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KBR专栏:ROSE 技术——应对原油重质化挑战

时间:2014-02-22 14:12 来源:

根据权威机构预测,未来中长期内,世界原油品质将逐渐趋于重质化、劣质化、及含硫量高,而我国原油进口比例也在逐年增加,因而我国已建或新建炼油厂不可避免地面临、或将面临因上述因素所带来的负面影响。对于新建炼油厂,只要设计原料与实际运行原料性质相差不大,则体会不到影响。但是,如果原油品质持续向重质化方向发展,则新建炼油厂最终会受到影响。对于已建炼油厂来说,原油重质化总会或多或少影响全厂加工能力。这一方面体现在原油重端馏分加工装置的处理能力出现某种瓶颈。另一方面,重质/劣质/高硫原油与优质原油存在不小的价差,且重质原油相对容易得到。如果炼油企业有能力处理不同品质的原料,那么当市场价差合适的时候,可以根据自身装置特点有选择地加工不同品质的原油,即采用效益最大化加工方案。

出类拔萃的

ROSE溶剂脱沥青技术

重质原油的加工分脱碳和加氢两类技术,脱碳技术主要以重油催化裂化、焦化、和溶剂脱沥青为代表;而加氢以加氢裂化、渣油加氢处理为代表。加氢装置属于清洁生产装置类,未来国内发展空间较大,缺点是耗氢量大、投资高;重油催化裂化装置虽可处理渣油,但对渣油的残炭、金属含量等有限制;目前国内炼厂普遍倾向于做大焦化的方案,但前提是石油焦有去处,目前流行把石油焦作为CFB锅炉的燃料来发电产气,类似于石化装置的自备电厂功能,但能力配置是否越大越好,值得多方面深入比较和研究。而且纳入CFB锅炉后,使得该方案的投资较高;对于溶剂脱沥青技术,该技术除了可以产出沥青产品外,还能与沥青造粒系统联合生产硬质沥青颗粒产品,其热值比石油焦热值高约30%,未来市场备受看好。同时,ROSE是解决现有炼厂重油加工能力受限问题最值得推荐的技术,它具有可选方案多、投资少、适应能力强、能耗低的特点,与投资较高、施工周期长的装置技术相比见效更快,因此是解决炼厂瓶颈的极佳选择。

ROSE 是KBR公司于1995年从Kerr McKee公司购得的专利技术,是溶剂脱沥青技术中的一种,但ROSE 技术出类拔萃,美国境内所有利用超临界溶剂脱沥青技术的新装置均采用了ROSE技术,而全球已有49套采用ROSE技术的装置在运行。该工艺在超临界状态下将大部分溶剂从脱沥青油混合溶液中分离出来,而不是完全用能耗很高的蒸发再冷凝方法回收溶剂,从而大大降低装置操作费用,此外工艺流程也得到简化。其工艺过程的操作压力和温度较低,设备可以采用碳钢制造,同时没有催化剂,所以装置投资很低。截止目前,按年操作8000小时计,最大在运行ROSE装置年处理能力达到200万吨以上,而设计最大能力的ROSE装置已达300万吨以上。

ROSE 装置的原料可以是常压渣油、减压渣油、催化装置油浆、或煤制油生成的重油、油砂重油等。选用合适的溶剂,ROSE装置生产的DAO脱沥青油是非常好的催化裂化和加氢裂化原料;而ROSE装置产出的沥青可用于焦化、减粘、或用于沥青调和组份,也可用作生产固体燃料或燃料油调和组份等。另外,ROSE技术除能产出单一的脱沥青油生产方案外,还有产出重质脱沥青油 (HDAO) 和轻质脱沥青油 (LDAO) 的生产方案。正是由于ROSE的原料和产品方案灵活多变,使得该技术拥有消除重质油加工瓶颈能力,而且根据每个炼厂实际情况,可以有多种解决方案。

ROSE有效解决

原油重质化问题

当原油品质变重时,主要反映在对常压渣油进行后续加工的装置影响上,即对减压蒸馏、催化裂化、加氢、焦化等装置的影响上。

如原油变重,原油进料量不变时,减压蒸馏的处理能力可能成为瓶颈。这时可以采取将部分常压渣油送进ROSE装置与减压渣油合并处理,从而降低减压蒸馏系统负荷,使瓶颈得到消除。同时ROSE的抽提能力比普通减压蒸馏的加工能力更强,即拔出率更高,所以额外得到更多催化裂化或加氢原料,若下游装置有余量,可起到增加全厂轻油收率的作用。

原油品质变重时,对于催化裂化的影响除与处理能力相关外,更大可能是对催化裂化进料性质造成的影响,例如金属(如钒、镍等)含量增加、残炭增加、芳烃含量增加等。金属含量增加会导致催化裂化的催化剂单耗增加,使生产效益降低;残炭值的增加可能导致再生器系统撤热能力不足,限制处理能力;而芳烃含量增加会使轻油产品收率显著降低,直接影响经济效益。这些问题显得比较严重,但是采用ROSE技术可以一次性解决这些问题。下图是ROSE技术典型脱沥青油中杂质含量与抽出率的关系图。假设DAO的抽出率为50%,则其金属和残炭值分别降低95%和85%,而硫和氮的含量也有50%以上的降低,此外芳烃含量也会显著降低。这些原料性质上的改善对催化裂化而言,贡献是巨大的,甚至会直接使装置处理能力提高。

对于加氢裂化装置,其原料干点及氮、硫、沥青质、残炭、金属等组份的含量对裂化反应有直接影响,或间接影响其催化剂寿命。从下图可知,ROSE抽提的产品对这些组份含量均可实现不同程度的降低,这无疑会显著改善加氢裂化的操作。而对于渣油加氢装置,进料中的残炭或金属含量增加过大,均会导致装置操作出现产品不达标等问题,连带影响催化装置的操作,无法实现满负荷,间接限制了全厂的原油加工能力。此时,如果通过ROSE装置对部分渣油进行抽提,将部分沥青质进行“剥离”,则可显著改善渣油加氢的进料品质,彻底消除装置的瓶颈。

提高原油加工

能力的“良方”

当前,国内的新建炼厂更倾向于采取焦化加工方案,以相对较少的投资处理原油中的重质馏份。但是原油变重也可能导致焦化装置能力不足,限制全厂原油加工能力。此时,通过适当规划采用ROSE方案可以解决焦化装置的能力限制,即在焦化装置的上游设置ROSE装置,也可以根据具体情况将常压渣油旁路一部分与减压渣油一起作为ROSE装置进料,抽提出的脱沥青油送给其它因原油重质化导致原料欠缺的装置,而脱油沥青可进一步在焦化装置中处理。

总之,采用ROSE技术合理规划,可以轻松地将全厂的原油处理能力提高,或者将重质原油的处理能力得到根本性改善。由于ROSE技术的组合方案灵活多变,兼有投资少、见效快、操作费用低的优点,非常适合在原油重质化趋势下,解决炼厂重质馏分处理能力受限瓶颈;通过合理统筹,可以降低新建炼厂投资。

当ROSE生产沥青用于道路或建筑等产品时,其中的硫和重金属并没有被脱除,而是固化于产品中,减少了硫磺回收系统的能力需求。环保要求严格时,无论加氢方案还是燃料方案,硫磺最终需要回收,需要消耗氧和氢气,所以对环境而言并不友好,而将硫磺直接固化在沥青产品中无疑对环境最有利,节省了氧气和氢气,也节省投资,因此非常值得各大炼油企业斟酌。当然综合经济效益仍然是所有炼厂制定产品方案的重要考虑因素。

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