重油加工技术进展概述焦化情报年会论文付兴国样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。重油加工技术进展概述付兴国(中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院北京100083)随着世界经济发展,石油供需矛盾日益突出。据国际能源机构(IEA)最新预测,世界石油需求将达8680万桶/日,约合43.4亿吨/年,石油需求量每年将以2％的速度增长,到2020年预计达到54亿吨以上。美国《油气杂志》6月报道,2020年世界石油产量将稳定在9500万桶/日,约合47.5亿吨/年,年增长率仅0.7%,供需矛盾十分突出。随着常规石油资源日益减少和重油开采技术日臻成熟,高油价下加工重油具有更好的经济效益,因此重油在世界原油供应中的比例不断增加。据ENI集团《世界油气评论》统计,世界常规原油中重质原油(API°10～26)的比例已从1995年的11％上升到的14%。近几年全球增产的原油基本上都是重质原油,重油和超重油(API°<10)的年产量已由20年前的万吨上升到当前的近1亿吨。共生产原油1.9亿吨,仅中国石油辽河、新疆等7个油田生产的重油已超过1500万吨,占约8％,预计中国重质原油产量还将继续增加。石油是生产交通运输燃料的主要原料,交通运输燃料的需求增长速度大大超过原油供应的增长速度,利用廉价劣质重油多产交通运输燃料是重要的发展趋势,也是我们石油加工技术面临的重大挑战。改革开放30年来,中国国民经济保持高速发展,石油消费量年均增加7.1％,石油消费总量达3.5亿吨,石油对外依存度达46％,其中重油比例近30％。据国家发改委9月2日公布的数据,中国前7个月,中国原油产量11050万吨,进口原油10432万吨,石油对外依存度进一步增加,已高达48％;前7个月,柴油产量增长8.3%,汽油产量增长3.6％。中国中国石油消费增长1重油资源及其性质1.1重油资源重油泛指重油(API°10～20)、超重油(API°小于10,粘度小于10000mm2/s)和油砂沥青(API°小于10,粘度大于10000mm据美国《烃加工》杂志报道,全球生产的原油中,约30%为轻质原油(API>35°)、56%为中质原油(API26～35°)、14%为重质原油(API10～26°),重质原油的比例比前增加了3～4%。世界可采储量中,轻质低硫原油仅占17%,含硫、高硫的中、重质原油占总量的57%。预计到2050年,世界原油供应主要以含硫、高硫的重质原油为主(NPRA,AM－07－45)。委内瑞拉是世界上天然沥青和重油储量最大的国家之一。其中,Orinoco重油带位于委内瑞拉盆地的东部和Orinoco河的北部,总面积54,000km2。委内瑞拉Orinoco超重原油的资源量约为2707亿吨(18950亿桶),可采储量约为388.6亿吨(2720亿桶),当前的探明储量为108.7亿吨(761亿桶)。加拿大油砂沥青的资源量估计约为1.75-2.5万亿桶(约2500-3570亿吨)。当前技术上能够回收的约为3000亿桶(约429亿吨),占世界天然沥青储量的85%。当前的探明储量是1740亿桶(约249亿吨),主要集中在Alberta省的三个地区:一是Athabasca;二是PeaceRiver;三是ColdLake。Athabasca地区的油砂沥青储量最大。加拿大生产油砂沥青110万桶(约5500万吨/年),计划到生产300万桶/日(1.5亿吨/年);2020年生产400万桶/日(2亿吨/年)。中国陆上稠油及沥青砂资源分布很广,约占石油资源量的20％。截至底,中国石油已探明重油地质储量15.96亿吨,中国石化已探明重油地质储量4.64亿吨。自1982年在辽河油田高升油藏采用注蒸汽吞吐开采试验成功以来,中国的稠油开采技术发展很快,蒸汽吞吐方法已成为稠油开采的主要技术,热采量到1997年稳定在1100万吨水平上,热采井数达到9000口,加上常规冷采产量,占陆上原油总产量的9％。全国稠油产量主要来自辽河、新疆、胜利、河南4个油田,投入开发的地质储量超过8亿吨。,全国陆上重油产量1185.4万吨,仅中国石油的7个油田生产了重油1700万吨,约占世界重油产量的10％。