新世纪悬浮床加氢裂化技术的进展

王军

摘 要：悬浮床加氢技术作为转化重油和超重油的重要方式之一，是在氢气和催化剂存在下高压高温的加氢技术。在进入新世纪后，悬浮床加氢技术试验及应用所面临的压力更高，操作条件和要求也更为复杂化。基于此，文中以国内外渣油悬浮床加氢裂化技术的发展现状为分析基础，通过对比在新世纪前后悬浮床加氢技术种类的区别，来尝试探讨悬浮床加氢裂化技术在新世纪的进展及发展趋势等。

关键词：悬浮床;加氢;裂化技术;进展

悬浮床加氢技术以其特有的操作灵活性、工艺流程简单、过程可靠、转化率和空速高等特性，抑制生焦反应，可得到更为稳定产品的优势，能借助热裂化反应，高效完成将渣油转化为高附加值轻馏分油任务等的性能，在处理大量沥青质、碳残留、金属渣油技术研究领域，日渐得到国内外研究者的关注。近些年，原油重质化和劣质化问题的日渐加剧。在轻质油品收率大幅度降低、原油加工难度不断加大等与市场对优质轻质油品需求快速增长之间矛盾白热化的影响下，炼油工业及悬浮床加氢技术的应用逐渐需要面对更为严峻的挑战，这也为悬浮床加氢技术的创新发展及应用有效性的提升等，带来了新的压力。

1 国内外渣油悬浮床加氢裂化技术的发展现状

悬浮床加氢技术在国外的应用主要以服务工业各个领域为主。目前国内外的重油悬浮床加氢技术发展及应用的进度并不同步，部分已经进入工业化发展状态中，但是部分还仍处在实验阶段。

国外悬浮床加氢技术的应用与发展状况大致如下：

1.1 EST技术

早在20世纪90年代，意大利埃尼公司在实验室及中型装置上通过大量的研究，提出了可99%转化并改质渣油的EST技术。Eni Technologie所发明的EST技术，主要应用目的在于处理减压渣油、重油、高金属含量的油砂沥青。常态下，借助加氢的处理，EST技术在技术应用过程中，能使原料里混杂的沥青从油品中逐渐脱离出来，待转化到一定程度后，通过沉淀结焦。悬浮床反应器中的H2S、氢混合物或者直接充入的氢的高加氢活性能在380-440℃、10-20MPa的客观条件下进行混合物催化。

1.2 HDHPlus/SHP技术

HDHPlus/SHP 技术源自委内瑞拉，委内瑞拉的石油研究及技术中心在20世纪80年代联袂德国Veba公司，以委内瑞拉重质原油的加工为依托，重点研究和实验德国Veba公司的VCC煤液化技术，在多次实验后，HDHPlus/SHP 技术以85%-92%的转化率，未转化尾油质量收率低于10%，液体产品体积收回率高于100%的优势，能有效完成高金属含量、高硫含量、高殘炭减压渣油、高沥青质的转化要求。

1.3 UniflexSHC技术

UniflexSHC技术是UOP公司在加拿大自然资源局CANMET技术研发成果的基础上通过技术改良所得的结果。加拿大自然资源局在20世纪70年代以加拿大Montreal炼油厂的250kt/a工业示范装置为基础进行了悬浮床技术研究，但是受制于低硫轻质原油的应用范围广泛且渣油悬浮床加氢裂化技术运用需求少，其研究结果只停留在初步阶段。

1.4 VRSH技术

以原料油全部转化为研发原来的VRSH 技术，是美国Chevron公司在2003年以沸腾床加氢裂化成套技术和渣油固定床加氢处理技术为基础，以减压渣油悬浮床加氢裂化技术为研究目标时所得的研究成果。尽管生产成本并不低于LC-Fining沸腾床加氢裂化，但是相比较沸腾床加氢裂化技术的转化率为80%，VRSH技术在实操后，其转化率能达到100%，更符合市场对清洁燃料不断提升的新需求。

