MCT懸浮床加氫工藝的研究及工業化進展

胡紅輝

摘要：介紹了當前國內外主要的重油加氫工藝，以及懸浮床加氫工藝技術的研究及發展現狀，重點敘述了國內首套MCT超級懸浮床重油加氫工藝技術研究和投產情況，通過MCT工藝在重油加工深度、輕油收率、物料衡算等方面的描述，總結MCT懸浮床加氫工業生產裝置的運行情況，闡明了懸浮床加氫工藝未來的攻關方向和發展趨勢。

關鍵詞：重油加氫；MCT懸浮床加氫工藝；輕油收率；物料衡算

中圖分類號：TE 624 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0102-04

我國石油資源短缺，2015年我國的原油加工量為5.22億t，其中進口量3.355億t，對外依存度超過了60%，劣質重油已經成為我國石油進口增長的主要來源。

重油加氫裂化技術是處理劣質重油的重要手段，主要包括固定床加氫、沸騰床加氫、懸浮床加氫和移動床加氫技術。MCT懸浮床加氫工藝作為國內首套實現懸浮床重油加工的工業生產裝置，原料適應性好，可處理各類渣油和煤焦油原料，反應器設計巧妙、前后壓降小，工藝輕油收率高、加工費用低，是目前國內加工劣質重油的理想工藝，達到了重油加工領域的國際先進水平。

1 當前國內外主流重油加氫工藝介紹

1.1 固定床渣油加氫工藝

我國引進和自主研發的渣油固定床加氫工藝有：美國雪弗龍公司研發的VRDS工藝，是由齊魯石化引進國外的第一套固定床加氫工藝；從美國環球油品公司引進處理常壓渣油的ARDS工藝，能夠處理中東含硫原油常渣，但需要與催化裂化裝置組合輕質化處理；國內茂名石化建設的渣油加氫裝置采用了我國自主研發的S-RHT工藝對處理劣質重油有一定局限性，原料適應性較差。固定床渣油加氫工藝反應床層溫度操作極易受到原料的變化的影響，單程轉化率相對較低，需配置其他加氫精制裝置才能保證產品的優良，投資成本無優勢。

1.2 沸騰床重油加氫工藝

沸騰床加氫工藝是目前重油加氫和煤液化裝置選擇并投入運行較成熟的工藝，該工藝原料的適應性很廣，轉化率較高、輕油收率相比固定床加氫工藝較高。目前實現工業化應用實踐的沸騰床工藝主要有H-Oil、T-Star和LC-Fining三種，國內不少企業競相開發的沸騰床工藝均在上述三種工藝基礎上進行優化和創新，獨創了各自的生產工藝。雖然沸騰床加氫工藝具有較好的原料適應性，但其反應器要求較高，設備折舊率大，投資回報率和加工成本很高。

1.3 移動床加氫工藝

移動床加氫工藝由于反應器內構件復雜，催化劑添加持續性不理想，對下游裝置的反應壓降影響較大，經濟效益相對較差，因此研究該工藝的企業或機構較小，只有美國雪弗龍公司和英國殼牌公司對移動床加氫工藝進行了相關的試驗研究，研究表明移動床加氫裂化可以將劣質渣油轉化，轉化率在67%左右，脫金屬率和脫硫率均超過90%，但移動床加氫工藝的穩定性運轉和安全性目前仍無法有效驗證。

1.4 懸浮床重油加氫工藝

相比沸騰床加氫工藝，懸浮床加氫工藝投資少，反應系統操作更穩定，催化劑活性的可持續性更明顯，加氫裂化效率也更高，同時懸浮床加氫技術對含硫量高、膠質、瀝青質含量高等劣質重油實現全餾分轉化，是目前處理重劣質原油或焦油最理想的技術工藝。國外大型企業對懸浮床加氫工藝進行了大量的研究試驗，包括意大利埃里克公司的EST懸浮床加氫工藝、美國雪弗龍公司的VRSH加氫工藝、德國VEBE公司與其他公司合作開發的HDHPLUS工藝和BP-VCC工藝。國內懸浮床加氫工藝成功應用于工業裝置只有北京三聚環保材料公司與北京華石能源有限公司共同開發的MCT工藝技術，國內其他企業或機構也進行了工業化嘗試，但均遇到了不少工藝或設備方面的瓶頸問題。

2 MCT懸浮床加氫工藝的優勢和工業化情況

由三聚環保和華石能源公司聯合自主研發的超級懸浮床（Mixed cracking treatment，簡稱MCT）工藝技術，是國內首套成功應用于工業化裝置的懸浮床加氫工藝。它采用冷壁反應器一熱壁反應器串聯的方式，經過高低壓分離后減壓深拔，最后得到有利于固定床加氫裂化的中間產物，再經過特定的固定床加氫裝置獲得高質量的輕油產品，MCT工藝流程簡圖見圖1。該工藝突破了傳統的重油加氫工藝對劣質重油的加工難度，可以對高硫氮、高金屬、高殘炭等重劣質油品進行全餾分轉化，反應器溫升穩定、產品質量高，轉化率達到96%以上。通過對生產工藝和設備不斷的優化改造，MCT懸浮床加氫工業裝置一次性開車成功，并平穩運行超過3300h，同時對不同性質的重質油原料進行試驗和數據收集，為大型規模懸浮床加氫裝置的建設和投產提供數據和技術支持。