1.2典型重油性质世界典型重油资源有委内瑞拉超重油、加拿大油砂沥青、墨西哥玛雅原油、阿拉伯重原油、辽河超稠油、克拉玛依稠油等。委内瑞拉原油为超重质油,密度为1.0102g/cm3(API°8.4),硫含量4.08m%,酸值3.0mgKOH/g,氮含量0.72m%,重金属(镍＋钒)大于483ug/g,残碳16.5m%,胶质22.9m%,沥青质11.1m%,60℃运动粘度11006cst,小于343℃的馏分仅为15m%,大于500℃的渣油馏分为加拿大油砂沥青为超重质油,密度为1.010g/cm3(API°8.46),硫含量4.94m%,酸值小于1.0mgKOH/g,氮含量0.36m%,重金属(镍＋钒)大于257ug/g,残碳13.0m%,胶质25.7m%,沥青质17.3m%,辽河超稠油为超重质油,密度为1.006g/cm3,硫含量0.34m%,酸值小于5.0mgKOH/g,氮含量0.41m%,重金属(镍＋钒)大于190ug/g,残碳14.m%,胶质27.6m%,沥青质2.9克拉玛依稠油为重质原油,密度为0.962g/cm3,硫含量0.16m%,酸值4.18mgKOH/g,氮含量0.37m%,重金属(镍＋钒)大于168ug/g,残碳7.16m%,胶质8.0m%,沥青质小于02重油深加工技术应用进展重油深度加工主要有脱碳和加氢两大类技术。脱碳技术主要包括重油催化裂化、延迟焦化、减粘裂化和溶剂脱沥青等,加氢技术主要有加氢裂化、渣油固定床加氢处理、沸腾床加氢裂化、悬浮床加氢裂化等。本报告主要介绍延迟焦化、减粘裂化、溶剂脱沥青以及沸腾床加氢裂化在劣质重油加工过程中的应用进展。自19美国UOP公司创造热裂化技术以来,经过近1不断发展,重油深加工技术日趋成熟,装置规模不断扩大,自动化程度不断提高,成为生产交通运输燃料(汽油、煤油、柴油和重质燃料油)的主要手段。据美国SFA太平洋公司统计,世界重油加工能力达到8.64亿吨,占原油一次加工能力的21％。其中焦化占30％,裂化/减粘占26％,催化裂化24％,加氢占17％(固定床14％,沸腾床3％),溶剂脱沥青占3％。据美国《化学工程》5月报道,今后的5年,新增的加工能力都是设计加工重油,是生产汽油、柴油和其它产品。预计5年后,美国将增加原油一次加工能力5040万吨/年,二次加工能力中,催化裂化能力仅增加665万吨,加氢裂化增加1600万吨,焦化增加1620万吨,加氢裂化和焦化处理能力增长较快。近年来,原油不断变重,渣油重金属含量不断增加,而重油催化裂化技术很难加工重金属(镍＋钒)含量超过20ug/g的渣油,固定床加氢处理技术也很难加工重金属(镍＋钒)含量超过200ug/g的劣质渣油。因此,焦化技术,由于原料适应性强、技术成熟、投资较低等优点,成为当前劣质重油加工的主要手段,获得了较快发展;超临界抽提溶剂脱沥青技术能够提高轻质油收率,能耗低,也得到较快发展;同时以LC－fining和H－oil为代表的沸腾床加氢裂化技术得到较快的应用,重油悬浮床加氢裂化技术成为研究的热点。2.1焦化技术据统计,世界焦化加工能力超过2.8亿吨,占原油一次加工能力的6.3％,占重油加工能力的30％。美国延迟焦化能力1.28亿吨,已达1.40亿吨,年均增产5％,占原油一次加工能力的16％,美国占重油加工能力的67％。中国焦化加工能力也从1990年的670万吨快速发展到的4500万吨,约占中国原油一次加工能力13％。预计今后二十年,随着原油重质化劣质化加剧和对汽柴油需求增加,焦化能力还将继续增加。委内瑞拉超重油是世界上最难加工的劣质重油之一。上世纪90年代初以来,委内瑞拉国家石油公司与CerroNegro、Sincor、Petrozuata、Ameriven四家公司分别组建合资公司,均采用延迟焦化-加氢技术路线,生产API°16至32不等的改质原油进行销售。以来,四家合资公司每天生产API°大于16的改质原油575000桶(约3000万吨/年)。四家合资公司采用的延迟焦化技术来源、改质油产量、改质油API、单位投资等情况见表1。