方向晨，郭蓉，仝玉軍，吳子明，楊濤

（中國(guó)石化大連石油化工研究院，遼寧大連 116100）

國(guó)際海事組織發(fā)布“限硫令”，要求2020年全球使用硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）小于0.5%的低硫船用燃料油。面對(duì)低硫船用燃料油市場(chǎng)供應(yīng)缺口，我國(guó)煉油企業(yè)迎來(lái)重要的市場(chǎng)機(jī)遇[1-2]。我國(guó)對(duì)外依存度逐年提高，且進(jìn)口原油以重質(zhì)高硫原油為主，勢(shì)必給我國(guó)煉油企業(yè)生產(chǎn)低硫船用燃料油帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，目前煉廠處于煉油轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，正由“煉油型”向“煉化一體化”甚至“化工型”轉(zhuǎn)變，在煉廠考慮低硫船用燃料油生產(chǎn)的同時(shí)，也要兼顧全流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)芳烴和烯烴等化工原料[3-4]。

在煉廠全流程中，渣油加工技術(shù)是核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)。渣油加工路線主要包括脫碳和加氫路線。延遲焦化是目前煉廠最主要的脫碳工藝，其具有技術(shù)成熟、流程簡(jiǎn)單、投資較低和原料適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但同時(shí)也存在液體產(chǎn)物收率偏低、大量高硫焦出路困難等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)渣油資源的高效利用。隨著安全環(huán)保要求逐漸提升、重油深度轉(zhuǎn)化需求和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)適應(yīng)性調(diào)整，渣油加氫技術(shù)在重油深度轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)型方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。世界上渣油加氫工藝類型有四大類，即固定床、移動(dòng)床、沸騰床和漿態(tài)床；從加工渣油的適應(yīng)性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)靈活性和轉(zhuǎn)化率等方面，沸騰床和漿態(tài)床渣油加氫技術(shù)是當(dāng)前大多數(shù)煉化企業(yè)的首選技術(shù)方案[5-8]。但這兩種重油加工方案在轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品分布及產(chǎn)品性質(zhì)等方面差異較大，因而對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的加工要求也存在較大差異[9-13]。

本文以有低硫重質(zhì)船用燃料油生產(chǎn)需求以及最大化生產(chǎn)催化重整原料和蒸汽裂解制乙烯原料的新建煉化企業(yè)為例，首先對(duì)目前煉廠典型的重油加工路線的產(chǎn)物和性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，初步確定典型煉化一體化企業(yè)生產(chǎn)低硫船用燃料油的重油加工方案設(shè)計(jì)；同時(shí)，從全流程加工角度分別對(duì)沸騰床和漿態(tài)床兩種重油加工方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，為新建煉化一體化企業(yè)的重油加工方案提供選擇依據(jù)。

1 不同重油加工路線產(chǎn)物性質(zhì)和液收對(duì)比

為能夠更好地優(yōu)選適宜的重油加工路線，本部分對(duì)延遲焦化、漿態(tài)床加氫和沸騰床加氫這3種重油加工路線的產(chǎn)物性質(zhì)和液收進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而能夠更好地指導(dǎo)典型煉化一體化企業(yè)生產(chǎn)低硫船用燃料油的重油加工方案設(shè)計(jì)。

3種路線的加工重油為混合減壓渣油，性質(zhì)較差，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.5%～5.7%，殘?zhí)恐?3.0%～26.0%，金屬（Ni+V）220～260μg/g，具體加工原料性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 3種路線加工的混合減壓渣油性質(zhì)

沸騰床加氫數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)石油化工股份有限公司自主開(kāi)發(fā)的STRONG沸騰床加氫裝置，典型工藝條件為反應(yīng)溫度420℃，反應(yīng)壓力15.0MPa，氫油體積比600，具體工藝流程見(jiàn)文獻(xiàn)[14]；漿態(tài)床加氫數(shù)據(jù)來(lái)源為國(guó)外某專利商的漿態(tài)床加氫裝置，具體工藝流程見(jiàn)文獻(xiàn)[15]，典型工藝條件為反應(yīng)溫度430℃，反應(yīng)壓力16.0MPa，氫油體積比600；延遲焦化數(shù)據(jù)為煉廠目前常規(guī)的一爐兩塔的焦化裝置[16]，典型焦化溫度490℃，壓力0.18MPa。3 種重油加工路線在典型工藝條件下的產(chǎn)品性質(zhì)和液收情況見(jiàn)下文。