MCT工藝技術在河南鶴壁的工業示范裝置自2016年2月投產以來，通過不斷的工藝和設備優化，得到了國內首套懸浮床加氫工業化裝置運行的參數和經驗，下面就中溫煤焦油與中低溫煤焦油混合原料在MCT懸浮床加氫裝置的運行情況，討論該工況下輕油收率及物料衡算，從而研究MCT懸浮床加氫工藝的可行性和經濟性。

2.1 某典型劣質重油工況運行情況分析

2.1.1 典型劣質重油混合料性質

該工況原料主要由中溫煤焦油、中低溫煤焦油、減底油組成，原料混合油的配比量分別是中溫煤焦油占20%～60%、中低溫煤焦油占30%-70%、減底尾油占3%～10%，中溫煤焦油屬于密度大、殘炭量高、硫氮含量較高的焦化重油，具體的物料性質見表1，中低溫煤焦油物料性質比中溫煤焦油更有利于加工，但仍屬于高含硫、高含氮的重油，具體物料性質見表2。重質原料經過脫水、脫鹽等預處理和原料罐充分混合攪拌后，得到的混合油密度為0.99～1.01g/cm³、固含量在1%～3%。

2.1.2 工業示范裝置的加氫裂化反應情況

煤焦油混合料在冷壁反應器的放熱明顯，由于中溫煤焦油在深加工過程，不飽和物質多，加氫反應多，放熱量大，反應加熱爐出口至冷壁反應器的平均溫升△T達到了86.1℃，很好的反應器入口溫升為冷壁反應器懸浮床加氫裂化反應創造了良好的反應溫度，給后續的分餾系統的輕油拔出提供了必要的條件；同時熱高分內部上下閃蒸溫差達到25.6℃，說明在這種介質工況下，反應溫升良好，裂化反應多，輕油產量大，利于分餾減壓系統的操作，具體的常壓汽提塔石腦油產量和減壓塔側線抽出餾分油產量見表3。

在懸浮床加氫系統加工中溫煤焦油混合油時，懸浮床系統的新氫補入量達到3000～3500Nm³/h、氫耗約占原料的5%-7%；循環氫中氫氣純度89%-92%，甲烷、乙烯等裂化氣的產率在6%～8%，但是相對沸騰床煤直接液化工藝（循環氫中氫純度81%-85%），耗氫量明顯較少些。在MCT工業化裝置不添加硫化劑的工況下，循環氫中H2S含量達到100-400μg/g，可見懸浮床系統的脫硫能力較強，能夠適應高硫劣質油的工況。

2.2 MCT懸浮床加工工藝的油收率和物料衡算

MCT工藝懸浮床反應部分添加催化劑量是進料量1%～2%，最終產品中柴油產量較高，占總產量的59.3%，懸浮床加氫裝置生產的中間產品主要是減壓餾分油、常壓餾分柴油和少量的石油腦組分；同時懸浮床中間產物經過固定床加氫精制后，柴油和石油腦收率達到近80%。除去原料中的含水量和尾油脫除的雜質量，整個MCT工藝裝置的損耗率在3%-5%之間，具體的輕油收率和物料衡算見表4。

MCT工藝工業裝置的能耗主要集中在用電量、中壓蒸汽、燃料氣和循環水方面，整個裝置的能耗較大，需要擴大工業生產裝置的規模和加強實施節能降耗措施，來降低工業化裝置的能耗，提升MCT工藝裝置的經濟性。

通過上述原料混合油在MCT工業化裝置生產運行情況的說明，可以看出中溫煤焦油等劣質重油在MCT懸浮床加氫裝置中，反應放熱充分，滿足了懸浮床冷壁反應器內的最佳反應溫度，實現催化劑的良好活性，能夠很好地進行加氫裂化反應，輕油收率均很高效。MCT小規模工業示范裝置綜合能耗較高，需要在用電量、蒸汽消耗量、燃料氣消耗量等方面采取節能措施，充分利用好裝置的廢氣和廢渣，降低裝置的能耗，提高工業化生產裝置的經濟效益。

3 結論

2015年國內煤焦油產能已經突破2800萬t/a，產量在產能的六成左右，產能已經過剩，而且“十三五”期間國家政府對車用油環保的要求逐年增加和嚴格，汽柴油國五標準已經在全國多個省市投用，因此以煤焦油為基礎原料油的MCT懸浮床加氫裝置，可以發揮很好的重油加氫功能，通過摻煉渣油、瀝青等重質油品可實現不同劣質重油的高收率轉化。MCT工藝對環境友好，無廢催化劑或殘渣排出，符合國家的環保要求。同時MCT懸浮床反應器結構簡單，沒有明顯的床層，催化劑與原料一塊通透性穿過反應器系統，減少反應器堵塞和前后壓降高問題，催化劑在線不斷更新，增加了催化劑的活性，對加氫反應有利，懸浮床加氫裝置操作彈性大、開工周期長的特性可以顯現。

經過MCT懸浮床加氫裝置的生產運行過程發現，懸浮床加氫技術仍有待解決的難點主要有：（1）開發研究新型催化劑，提高中間產品轉化率，減少未轉化的尾油產量，提高加工能力，降低裝置投資和操作費用。（2）優化懸浮床反應的中間產物質量，防止催化劑粉末的攜帶，減少催化劑粉末對后續固定床反應床層壓降的影響。以上問題均是首套MCT懸浮床加氫工業示范裝置中攻關的方向，為MCT超級懸浮床百萬噸級規模裝置的擴大化生產運營提供良好的參考。