表1委内瑞拉四家合资公司超重油改质厂的产品质量和投资比较项目改质技术技术来源及装置规模改质油产量(桶/天)改质油API0单位投资(万美元/桶)Sincor延迟焦化FosterWheeler6塔工艺180000321.27Hamaca延迟焦化FosterWheeler6塔工艺185000250.99Petrozuata延迟焦化ConocoPhillips4塔工艺10221.38CerroNegro延迟焦化FosterWheeler6塔工艺10800016.50.85加拿大油砂公司(Suncor能源公司)加工加拿大油砂沥青采用减压渣油焦化、瓦斯油加氢处理和加氢裂化的工艺路线。这座改质工厂1967年投产,所生产的低硫轻质合成原油(OSA)的全馏分柴油的十六烷值接近40。SyncrudeCanada公司采用流化焦化/沸腾床加氢裂化工艺加工油砂沥青。这座改质工厂1978年投产,当初只有一套流化焦化装置,加工常压拔头沥青和减压拔头沥青的混合物,加工能力10.7万桶/日,生产合成原油10万桶/日。因为流化焦化的操作条件比延迟焦化更苛刻一些,因此低硫轻质合成原油(SSB)的煤油烟点只有13mm,全馏分柴油的十六烷值只有33。后经改造,扩达了流化焦化处理能力,增加沸腾床加氢裂化装置和中馏分加氢改质装置,合成原油生产能力增加到36万桶/日,成为加拿大当前最大的油砂沥青改质工厂,同时合成原油的质量有了很大提高,合成原油的煤油烟点达到19mm,全馏分柴油的十六烷值≥40。中国石油辽河油田和克拉玛依油田开采的超稠油,粘度大酸值高,重金属含量高,加工难度较大。中国石油辽河石化公司和克拉玛依石化公司经过多年实践积累,掌握了超稠油直接焦化处理技术,开发了重油加工过程中设备腐蚀防护技术,实现了克拉玛依和辽河超稠油集中加工和装置长周期运转。同时,辽河石化公司和克拉玛依石化公司优化利用超稠油的环烷基特性,开发了以超稠油生产优质沥青以及润滑油基础油、变压器油、橡胶填充油等技术。2.2溶剂脱沥青第一套渣油超临界抽提工业装置1979年投产,据统计,溶剂脱沥青能力为2382万吨,占当时渣油加工能力的3％,到,世界上已建48套,加工能力达90万桶/日以上,约合5000万吨/年,发展迅速。采用渣油超临界抽提技术有以下几个方面的优势:一是渣油超临界溶剂抽提装置的能耗是常规溶剂脱沥青的1/3左右;二是采用特殊的内构件和工艺参数后,能够从常压渣油、减压渣油和其它重油原料中得到最大量和最高质量的脱沥青油(DAO)。超临界抽提技术获得DAO的沥青质含量只有200ppm,其它溶剂脱沥青工艺的沥青质含量高达800ppm;DAO的其它杂质如镍、钒、硫和残炭含量也大为减少;三是采用高效内构件使分离器/容器的溶剂减小,还能够减少投资。应用渣油超临界抽提技术能够替代焦化或减压蒸馏装置。几种典型原油采用蒸馏和超临界抽提方式得到的VGO和DAO收率比较见表2。表2典型劣质重油经过减压蒸馏生产VGO和超临界抽提生产DAO的收率比较VGO,vol％DAO,vol％阿拉伯重原油26.538.5墨西哥玛雅原油26.534.0加拿大Athabasca沥青16.032.0委内瑞拉超重油25.0/大港原油54.060-80(深度脱沥青)KBR的ROSE工艺技术是世界先进的渣油超临界脱沥青技术之一,采用了ROSE工艺后,装置加工能力提高一倍,能耗降低30％,DAO收率提高2％－5％,携带的沥青质减少一个数量级。表3列出了阿拉伯重油和玛雅重油的常压渣油和减压渣油超临界抽提得到的DAO的数量和质量的比较。第一列数据表明,在加工20万桶/日(1000万吨)的阿拉伯重油加工厂,用作焦化的减压渣油是4.97万桶/日,经过渣油超临界装置能够分出2.33万桶/日DAO作为催化裂化或加氢原料,使焦化装置的原料减少到2.64万桶/日,减少47％。DAO的质量较好,与减压瓦斯油混合后的金属含量低,可用固定床加氢装置加工。沥青的残炭含量控制在38％以下,在大多数焦化装置中都能加工,焦炭总生成量减少20％左右。除消除减压蒸馏和焦化装置的瓶颈外,经过增加1套渣油超临界抽提装置,与减压渣油进焦化的流程相比,总液收提高3－5％(vol),还能够减少停工时间。