劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)

本書(shū)對(duì)劣質(zhì)重油加工的意義、劣質(zhì)重油加氫的方法和沸騰床加氫的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，重點(diǎn)闡述了劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類(lèi)、劣質(zhì)重油加氫反應(yīng)、劣質(zhì)重油加氫催化劑、典型劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)、NUEUU技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、NUEUU裝置開(kāi)停工規(guī)程等內(nèi)容。
本書(shū)可供化工、石油領(lǐng)域的科研及技術(shù)人員使用，同時(shí)可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)高等院校的師生參考。

本書(shū)的主要特點(diǎn)： （1）對(duì)劣質(zhì)重油的來(lái)源、種類(lèi)、特征進(jìn)行系統(tǒng)的論述，并對(duì)發(fā)展我國(guó)劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的意義和方向進(jìn)行討論。 （2）對(duì)劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理，催化劑特征，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響因素等進(jìn)行分析論證。 （3）通過(guò)對(duì)沸騰床加氫的典型工程實(shí)例的介紹，對(duì)其裝置內(nèi)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝組合和優(yōu)化做出分析論述。 （4）在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的污染源和特征進(jìn)行分析討論的基礎(chǔ)上，對(duì)其防治方法和措施作出系統(tǒng)敘述。 （5）對(duì)生產(chǎn)操作要點(diǎn)和開(kāi)停工基本規(guī)程進(jìn)行敘述。 本書(shū)是目前國(guó)內(nèi)外較早涉及劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的著作，對(duì)促進(jìn)其技術(shù)發(fā)展具有一定的意義。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球常規(guī)原油資源儲(chǔ)量為3萬(wàn)億~4萬(wàn)億桶（石油單位，1桶=15898升），而非常規(guī)原油資源，包括重油、超重油和油砂瀝青的儲(chǔ)量接近8萬(wàn)億桶，我國(guó)進(jìn)口原油愈來(lái)愈劣質(zhì)化、重質(zhì)化，同時(shí)環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格成為“新常態(tài)”，實(shí)現(xiàn)能源清潔生產(chǎn)與高效利用是我國(guó)煉化企業(yè)綠色清潔可持續(xù)發(fā)展面臨的主要難題。
劣質(zhì)重油（重劣質(zhì)原油）加氫技術(shù)在重油輕質(zhì)化、清潔化等方面具有諸多優(yōu)勢(shì)，已成為劣質(zhì)重油加工最合理也最有效的關(guān)鍵技術(shù)，得到愈來(lái)愈多的關(guān)注。目前，按照加氫反應(yīng)器形式分類(lèi)，劣質(zhì)重油加氫技術(shù)可分為固定床、移動(dòng)床、沸騰床和懸浮床四種類(lèi)型。
經(jīng)對(duì)比，沸騰床加氫技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：①操作靈活，根據(jù)原料油的性質(zhì)差異可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化率，重劣質(zhì)原料適應(yīng)性強(qiáng)；②采用催化劑在線加排系統(tǒng)，周期性地從反應(yīng)器內(nèi)回收或添加催化劑，在不停工的情況下保持催化劑的反應(yīng)活性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)；③反應(yīng)器內(nèi)設(shè)計(jì)循環(huán)系統(tǒng)，催化劑處于均勻膨脹全混狀態(tài)，避免床層堵塞和床層壓降變化速率增大，具備良好的等溫操作性能。
劣質(zhì)重油的有效深度轉(zhuǎn)化是煉化行業(yè)追求的目標(biāo)。目前深度加工技術(shù)路線呈多樣化發(fā)展，綜合來(lái)看，加氫技術(shù)因其液體產(chǎn)品收率高、投資回報(bào)率高而得到越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。渣油沸騰床加氫技術(shù)因其催化劑床層溫度均勻、裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、易靈活操作，在工業(yè)上得到了日益廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外新建重油加氫裂化裝置中，沸騰床加氫裝置數(shù)量增幅高于固定床加氫裝置數(shù)量，以滿足劣質(zhì)重油深度加工的需要。
劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)是加工高硫、高殘?zhí)?、高重金屬原料的重要技術(shù)，在解決固定床加氫空速低、催化劑失活快、系統(tǒng)壓降大、易結(jié)焦、裝置運(yùn)行周期短等問(wèn)題方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。雖然沸騰床加氫技術(shù)已有相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展歷史，但相對(duì)于固定床加氫技術(shù)，能支撐大規(guī)模劣質(zhì)重油清潔高效轉(zhuǎn)化利用的現(xiàn)代工業(yè)化技術(shù)研究起步較晚，國(guó)內(nèi)外論述沸騰床加氫關(guān)鍵技術(shù)的書(shū)籍較少。為順應(yīng)相關(guān)研究、教學(xué)和企業(yè)人員的迫切需求，我們立足沸騰床加氫技術(shù)工業(yè)化多年的研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐，在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)相關(guān)最新科技成果及其工業(yè)化示范案例，編著了本書(shū)。
一、本書(shū)主要內(nèi)容
本書(shū)共分為8章：第1章緒論，對(duì)劣質(zhì)重油加工的意義、劣質(zhì)重油加氫的方法和沸騰床加氫的特點(diǎn)進(jìn)行了論述總結(jié)；第2章劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類(lèi)，主要對(duì)常規(guī)和非常規(guī)劣質(zhì)重油進(jìn)行了介紹說(shuō)明；第3章劣質(zhì)重油加氫反應(yīng)，對(duì)劣質(zhì)重油的反應(yīng)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及影響因素進(jìn)行了闡述；第4章劣質(zhì)重油加氫催化劑，對(duì)劣質(zhì)重油加氫催化劑的分類(lèi)、制備、特征及工業(yè)化應(yīng)用做了詳細(xì)敘述；第5章典型劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)外不同沸騰床加氫技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)敘述，包括HOil技術(shù)、LCFining技術(shù)、TStar技術(shù)、STRONG技術(shù)及NUEUU技術(shù)；第6章NUEUU技術(shù)，主要論述了NUEUU技術(shù)工業(yè)應(yīng)用工程實(shí)例；第7章環(huán)境保護(hù)，對(duì)沸騰床加氫工業(yè)應(yīng)用中的污染源及防治措施進(jìn)行了詳細(xì)論述；第8章NUEUU裝置開(kāi)停工規(guī)程，對(duì)NUEUU技術(shù)工藝裝置開(kāi)停車(chē)程序要點(diǎn)進(jìn)行了論述。
二、本書(shū)的主要特點(diǎn)
① 對(duì)劣質(zhì)重油的來(lái)源、種類(lèi)、特征進(jìn)行系統(tǒng)的論述，并對(duì)發(fā)展我國(guó)劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的意義和方向進(jìn)行討論。
② 對(duì)劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)機(jī)理、催化劑特征、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響因素等進(jìn)行分析論證。
③ 通過(guò)對(duì)沸騰床加氫的典型工程實(shí)例的介紹，對(duì)其裝置內(nèi)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝組合和優(yōu)化作出分析論述。
④ 在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的污染源和特征進(jìn)行分析討論的基礎(chǔ)上，對(duì)其防治方法和措施作出系統(tǒng)敘述。
⑤ 對(duì)生產(chǎn)操作要點(diǎn)和開(kāi)停工基本規(guī)程進(jìn)行敘述。
本書(shū)是目前國(guó)內(nèi)外較早涉及劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的著作，對(duì)促進(jìn)相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有一定的意義。本書(shū)可供從事油品加工尤其是劣質(zhì)重油加工科研、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的技術(shù)人員及相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考。本書(shū)理論聯(lián)系實(shí)際，重點(diǎn)突出科學(xué)性、可行性、實(shí)用性。
三、NUEUU技術(shù)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用
（1）NUEUU技術(shù)的主要特點(diǎn)