1.5 BP VCC技术

20世纪50年代，德国Veba石油公司自主研发了VCC渣油悬浮床加氢裂化技术。BP公司在2002年收购该公司后，于2006年以了VCC 渣油悬浮床加氢裂化技术为基础加大技术创新，初步形成BP VCC技术。此技术在实验操作中能完成渣油单程转化率达到95%的操作要求，截止到目前，VCC渣油悬浮床加氢裂化技术陕西延长集团碳氢研发中心7天试验和陕西集团油煤共炼示范项目有270天连续运行运行时间外，VCC技术尚未达成在全球范围内进行技术转让服务的目标。

1.6 MCT技术

与国外相比，我国的悬浮床加氢裂化技术应用主要以重油为试验对象，2014年开始，三聚环保北京华石科技有限公司逐渐经验证了国内自主研发的MCT悬浮床加氢工艺技术集成的工业应用型和科学性。此项技术以空桶反应器作为载体，混合分散的添加物或催化剂以及氢气、原料油等，按照热反应原理来逐步进行全馏分煤焦油、废润滑油、沥青、大庆原油、减压渣油、克拉玛依高钙稠油、催化油浆等先后展开规模不一的研究与试验，转化率和轻质油收率已经分别为90%-98%、85%以上。催化剂作为焦炭沉积载体利于降低结焦的可能性，催化剂与氢气的混合可在一定程度上抑制缩合生焦反应，并促进加氢脱硫反应，在鹤壁华石15.8万t工业示范装置上创造了悬浮床加氢装置平稳运行8800h的世界记录，解决了高压进料泵长周期运转、液面指示控制及排料方式、反应器氢气-原料油分布器等多方面的实操问题，为工业化更长周期的试验奠定了基础。

2 悬浮床加氢裂化技术的创新发展思路

进入新世纪后，国内外的悬浮床加氢裂化技术研究主要以全球劣质原油资源快速增加为基础条件，工业试验及应用在现有几类渣油悬浮床加氢裂化工艺实操现状、不足的基础上进行更为深入的探索。以中国为例，在近些年，中国石油重油悬浮床加氢裂化技术研究以促进技术的工业化发展进程为目标，侧重于评估技术，总结经验，扩大试验规模，获取充分工业试验数据以及延长运行时间等，力主为悬浮床加氢裂化技术的工业化大范围应用奠基。在进入新世纪后，截止到目前为止，尚在发展中的悬浮床加氢技术主要包含EST技术、VCC技术、M-coke技术、UOP Uniflex技术、SOC技术、VRSH技术、HCAT技术、HDHPLUS技术、MCT技术等几类。

从现有的悬浮床加氢技术应用及发展情况来看，一方面，已有的悬浮床加氢裂化技术力主侧重于其现有技术的深入研究及服务拓展试验，国内外的悬浮床加氢裂化技术研究侧重点存在明显的差异，如HDHPlus/SHP技术、EST 技术研究侧重于工业化装置的差异化构建，BP VCC技术侧重于全球范围内的技术服务与转让，VRSH 技术侧重于工业化应用，MCT技术偏向于新的方向尝试和工业化应用。另一方面，在试验和实操的过程中，悬浮床加氢裂化技术增加了新的种类，且原有类别和新类别大都围绕催化剂的调整和优化改革等进行了新的尝试。

3 悬浮床加氢裂化技术新世纪的发展趋势

3.1 依托催化剂调整的技术种类拓展

此方面的悬浮床加氢裂化技术如HCAT技术、SOC技术、M-coke技术、MCT技术等则分别以金属盐、金属矿为催化剂，以抑制生成焦炭和获得高转化活性为目标进行技术的深入研发，但是研发过程中，存在催化剂回收难度问题和未转化油的处理问题尚未得到解决等问题。

HCAT技术、SOC技术、M-coke技术、MCT技术的发展趋向及应用优势如下：

3.1.1 HCAT技术

Headwaters 公司研发的HCAT 技术的应用优势在于能将质量差的渣油和重油转化成高质量的合成油。此项技术的催化剂胶束均匀分布在渣油和重油中，大小与沥青类似，能保障油转化率为95%，且原料灵活，所得的合成油产品质量均匀，催化剂活性时间长。