1.1 產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)比

表2 為3 種渣油加工路線石腦油餾分性質(zhì)比較。相比于延遲焦化和漿態(tài)床石腦油，沸騰床加氫石腦油硫、氮含量低，鏈烷烴高，可作為優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料。

表2 3種重油加工路線石腦油餾分性質(zhì)

表3 為3 種重油加工路線的柴油餾分性質(zhì)。與延遲焦化和漿態(tài)床柴油相比，沸騰床加氫柴油硫、氮含量低，十六烷指數(shù)較高，綜合性質(zhì)較好，可通過(guò)后續(xù)低壓加氫精制來(lái)生成優(yōu)質(zhì)的柴油產(chǎn)品。

表3 3種重油加工路線的柴油餾分性質(zhì)

表4 為3 種重油加工路線蠟油性質(zhì)對(duì)比。相比于延遲焦化和漿態(tài)床生成蠟油，沸騰床加氫蠟油餾分硫、氮含量低，更適合作為加氫裂化或催化裂化原料。比較兩種加氫路線，可以發(fā)現(xiàn)漿態(tài)床加氫蠟油中的N 含量、S 含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沸騰床加氫蠟油，后續(xù)直接進(jìn)加氫裂化等裝置加工較為困難，同時(shí)作為低硫船用燃料油時(shí)由于硫含量較高，需要增設(shè)加氫處理單元來(lái)進(jìn)一步脫除雜質(zhì)。

表4 3種重油加工路線蠟油性質(zhì)對(duì)比

此外，漿態(tài)床各餾分油加氫后氮含量均顯著高于其他兩種技術(shù)，其原因主要為氮在渣油中的存在形式和氮的轉(zhuǎn)移規(guī)律不同，渣油中氮主要存在于膠質(zhì)瀝青質(zhì)中，焦化過(guò)程中渣油原料中絕大多數(shù)的氮都富集在焦炭中，餾分油中氮含量相對(duì)較低；沸騰床脫氮效果優(yōu)于漿態(tài)床是因?yàn)樗捎么呋瘎┎煌?，沸騰床加氫多采用鉬鎳型催化劑，漿態(tài)床加氫一般采用鐵系或油溶性有機(jī)鉬作為催化劑，加氫脫氮過(guò)程首先含氮原子的芳香環(huán)先加氫飽和再斷鍵脫氮，鎳金屬加氫效果更好。

表5列出了石油焦、加氫未轉(zhuǎn)化油和直餾減渣的性質(zhì)，其中焦化工藝制備的石油焦硫含量高達(dá)8.34%，難以滿足目前低硫石油焦的硫含量低于3.0%的指標(biāo)；此外，相比于直餾減渣，沸騰床加氫渣油硫、金屬含量低，可作為低硫船用燃料油調(diào)和組分或低硫電極焦原料[11-12]；漿態(tài)床加氫尾渣中硫、氮含量較高，同時(shí)金屬雜質(zhì)、固含量和瀝青質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沸騰床未轉(zhuǎn)化油數(shù)倍之多，處理難度極大，只能作為自用燃料，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保問(wèn)題值得考慮。

表5 石油焦、漿態(tài)床加氫尾渣油、沸騰床加氫未轉(zhuǎn)化油和直餾減渣性質(zhì)對(duì)比

針對(duì)表5 中3 種重油加工路線產(chǎn)物的性質(zhì)差異進(jìn)行分析，與直餾減渣相比，漿態(tài)床加氫尾渣密度增大是因?yàn)槲苍泻写罅康拇呋瘎┖蜔崃鸦磻?yīng)后的縮合大分子，沸騰床加氫未轉(zhuǎn)化油密度減小是因?yàn)榇蠓肿拥哪z質(zhì)瀝青質(zhì)在催化劑作用下加氫裂化成較小的分子；漿態(tài)床加氫尾渣的雜原子金屬含量以及固含量顯著高于沸騰床未轉(zhuǎn)化油以及直餾渣油，是因?yàn)闈{態(tài)床加氫過(guò)程催化劑一般是溶解在油中，反應(yīng)分餾后富集在加氫尾渣中，因而導(dǎo)致金屬含量和固含量高。漿態(tài)床加氫尾渣的瀝青質(zhì)遠(yuǎn)高于直餾減渣，是因?yàn)闈{態(tài)床加氫過(guò)程主要發(fā)生臨氫熱裂化反應(yīng)，大量高縮合的瀝青質(zhì)分子富集在尾油中；而沸騰床加氫過(guò)程瀝青質(zhì)主要發(fā)生芳香環(huán)加氫飽和開(kāi)環(huán)過(guò)程，瀝青質(zhì)基本都轉(zhuǎn)化成小分子的其他組分。