① NUEUU加氫過(guò)程無(wú)床層結(jié)焦堵塞等問(wèn)題，適用于處理煤焦油、渣油等多種劣質(zhì)重油原料，有利于后續(xù)固定床加氫或其他后續(xù)裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
② NUEUU操作溫度、壓力均高于固定床渣油加氫技術(shù)，尤其是反應(yīng)溫升遠(yuǎn)大于固定床渣油加氫，但卻更易操作，裝置運(yùn)行安全性更高。能夠保證關(guān)聯(lián)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定高效運(yùn)行。
③ NUEUU加氫技術(shù)處理劣質(zhì)重油，NUEUU裝置承擔(dān)預(yù)處理功能，脫除原料中大部分硫、氮、氧等雜原子，并使烯烴、芳烴大量飽和，脫除原料中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。原料油中的大分子縮聚物在NUEUU加氫裝置中充分氫解，其反應(yīng)產(chǎn)物在固定床加氫或其他后續(xù)裝置中更易實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。
④ NUEUU反應(yīng)器操作靈活，可根據(jù)原料性質(zhì)適當(dāng)改變反應(yīng)條件，以調(diào)節(jié)NUEUU反應(yīng)深度，從而實(shí)現(xiàn)在原料變化的情況下NUEUU裝置仍能為固定床加氫或?yàn)槠渌罄m(xù)裝置提供更加穩(wěn)定的原料。
⑤ NUEUU反應(yīng)器采用微球形催化劑，有利于其流化沸騰，反應(yīng)器內(nèi)催化劑膨脹沸騰依靠氣液進(jìn)料提升，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)器穩(wěn)定泵的流量來(lái)調(diào)整催化劑的膨脹效果。操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)充分，轉(zhuǎn)化率高。
⑥ NUEUU加氫技術(shù)采用壓差輸送催化劑在線加入反應(yīng)系統(tǒng)和高溫高壓催化劑在線排出反應(yīng)系統(tǒng)，利用了高壓氫氣，避免設(shè)置單獨(dú)的高壓輸送油泵，降低了投資、占地和能耗。
⑦ NUEUU加氫技術(shù)能處理多種全餾分劣質(zhì)重油，可充分提高資源利用率，獲取較高的液體產(chǎn)品收率，使得劣質(zhì)重油不再難以加工。
（2）NUEUU技術(shù)應(yīng)用實(shí)例
2015年國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)NUEUU在河北10萬(wàn)噸/年煤焦油加氫裝置一次開(kāi)車(chē)成功，成為首套國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的工業(yè)化沸騰床加氫裝置。裝置連續(xù)運(yùn)行一年后，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織中石油及中石化權(quán)威專(zhuān)家于2016年8月15日至8月18日對(duì)該裝置進(jìn)行了連續(xù)72小時(shí)的裝置標(biāo)定，并于2016年9月11日在北京召開(kāi)科技成果鑒定會(huì)，專(zhuān)家委員會(huì)評(píng)定“該技術(shù)先進(jìn)，創(chuàng)新性強(qiáng)，總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)”。首套NUEUU裝置的順利投產(chǎn)標(biāo)志著由國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的沸騰床加氫技術(shù)空白被填補(bǔ)。
2018年9月，第二套采用NUEUU技術(shù)的20萬(wàn)噸/年劣質(zhì)油輕質(zhì)化裝置一次開(kāi)車(chē)成功。
2019年9月，第三套采用NUEUU技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)能改造的30萬(wàn)噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開(kāi)車(chē)成功，避免了固定床工藝因床層壓降過(guò)大導(dǎo)致裝置停工的問(wèn)題。
2019年12月，第四套采用NUEUU技術(shù)的60萬(wàn)噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開(kāi)車(chē)成功。
2020年9月，第五套采用NUEUU技術(shù)的30萬(wàn)噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開(kāi)車(chē)成功。
四、本書(shū)編寫(xiě)分工
本書(shū)第1章、第5章由馬寶岐完成；第2章、第3章由孫昱東完成；第4章由韓保平、連奕新、賴偉坤完成；第6章由馮光平、郭玲聰、方麗、李歡龍完成；第7章由張周歲完成；第8章由馮光平完成。全書(shū)由韓保平、馮光平、馬寶岐、郭玲聰負(fù)責(zé)制定提綱、統(tǒng)稿、定稿。
由于本書(shū)內(nèi)容涉及大量新技術(shù)，外部技術(shù)又受限于詳盡資料獲取，特別是編者經(jīng)驗(yàn)不足、水平有限，書(shū)中難免有不妥之處，敬請(qǐng)廣大讀者給予指正。