表3渣油超临界抽提可为下游装置提供更多的原料油阿拉伯重原油减压渣油阿拉伯重原油常压渣油墨西哥玛雅原油减压渣油墨西哥玛雅原油常压渣油原料油进料,万桶/日4.9710.336.3611.69API°3.211.5-0.27.6康氏残炭,％23.812.431.218.3金属,ppm251129816477DAO产品产量,万桶/日2.337.681.456.77API°13.418.117.918.0康氏残炭,％6.02.24.41.5金属,ppm9.03.08.06.0沥青产品产量,万桶/日2.652.654.914.91API°-4.7-4.7-4.7-4.7康氏残炭38383838Opti加拿大公司采用溶剂脱沥青/脱油沥青气化工艺加工油砂沥青,在LongLake新建的油砂沥青改质工厂是这种类型。工程分两期建设,一期工程和二期工程油砂沥青的加工能力均为7万桶/日。原料是用SAGD法井下开采的油砂沥青。一次加工装置是常减压蒸馏、溶剂脱沥青和热裂化,把油砂沥青原料转化为无渣油的含硫合成原油和脱油沥青。无渣油的含硫合成原油经过加氢裂化生产无硫轻质合成原油,脱油沥青经过气化生产氢气和蒸汽,供其它装置使用。一期工程投产,二期工程投产。中国石油克拉玛依石化公司引进了KBR公司的超临界抽提溶剂脱沥青技术(ROSE),建成80万吨/年处理装置,稳定运行1年,与原溶剂脱沥青装置相比,脱沥青油(DAO)收率提高4％,效果较好。中国石油石化研究院联合中国石油大学开发了超临界抽提溶剂深度脱沥青技术,已完成了100吨/年中试放大。试验结果表明:以大港减压渣油为原料,轻脱油收率可达60w%,残炭脱除率可达80%,Ni、V、Ca脱除率分别高达80%,85%,90%;重脱油收率达25％,脱残渣油总收率为85w%。沥青收率15w%,残炭高达45w%,几乎浓缩全部沥青质。沥青的软化点范围是164～188℃。随着沥青收率的增加,沥青的软化点总体呈下降趋势。脱油沥青的残炭值越大,其软化点越高。中国石油将在辽河石化建成15000吨/年工业试验装置,并开展工业试验。2.3加氢(沸腾床、悬浮床)技术渣油沸腾床加氢裂化(LC-Fining和H-Oil)技术经过40多年的开发和工业应用实践,工艺、催化剂、工程、材料设备以及工业运转等方面的许多技术问题都已得到解决,安全性、可靠性、有效性大大提高,工业装置规模扩大、投资降低、效益提高。据介绍,当前世界已建和在建的LC-Fining工业装置共10套,见表4,总加工能力43.6万桶/日(2180万吨/年),其中加工油砂沥青减压渣油的工业装置5套,加工能力19.5万桶/日(975万吨/年)。已建和在建的H-Oil工业装置共9套,见表5,总加工能力36.3万桶/日(1815万吨/年),其中加工墨西哥Isthmus/Maya重质原油减压渣油的工业装置两套,加工能力6.85万桶/日(342万吨/年)。表4ChevronLummus公司LC-Fining渣油沸腾床加氢裂化的工业装置用户名称加工能力,桶/日投产日期原料油和加工目的美国BP-Amoco公司600001984重质原油减压渣油转化,未转化渣油用作焦化原料加拿大合成原油公司400001988拔头油砂沥青转化,生产合成原油意大利Agip石油公司250001988高硫渣油转化,生产催化料和低硫燃料油斯洛伐克石油公司23000高硫渣油转化,生产催化料和低硫燃料油壳牌加拿大公司(2套)79000拔头油砂沥青转化,生产合成原油芬兰Neste石油公司40000高硫渣油转化,生产最大量柴油壳牌加拿大公司47300拔头油砂沥青转化,生产合成原油加拿大西北公司29000拔头油砂沥青转化,生产合成原油未宣布60000转化,生产稳定的燃料油未宣布33000转化,生产最大量柴油和低硫燃料油合计436300表5Axens公司H-Oil渣油沸腾床加氢裂化的工业装置用户名称加工能力,桶/日投产日期原料油和加工目的科威特Shuaiba炼油厂288001968科威特减渣转化,生产汽柴瓦斯油和燃料油墨西哥Salamanca炼油厂185001972墨西哥减渣转化,生产汽柴油和燃料油美国Motiva石油公司350001984阿拉伯减渣转化,生产汽柴油催化料和燃料油加拿大Husky石油公司31992加拿大重原油常重转化,生产合成原油和焦化料日本东燃公司川崎炼油厂250001997中东减渣转化,生产汽柴油催化料和燃料油墨西哥Tala炼油厂500001997墨西哥减渣转化,生产汽柴油和燃料油波兰Pbck炼油厂340001999俄罗斯乌拉