1.2 液收對(duì)比

表6列出沸騰床和漿態(tài)床加氫兩種重油加工路線液收對(duì)比，其中沸騰床加氫路線的未轉(zhuǎn)化油（UCO）可進(jìn)一步焦化生產(chǎn)低硫石油焦，而漿態(tài)床加氫路線中的UCO 含有較高的雜質(zhì)金屬，只能作為鍋爐蒸汽燃料。比較兩種重油加工路線輕油收率，漿態(tài)床加氫路線干氣收率較高，總液收相對(duì)較低，說(shuō)明在液收方面沸騰床同樣占據(jù)較大的優(yōu)勢(shì)。

2 方案設(shè)計(jì)

基于上述不同重油加工路線產(chǎn)物性質(zhì)和液收對(duì)比可知，沸騰床加氫和漿態(tài)床加氫都可作為重油加工方案來(lái)生產(chǎn)低硫船用燃料油，但兩種加氫路線存在明顯的差異，主要體現(xiàn)在如下方面：①漿態(tài)床干氣比例高；②漿態(tài)床蠟油中硫氮含量高，需要設(shè)置后續(xù)加氫處理裝置；③漿態(tài)床未轉(zhuǎn)化油中固含量高，未轉(zhuǎn)化油難以生產(chǎn)船用燃料油等。以上問(wèn)題需要在接下來(lái)的方案中進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

方案設(shè)計(jì)主體的原油加工能力為1600 萬(wàn)噸/年煉油總流程，以中東高硫重油沙重、沙中、伊重、巴士拉混合原油為加工原料，混合原油硫含量2.50%，API 為29.7，重質(zhì)混合原油常減壓蒸餾方案見(jiàn)表7。

該項(xiàng)目煉油的主要目的是為最大量生產(chǎn)芳烴和乙烯提供原料，交通運(yùn)輸燃料油只有航煤和低硫船用燃料油。其中低硫船用燃料油的生產(chǎn)能力為200萬(wàn)噸/年。而重油加工方案的合理選擇將是低成本生產(chǎn)低硫船用燃料油的關(guān)鍵。針對(duì)當(dāng)前煉化企業(yè)普遍關(guān)注的沸騰床和漿態(tài)床重油加工技術(shù)，本文作者課題組分別對(duì)采用沸騰床和漿態(tài)床渣油加工方案進(jìn)行對(duì)比。

沸騰床方案采用沸騰床+蠟油加氫裂化+柴油加氫裂化+催化重整+芳烴聯(lián)合裝置+蒸汽裂解加工路線，主要包括2套240萬(wàn)噸/年沸騰床渣油加氫裝置、1套400萬(wàn)噸/年蠟油加氫裂化裝置、2套250萬(wàn)噸/年柴油加氫裂化裝置、1套660萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置等。沸騰床渣油加氫裝置加工全部減壓渣油和直餾重蠟油原料，蠟油加氫裂化加工直餾蠟油和部分沸騰床蠟油原料，柴油加氫裂化加工直餾柴油、直餾輕蠟油和部分沸騰床柴油，連續(xù)重整加工精制石腦油、重石腦油和外購(gòu)環(huán)己烷，裝置生成丙烷、歧化干氣、液化氣、戊烷油、化工輕油和加氫尾油作為乙烯裂解原料，全部沸騰床渣油、部分蠟油和柴油調(diào)和生產(chǎn)低硫船用燃料油。沸騰床加氫方案的全流程方案見(jiàn)圖1。