編者
2024年1月

1　緒論001
1.1　我國(guó)煉油業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)001
1.1.1　劣質(zhì)重油供應(yīng)呈增長(zhǎng)之勢(shì)001
1.1.2　油品質(zhì)量清潔化不斷加快002
1.1.3　成品油市場(chǎng)需求變化增大004
1.1.4　煉油廠轉(zhuǎn)型升級(jí)技術(shù)路線006
1.2　劣質(zhì)重油的資源和加工路線009
1.2.1　基本范疇009
1.2.2　資源概述012
1.2.3　脫碳路線016
1.2.4　加氫路線024
1.2.5　路線比選031
參考文獻(xiàn)037

2　劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類(lèi)039
2.1　重質(zhì)油性質(zhì)039
2.1.1　重質(zhì)油的結(jié)構(gòu)和組成039
2.1.2　重質(zhì)油的沸點(diǎn)范圍047
2.1.3　重質(zhì)油的密度及組成特性參數(shù)049
2.1.4　重質(zhì)油的黏度053
2.1.5　重質(zhì)油的平均分子量055
2.1.6　重質(zhì)油的殘?zhí)?57
2.1.7　重質(zhì)油膠體結(jié)構(gòu)058
2.2　重質(zhì)原油061
2.3　石油渣油064
2.4　煤直接液化重油067
2.5　煤焦油068
2.5.1　高溫煤焦油070
2.5.2　中溫煤焦油071
2.5.3　低溫煤焦油071
2.5.4　蒽油073
2.6　油砂瀝青074
2.7　其他076
2.7.1　頁(yè)巖油076
2.7.2　脫油瀝青077
2.7.3　催化裂化油漿078
2.7.4　乙烯焦油079
參考文獻(xiàn)080

3　劣質(zhì)重油加氫反應(yīng)081
3.1　加氫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程081
3.1.1　加氫裂化反應(yīng)082
3.1.2　加氫脫硫反應(yīng)085
3.1.3　加氫脫氮反應(yīng)086
3.1.4　加氫脫氧反應(yīng)088
3.1.5　加氫脫金屬反應(yīng)088
3.1.6　加氫脫瀝青質(zhì)反應(yīng)090
3.1.7　各類(lèi)反應(yīng)之間的相互作用及關(guān)系091
3.1.8　加氫反應(yīng)機(jī)理093
3.2　加氫反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)094
3.2.1　加氫裂化反應(yīng)094
3.2.2　加氫脫硫反應(yīng)095
3.2.3　加氫脫氮反應(yīng)096
3.2.4　加氫脫氧反應(yīng)098
3.2.5　加氫脫金屬反應(yīng)098
3.3　加氫反應(yīng)影響因素099
3.3.1　原料性質(zhì)099
3.3.2　反應(yīng)溫度102
3.3.3　反應(yīng)壓力104
3.3.4　空速106
3.3.5　氫油比107
3.3.6　氫氣108
3.3.7　循環(huán)氫組成109
參考文獻(xiàn)110

4　劣質(zhì)重油加氫催化劑111
4.1　催化劑分類(lèi)111
4.1.1　概述111
4.1.2　催化劑的分類(lèi)112
4.2　催化劑制備115
4.2.1　催化劑的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)115
4.2.2　催化劑的制備原理116
4.2.3　催化劑的制備工藝119
4.3　催化劑特征123
4.3.1　宏觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)123
4.3.2　催化劑的組成與作用128
4.3.3　質(zhì)量指標(biāo)與評(píng)價(jià)131
4.4　NUEUU催化劑133
4.4.1　原料擬薄水鋁石的制備134
4.4.2　載體的制備134
4.4.3　催化劑成品的制備135
參考文獻(xiàn)136

