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炼油装置介绍专题--渣油加氢装置
根据BP能源的分析，未来全球可供大规模开采的轻质原油的比例将逐步降低，重质原油比例将增加，初步估计，全球炼油商加工的原油，大致60%以上为重质原油；与此同时，全球储量最多的就是委内瑞拉、加拿大的重质原油或者油砂，炼油厂加工的原油日趋重质化。在常减压蒸馏装置出来的减压渣油或者常压渣油就要进行二次处理，减压/常压渣油的性质也日益劣质化。
炼油厂处理渣油的两条路线，不外乎，一是脱碳工艺，也就是常说的延迟焦化或者灵活焦化；二是加氢工艺，也就是常说的固定床渣油加氢、沸腾床渣油加氢或者悬浮床渣油加氢；更有利用溶剂处理渣油的工艺，溶剂脱沥青;利用热裂解处理的减粘裂化。本文主要介绍固定床渣油加氢（以下没有特殊说明的，渣油加氢都是指固定床渣油加氢）。
1 渣油加氢流程
渣油加氢流程如下：从常减压蒸馏装置过来的渣油，经过高压泵升压，与反应器生成油换热后，与氢气混合后进入加热炉加热；加热后的油气混合物进入反应器中，在高温、催化剂环境下，脱除硫、氮、金属等杂质并部分裂化，反应生成油经过一系列的换热、冷却后，进入高压分离系统；在热高压分离罐、冷高压分离罐、热低压分离罐、冷低压分离罐中进行油、气、水三相分离，油相送去分馏系统，进行石脑油、柴油及加氢尾油分离。
渣油加氢的最终产品有：低分气、酸性气（干气），粗石脑油、柴油及加氢尾油。
2 渣油加氢工艺技术
全球渣油加氢主要有两大技术，一是CLG公司的RDS/VRDS技术，二是UOP公司的RCD Unibon工艺。还有一些其它的工艺技术，例如Exxon公司的Residfining工艺、中石化的S-RHT工艺、法国IFP的Hyval工艺等等。
CLG公司由Chevron和ABB Lummus Golabl共同组建而成的，全球采用CLG技术的渣油加氢产能接近50%，CLG公司占据全球固定床渣油加氢的最大份额。
UOP公司是全球最早拥有渣油加氢技术的公司，全球采用UOP技术的渣油加氢产能接近30%，UOP公司占据全球固定床渣油加氢的第二大的份额。
根据大连石化渣油加氢装置的运行经验，采用CLG的固定床渣油加氢技术，可以满足运行335天的设计指标，但是有很多相关的限制：原油的酸值不能高于0.5mgKOH/g，常渣中的Ni/V不大于0.5，总氮要不大于3500ppm，沥青质要不大于7.0%，残炭建议不大于17%。满足上述要求的原油有：穆尔班、阿曼、沙轻、沙重、科威特、伊轻等原油；不建议加工沙重、沙超轻、伊重等原油。
国内中石油多数采用CLG的技术。
中石化则采用自有的S-RHT工艺，中石化新建、升级改造的炼油厂基本不采用国外技术。
3 渣油加氢主要参数
渣油加氢，主要关注的操作参数，反应器床层压降、催化剂活性（反应温度）、操作压力等等。
常规的渣油加氢装置，单台反应器压降不大于0.7Mpa；上海石化固定床渣油加氢，一个周期下来，单台反应器压降控制不大于0.4Mpa，两个系列分别运行350天、345天，能保证装置长周期运行。
反应温度控制350—420°C，操作压力控制13—18Mpa。
石脑油收率控制2—10%；
轻柴油收率控制10—27%。
原油中的Fe和Ca含量会对渣油加氢的长周期运行产生影响，国内部分渣油加氢装置，常常因为上述原料的参数超标，导致反应器床层压降短时间升高。按照长岭石化的运行经验，可以在常减压蒸馏装置中注入脱钙剂将Ca脱除。同时，要降低脱钙剂的酸度，防止常减压蒸馏装置腐蚀的Fe+离子带至下游固定床渣油加氢装置，这样可以优先延长固定床渣油加氢的运行时间。
还可以通过掺炼催化裂化装置的柴油，抑制催化剂的生焦，从而延长装置运行时间，因催化裂化柴油中的芳烃含量较高，最高的可达81.4%，可以抑制生焦。但是，掺炼催化裂化柴油，因柴油中的芳烃饱和反应产生大量热，会增加反应深度、氢耗，这个要算个成本账。
4 装置能耗及操作费用