漿態(tài)床方案采用漿態(tài)床+蠟油加氫處理+蠟油加氫裂化+柴油加氫裂化+催化重整+對(duì)二甲苯（PX）+蒸汽裂解加工路線，主要包括2套200萬(wàn)噸/年漿態(tài)床渣油加氫裝置、1 套200 萬(wàn)噸/年蠟油加氫裝置、1套400萬(wàn)噸/年蠟油加氫裂化裝置、2套250萬(wàn)噸/年柴油加氫裂化裝置、1套660萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置等。漿態(tài)床渣油加氫裝置加工全部減壓渣油，增設(shè)蠟油加氫裝置加工漿態(tài)床蠟油和直餾重蠟油，蠟油加氫裂化裝置加工直餾蠟油，柴油加氫裂化加工直餾柴油、直餾輕蠟油和漿態(tài)床柴油，連續(xù)重整加工精制石腦油、重石腦油和外購(gòu)環(huán)己烷，裝置生成丙烷、歧化干氣、液化氣、戊烷油、化工輕油和加氫尾油作為乙烯裂解原料，增設(shè)蠟油加氫裝置得到的加氫蠟油生產(chǎn)低硫船用燃料油，未轉(zhuǎn)化渣油自用為燃料油。圖2列出了漿態(tài)床加氫全流程方案。

表8列出沸騰床加氫和漿態(tài)床加氫方案中重油加氫部分的原料和產(chǎn)品分布。加工原料方面，相對(duì)于漿態(tài)床加氫，沸騰床加氫原料除加工減壓渣油外，還包括直餾重蠟油；氫耗方面，沸騰床加氫相對(duì)較低；產(chǎn)品分布方面，漿態(tài)床加氫方案干氣收率較高，柴油、蠟油收率較高，而沸騰床加氫方案加氫渣油收率較高。

3 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

本節(jié)主要從技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)效益方面對(duì)沸騰床加氫和漿態(tài)床加氫方案進(jìn)行分析對(duì)比，主要包括兩種方案的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、氫氣平衡和投資經(jīng)濟(jì)性等方面。

表6 沸騰床和漿態(tài)床加氫兩種重油加工路線液收對(duì)比

表7 重質(zhì)混合原油常減壓蒸餾方案

圖1 沸騰床加氫全流程方案

圖2 漿態(tài)床加氫全流程方案

3.1 兩種方案產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)比

兩種對(duì)比方案的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要為低硫船用燃料油、重整原料和乙烯裂解原料，在保證200萬(wàn)噸/年的低硫船用燃料油的生產(chǎn)目標(biāo)下，盡可能多地生產(chǎn)重整原料和乙烯裂解原料。

表8 兩種方案中重油加氫部分的原料和產(chǎn)品分布

3.1.1 低硫船用燃料油產(chǎn)品方案對(duì)比

表9列出沸騰床方案和漿態(tài)床方案生產(chǎn)低硫船用燃料油原料對(duì)比，可以看出相比于漿態(tài)床加氫方案生產(chǎn)低硫船用燃料油，沸騰床加氫方案不需要新建蠟油加氫裝置，只需將沸騰床柴油、蠟油和渣油按比例調(diào)和即可，投資成本相對(duì)較低。

表9 沸騰床方案和漿態(tài)床方案生產(chǎn)低硫船用燃料油原料對(duì)比

3.1.2 重整原料對(duì)比

表10 列出了沸騰床方案和漿態(tài)床方案連續(xù)重整原料對(duì)比，兩種方案的重整原料種類基本相同，但沸騰床方案中精制石腦油和蠟油加氫裂化石腦油的產(chǎn)量明顯高于漿態(tài)床方案，進(jìn)而表現(xiàn)出沸騰床方案催化重整原料可以增產(chǎn)20.55萬(wàn)噸/年。

3.1.3 乙烯裂解原料對(duì)比

表11列出了沸騰床和漿態(tài)床方案的乙烯裂解原料對(duì)比。相比于漿態(tài)床方案，沸騰床方案中適宜作乙烯裂解原料的加氫裂化尾油比例明顯增加，沸騰床方案比漿態(tài)床方案增產(chǎn)乙烯裂解原料13.41萬(wàn)噸/年。

表10 沸騰床方案和漿態(tài)床方案連續(xù)重整原料對(duì)比

表11 沸騰床方案和漿態(tài)床方案乙烯裂解原料對(duì)比

3.2 兩種方案產(chǎn)氫和耗氫對(duì)比

對(duì)于加氫型煉廠來(lái)說(shuō)，氫氣平衡核算對(duì)全流程方案的設(shè)置和煉廠經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，接下來(lái)從重整產(chǎn)氫和新氫消耗兩個(gè)方面對(duì)沸騰床方案和漿態(tài)床方案進(jìn)行分析比較。