5　典型劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)143
5.1　H-Oil 技術(shù)143
5.1.1　主要技術(shù)特點(diǎn)144
5.1.2　沸騰床反應(yīng)器146
5.1.3　生產(chǎn)工藝過(guò)程150
5.1.4　典型生產(chǎn)裝置155
5.1.5　技術(shù)研究進(jìn)展161
5.2　LC-Fining 技術(shù)168
5.2.1　主要技術(shù)特點(diǎn)169
5.2.2　渣油加氫工藝170
5.2.3　油砂瀝青改質(zhì)173
5.2.4　聯(lián)合工藝過(guò)程175
5.3　T-Star 技術(shù)179
5.3.1　主要技術(shù)特點(diǎn)180
5.3.2　生產(chǎn)工藝過(guò)程181
5.3.3　生產(chǎn)工藝優(yōu)化187
5.3.4　生產(chǎn)工藝考核192
5.4　STRONG 技術(shù)197
5.4.1　主要技術(shù)特點(diǎn)197
5.4.2　技術(shù)工藝研究199
5.4.3　示范裝置工藝217
5.4.4　煤焦油的加氫222
5.4.5　組合工藝過(guò)程228
5.5　NUEUU技術(shù)237
5.5.1　主要技術(shù)特點(diǎn)237
5.5.2　沸騰床反應(yīng)器240
5.5.3　生產(chǎn)工藝過(guò)程242
5.5.4　技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析252
參考文獻(xiàn)255

6　NUEUU技術(shù)259
6.1　煤焦油加氫259
6.1.1　裝置組成259
6.1.2　應(yīng)用實(shí)例266
6.1.3　同類(lèi)技術(shù)生產(chǎn)裝置簡(jiǎn)要說(shuō)明286
6.2　渣油加氫286
6.2.1　渣油加氫處理工藝288
6.2.2　渣油加氫裂化工藝294
6.2.3　技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析303
6.3　劣質(zhì)重油混合加氫306
6.3.1　煤焦油+頁(yè)巖油的加工306
6.3.2　棕櫚油+地溝油的加工311
6.3.3　廢舊輪胎油的加工320
6.4　技術(shù)工藝的優(yōu)化324
6.4.1　總體流程優(yōu)化324
6.4.2　部分流程優(yōu)化327
6.4.3　反應(yīng)器及內(nèi)構(gòu)件的優(yōu)化330
6.5　NUEUU配套設(shè)備333
6.5.1　沸騰床反應(yīng)器333
6.5.2　穩(wěn)定泵337
參考文獻(xiàn)339

7　環(huán)境保護(hù)341
7.1　污染來(lái)源及防治要求341
7.1.1　污染來(lái)源341
7.1.2　防治要求347
7.2　大氣污染及防治措施350
7.2.1　大氣污染防治措施350
7.2.2　廢氣治理評(píng)價(jià)359
7.3　廢水污染及防治措施363
7.3.1　含硫污水汽提處理363
7.3.2　含硫污水汽提工藝流程的選擇原則367
7.3.3　氨精制工藝368
7.3.4　廢水治理評(píng)價(jià)371
7.4　固廢污染及防治措施374
7.4.1　固廢治理防治措施374
7.4.2　固廢治理評(píng)價(jià)381
參考文獻(xiàn)383

8　NUEUU裝置開(kāi)停工規(guī)程385
8.1　開(kāi)工總則385
8.1.1　反應(yīng)系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q386
8.1.2　反應(yīng)系統(tǒng)氮?dú)鈿饷?86
8.1.3　催化劑干燥387
8.1.4　反應(yīng)系統(tǒng)氫氣氣密388
8.1.5　催化劑預(yù)硫化388
8.1.6　切換原料和調(diào)整操作395
8.1.7　低壓系統(tǒng)開(kāi)工397
8.1.8　調(diào)整操作399
8.2　停工總則401
8.2.1　裂化系統(tǒng)402
8.2.2　沸騰床系統(tǒng)404
8.2.3　低壓、分餾系統(tǒng)停工405
8.2.4　干氣脫硫及酸性水汽提系統(tǒng)406