常规的炼油装置,消耗能源最多的就是,水、电、汽、风，其中蒸汽、电用量较多。渣油加氢装置也是如此，蒸汽、循环水以及电，三项物料消耗占据了装置能耗的50%。还有一个比较特别的，仪表风、非净化风的消耗也比较大，主要是渣油加氢装置的设备较传统的加氢装置多。
在装置操作费用构成方面，渣油加氢装置主要的费用大头是装置能耗，降低装置能耗就能降低装置的操作费用；其次为折旧，渣油加氢装置的投资巨大，一套200万吨/年的渣油加氢装置，投资约15—17亿元，每年的折旧高达1.5—1.7亿元。相对上述两项，人工薪酬所占比例几乎忽略不计。
5 未来发展趋势
低硫燃料油标准升级后，全球各炼油商都开始考虑新建渣油加氢装置，解决当前燃料油硫含量过高的问题。国内的炼油商，基本是通过调整原油品种，利用渣油加氢装置生产低硫燃料油；也有适应未来原油重质化，采用更新的沸腾床、悬浮床渣油技术；更有通过于下游高度联合的组合技术。
5.1 船用燃料油
国内的渣油加氢产能接近8000万吨，其中，中石化渣油加氢产能约占国内产能的34%；其次为中石油，约占国内产能的25%。
中国石化宣布，2020年，该公司可以提供燃料油产能达到1000万吨，2023年这一产能将超过1500万吨。根据金联创的消息，除上海石化和海南炼化已经成功开发出低硫船用燃料油之外，中石化旗下多家炼厂如青岛炼化、齐鲁石化、胜利稠油厂、沧州炼化，镇海炼化、茂名石化、湛江东兴等也均计划生产低硫船用燃料油的计划。
“大地”认为，按照中国石化的渣油加氢产能来看，远期燃料油产量达到2000—2500万吨都不奇怪。从消费商看，2017年中国燃料油表观消费为2939万吨，预计未来可能达到3500万吨。船用燃料油新标准的实施、未来燃料油消费景气，将会刺激国内炼油商上马渣油加氢装置。
5.2 渣油加氢技术
常规的渣油加氢技术，仅能运行350—370天，运行周期相对较短，炼油厂必须短停处理，对于操作人员来说，劳动强度大、较易发生事故。采用沸腾床或者悬浮床渣油加氢技术，就可以解决该问题。但是，根据埃尼运行情况，其悬浮床渣油加氢装置几次工业化试验就发生过着火的事故。国内第一套大型的、非常规的固定床渣油加氢--恒力石化的沸腾床渣油加氢于2019年5月开车，可以继续关注其运行的情况。
5.3 组合技术
渣油加氢装置与下游催化裂化装置深度耦合，也是渣油加氢技术发展的方向。国内常规的渣油加氢装置，下游多数都配套有催化裂化装置。国内汽油消费较柴油消费景气，炼油商有多产汽油的冲动，这就导致渣油加氢装置以低转化率、高加氢尾油产量为主。基于上述考虑，国内外的专利商，考虑将渣油加氢装置的分馏系统取消，并将催化裂化装置的柴油送至渣油加氢装置“回炼”。根据国内炼油商的经验，渣油加氢装置与下游催化裂化装置深度耦合，可以改善渣油加氢装置原料性质、提高催化裂化装置汽油收率、降低催化裂化油浆收率。
5.4 其它
渣油处理路线、盈利情况与原油价格密切相关，根据“大地”的估算，不同处理技术，其盈亏平衡点是不一样的。
在规模相同的情况下，原油在40美金/桶及以下，利用延迟焦化装置加工渣油，炼油厂利润最大化；原油在40--50美金/桶，利用催化裂化装置加工渣油，炼油厂利润最大化；原油在60美金/桶以上，利用渣油加氢装置加工渣油，炼油厂利润最大化。
不同油价下，各炼油厂及装置，盈利是不同的。
6 小结
随着原油劣质化、成品油标准严格化、燃料油标准最新化，固定床渣油加氢技术受到全球炼油商的青睐。在原油价格高于60美金/桶时，炼油厂采用该方案，企业利润最大化。
下一篇，将介绍延迟焦化装置。
参考文献
1、RHT系列渣油加氢催化剂在海南炼化的工业应用，窦志俊等
2、国内外渣油加氢处理技术发展现状及分析，方向晨
3、渣油加工技术现状及发展趋势，钟英竹等
4、大连石化渣油加氢装置催化剂寿命预测及原油加工建议，于天水等
5、发展渣油加氢裂化技术提高企业竞争力,李立权
6、固定床渣油加氢工艺发展与运行问题研究，徐宗坤等
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