3.1.2 SOC技术

SOC 技术由日本Ashi Kasei Industrial自主研发，其反应温度和反应压力分别为480℃、20-22MPa。SOC技术的应用优势为转化率为90%，且最终产品焦炭仅含有1wt%的SOC技术。在实操的过程中，主要依赖于高活性阻焦金属催化剂、高分散性的超细粉末及卧式反应器。其使用的催化剂由炭黑颗粒和金属Mo化合物组成，其中炭黑能有效防止生成焦炭，而金属Mo化合物可完成加氢需求。

3.1.3 M-coke技术

Exxon Mobil公司所发明的M-coke技术，同样需要借助催化剂来完成90%的转化率。其催化剂为钼酸环烷酸盐和磷酸，在实操的过程中，需要设定反应温度和反应压力分别440℃和17MPa。受制于制作费用高昂，尽管催化剂效率和活性高，然M-coke技术目前尚处在试验阶段。同公司研发的MICROCAT-RC技术与M-coke技术相比，作为转化渣油的技术，MICROCAT-RC技术在实操中虽然不会生成焦炭，但是对加氢裂化反应的催化剂要求极为严格，如粒径尺寸必须小于1μm等。除此之外，MICROCAT-RC技术在应用中所存在的催化剂再生问题难以解決等，更是导致其暂时只能处在试验阶段。

3.1.4 MCT技术

应用优势在于能将质量差的渣油和重油转化成高质量的合成油。此项技术的催化剂胶束和添加剂均匀分布在渣油和重油中，大小与沥青类似，能保障油转化率为95%，且原料灵活，所得的合成油产品质量均匀，催化剂可以回收再利用。

3.2 依托工艺深度研发的技术创新

UniflexSHC 技术作为高效加氢裂化转化技术最初应用于油砂转化，之后在升级重油和沥青等方面加大了研究与试验应用比率。但是此阶段并没有解决产品与催化剂、未转化的底油分离的问题，尤其是其脱氮与脱硫效果的不理想，即便是此项技术产品收率较高，也难以获得大范围的普及和推广。

进入21世纪后，UOP公司以UniflexSHC技术的现有问题解决为基础，尝试开发多种处理减压渣油的操作模式，经过大量试验得到CANMET加氢裂化技术更具有有效性。2007年，在得到CANMET授权后，UOP公司加大UniflexSHC技术的调整力度，除优化催化剂为纳米催化剂外，UOP公司设定UniflexSHC技术的标准化实操温度和压力分别为427-471℃、14.1MPa，并借助优化上流式反应器的方式来最大化促进催化剂的效能发挥。最终达渣油转化率90%以上柴油产量的提及超过60%，且能最大限度减低渣油副产品产出的成绩。最为重要的是，优化后的Uniflex 技术能最大限度的提升减压渣油转化为洁净馏分油的效率。

MCT技术在鹤壁华石15.8万示范装置，经过技术优化进行了160多项技术改造，不断优化了悬浮床加氢工艺和装备技术，使系统配置更加科学，于2017年，在进行大量的生物原料尝试性加工实验后，于2019年7月1日引入生物原料，依照欧盟标准，在悬浮床装置中进行生物柴油转化实验，7月2日取得了第二代生物质原料加工领域的重大突破。经过技术创新后的MCT悬浮床加氢技术2019年在生物航煤研究方面也取得了较大的进展。

综上所述，悬浮床加氢技术作为具有操作灵活性的重油、超重油优质转化技术，在国内外加快工业化进程，满足市场对技术创新要求等的重压下，已经在逐步按照已有技术深入研究创新研发和调整催化剂、实操条件等方式来提升自身的应用有效性。发展到目前为止，国内外的悬浮床加氢技术已有大部分进入工业化应用状态中，但是也存在部分仍在试验阶段的问题。相信随着悬浮床加氢技术及工艺的不断完善，其将在扩大重油深度加工能力、提升轻油和重油的转化率、进军清洁能源等方面发挥更大的作用。

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