尼亚州Hopewell的霍尼韦尔己内酰胺装置排 气中的CO,,并将其用于海藻培殖系统,从海藻中抽出的 油将转化成生物燃料。 另外,美国雅保公司将参与国家Butamax先进生物燃 料财团开发与基础设施匹配的生物基燃料。 (NEv)为常规途径的近10倍。 在相关的开发中,ZeaChem公司已生产出冰醋酸(纯 度大于99%),可应用于宽范围产品。酸采用工业溶剂提 浓,从发酵液中抽取出来,然后使溶剂分出和循环使用。 溶剂抽提使用的能量仅为常规蒸馏方法的25%。 [章文摘译自CEN,2010—03—15】 [章文摘译自Chemical Engineering,2010—03—17] 一33—