3.2.1 重整產(chǎn)氫對(duì)比

表12 列出了沸騰床方案和漿態(tài)床方案重整氫氣平衡比較。相比于漿態(tài)床加氫方案，沸騰床方案可以增產(chǎn)重整氫氣1.78萬(wàn)噸/年。

表12 沸騰床方案和漿態(tài)床方案重整氫氣平衡比較

3.2.2 新氫消耗對(duì)比

表13 列出了沸騰床方案和漿態(tài)床方案純氫平衡比較，由于沸騰床轉(zhuǎn)化產(chǎn)品中干氣和液化氣收率顯著低于漿態(tài)床方案，沸騰床渣油加氫和柴油加氫裂化單元?dú)浜妮^低，總體表現(xiàn)出沸騰床方案可以減少外購(gòu)氫氣4.11萬(wàn)噸/年。

表13 沸騰床方案和漿態(tài)床方案純氫平衡比較

3.3 兩種方案總物料平衡和綜合技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從煉廠全流程角度核算沸騰床和漿態(tài)床方案的原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的總物料平衡列于表14。從原料構(gòu)成來(lái)看，相比于沸騰床方案，漿態(tài)床方案在外購(gòu)燃料油和外購(gòu)燃料氣方面可分別減少13.44萬(wàn)噸/年和20萬(wàn)噸/年，主要是由于漿態(tài)床干氣收率較高且未轉(zhuǎn)化渣油均用于自用燃料。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，與漿態(tài)床相比，沸騰床方案產(chǎn)品合計(jì)增加33.87萬(wàn)噸/年，主要體現(xiàn)在航煤、混合二甲苯和苯都有較大幅度的增加。

表15 列出兩種方案的綜合技術(shù)指標(biāo)，可以看出沸騰床方案的綜合商品率、輕質(zhì)油收率和基本化工原料收率都較漿態(tài)床方案有明顯提升，同時(shí)沸騰床方案的氫耗相對(duì)較低。

3.4 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

根據(jù)各加工方案的物料平衡數(shù)據(jù)、投資成本、加工費(fèi)用等數(shù)據(jù)，計(jì)算得出不同方案在50 美元原油價(jià)格體系下的經(jīng)濟(jì)效益，在此基礎(chǔ)上分析評(píng)價(jià)各加工方案的經(jīng)濟(jì)性。本項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的編制執(zhí)行《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》（第三版）、中國(guó)石油化工集團(tuán)暨股份公司《石油化工項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制規(guī)定》（2005）、《中國(guó)石油化工項(xiàng)目可行性研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)與數(shù)據(jù)》（2018年）中的有關(guān)規(guī)定，按照項(xiàng)目建設(shè)前后全廠“有無(wú)對(duì)比法”測(cè)算經(jīng)濟(jì)效益，以增量效益的高低作為該項(xiàng)目沸騰床技術(shù)方案與漿態(tài)床技術(shù)方案效益比較的依據(jù)。以50 美元效益測(cè)算價(jià)測(cè)算，沸騰床方案扣消費(fèi)稅毛利較漿態(tài)床方案高16.13億元。

表14 沸騰床方案和漿態(tài)床方案總物料平衡

表15 不同加工方案的綜合技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)論

在目前低硫重質(zhì)船用燃料油生產(chǎn)需要以及煉廠轉(zhuǎn)型升級(jí)最大化生產(chǎn)重整原料和乙烯裂解原料的背景下，相比于漿態(tài)床加氫方案，沸騰床加氫方案在經(jīng)濟(jì)性方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。主要體現(xiàn)在如下幾方面：相比于沸騰床加氫裝置，漿態(tài)床存在干氣收率高、蠟油硫氮雜質(zhì)含量高以及加氫尾渣中固含量高等問(wèn)題；相比于漿態(tài)床加氫方案生產(chǎn)低硫船用燃料油，沸騰床加氫方案不需要增設(shè)蠟油加氫裝置，投資成本相對(duì)較低；沸騰床方案催化重整原料和乙烯裂解原料可分別增產(chǎn)20.55萬(wàn)噸/年和13.41萬(wàn)噸/年，比較符合目前煉廠由“煉油型”煉廠向“化工型”煉廠轉(zhuǎn)型的需求；兩種方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比，以50 美元效益測(cè)算價(jià)測(cè)算，沸騰床方案扣消費(fèi)稅毛利較漿態(tài)床方案高16.13億元。