劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)

本書對劣質(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進行了總結(jié)，重點闡述了劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類、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、NUEUU裝置開停工規(guī)程等內(nèi)容。
本書可供化工、石油領(lǐng)域的科研及技術(shù)人員使用，同時可供相關(guān)專業(yè)高等院校的師生參考。

本書的主要特點： （1）對劣質(zhì)重油的來源、種類、特征進行系統(tǒng)的論述，并對發(fā)展我國劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的意義和方向進行討論。 （2）對劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)機理，催化劑特征，反應(yīng)動力學(xué)影響因素等進行分析論證。 （3）通過對沸騰床加氫的典型工程實例的介紹，對其裝置內(nèi)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)特點、工藝組合和優(yōu)化做出分析論述。 （4）在對生產(chǎn)過程的污染源和特征進行分析討論的基礎(chǔ)上，對其防治方法和措施作出系統(tǒng)敘述。 （5）對生產(chǎn)操作要點和開停工基本規(guī)程進行敘述。 本書是目前國內(nèi)外較早涉及劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的著作，對促進其技術(shù)發(fā)展具有一定的意義。

據(jù)統(tǒng)計，全球常規(guī)原油資源儲量為3萬億~4萬億桶（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量接近8萬億桶，我國進口原油愈來愈劣質(zhì)化、重質(zhì)化，同時環(huán)保法規(guī)日益嚴格成為“新常態(tài)”，實現(xiàn)能源清潔生產(chǎn)與高效利用是我國煉化企業(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，已成為劣質(zhì)重油加工最合理也最有效的關(guān)鍵技術(shù)，得到愈來愈多的關(guān)注。目前，按照加氫反應(yīng)器形式分類，劣質(zhì)重油加氫技術(shù)可分為固定床、移動床、沸騰床和懸浮床四種類型。
經(jīng)對比，沸騰床加氫技術(shù)具有如下優(yōu)點：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；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，運轉(zhuǎn)周期長；③反應(yīng)器內(nèi)設(shè)計循環(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。目前深度加工技術(shù)路線呈多樣化發(fā)展，綜合來看，加氫技術(shù)因其液體產(chǎn)品收率高、投資回報率高而得到越來越多的重視和應(yīng)用。渣油沸騰床加氫技術(shù)因其催化劑床層溫度均勻、裝置運轉(zhuǎn)周期長、易靈活操作，在工業(yè)上得到了日益廣泛的關(guān)注。國內(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)俊⒏咧亟饘僭系闹匾夹g(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、裝置運行周期短等問題方面具有明顯的優(yōu)勢。雖然沸騰床加氫技術(shù)已有相當長的發(fā)展歷史，但相對于固定床加氫技術(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，國內(nèi)外論述沸騰床加氫關(guān)鍵技術(shù)的書籍較少。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)計和生產(chǎn)實踐，在查閱國內(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。
一、本書主要內(nèi)容
本書共分為8章：第1章緒論，對劣質(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進行了論述總結(jié)；第2章劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類，主要對常規(guī)和非常規(guī)劣質(zhì)重油進行了介紹說明；第3章劣質(zhì)重油加氫反應(yīng)，對劣質(zhì)重油的反應(yīng)、反應(yīng)動力學(xué)及影響因素進行了闡述；第4章劣質(zhì)重油加氫催化劑，對劣質(zhì)重油加氫催化劑的分類、制備、特征及工業(yè)化應(yīng)用做了詳細敘述；第5章典型劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)，對國內(nèi)外不同沸騰床加氫技術(shù)進行了詳細敘述，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)用工程實例；第7章環(huán)境保護，對沸騰床加氫工業(yè)應(yīng)用中的污染源及防治措施進行了詳細論述；第8章NUEUU裝置開停工規(guī)程，對NUEUU技術(shù)工藝裝置開停車程序要點進行了論述。
二、本書的主要特點
① 對劣質(zhì)重油的來源、種類、特征進行系統(tǒng)的論述，并對發(fā)展我國劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的意義和方向進行討論。
② 對劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)機理、催化劑特征、反應(yīng)動力學(xué)影響因素等進行分析論證。
③ 通過對沸騰床加氫的典型工程實例的介紹，對其裝置內(nèi)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)特點、工藝組合和優(yōu)化作出分析論述。
④ 在對生產(chǎn)過程的污染源和特征進行分析討論的基礎(chǔ)上，對其防治方法和措施作出系統(tǒng)敘述。
⑤ 對生產(chǎn)操作要點和開停工基本規(guī)程進行敘述。
本書是目前國內(nèi)外較早涉及劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)的著作，對促進相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有一定的意義。本書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)計的技術(shù)人員及相關(guān)專業(yè)師生參考。本書理論聯(lián)系實際，重點突出科學(xué)性、可行性、實用性。
三、NUEUU技術(shù)的主要特點和應(yīng)用
（1）NUEUU技術(shù)的主要特點
① NUEUU加氫過程無床層結(jié)焦堵塞等問題，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)裝置的長周期平穩(wěn)運轉(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)溫升遠大于固定床渣油加氫，但卻更易操作，裝置運行安全性更高。能夠保證關(guān)聯(lián)裝置的長周期穩(wěn)定高效運行。
③ NUEUU加氫技術(shù)處理劣質(zhì)重油，NUEUU裝置承擔預(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)裝置中更易實現(xiàn)進一步轉(zhuǎn)化。
④ NUEUU反應(yīng)器操作靈活，可根據(jù)原料性質(zhì)適當改變反應(yīng)條件，以調(diào)節(jié)NUEUU反應(yīng)深度，從而實現(xiàn)在原料變化的情況下NUEUU裝置仍能為固定床加氫或為其他后續(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料提升，通過調(diào)整反應(yīng)器穩(wěn)定泵的流量來調(diào)整催化劑的膨脹效果。操作簡單，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)用實例
2015年國內(nèi)自主研發(fā)的劣質(zhì)重油沸騰床加氫技術(shù)NUEUU在河北10萬噸/年煤焦油加氫裝置一次開車成功，成為首套國內(nèi)自主研發(fā)的工業(yè)化沸騰床加氫裝置。裝置連續(xù)運行一年后，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織中石油及中石化權(quán)威專家于2016年8月15日至8月18日對該裝置進行了連續(xù)72小時的裝置標定，并于2016年9月11日在北京召開科技成果鑒定會，專家委員會評定“該技術(shù)先進，創(chuàng)新性強，總體達到國際先進水準”。首套NUEUU裝置的順利投產(chǎn)標志著由國內(nèi)自主研發(fā)的沸騰床加氫技術(shù)空白被填補。
2018年9月，第二套采用NUEUU技術(shù)的20萬噸/年劣質(zhì)油輕質(zhì)化裝置一次開車成功。
2019年9月，第三套采用NUEUU技術(shù)進行擴能改造的30萬噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開車成功，避免了固定床工藝因床層壓降過大導(dǎo)致裝置停工的問題。
2019年12月，第四套采用NUEUU技術(shù)的60萬噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開車成功。
2020年9月，第五套采用NUEUU技術(shù)的30萬噸/年劣質(zhì)油加氫裝置一次開車成功。
四、本書編寫分工
本書第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。全書由韓保平、馮光平、馬寶岐、郭玲聰負責制定提綱、統(tǒng)稿、定稿。
由于本書內(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)驗不足、水平有限，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者給予指正。

編者
2024年1月

1　緒論001
1.1　我國煉油業(yè)的主要發(fā)展趨勢001
1.1.1　劣質(zhì)重油供應(yīng)呈增長之勢001
1.1.2　油品質(zhì)量清潔化不斷加快002
1.1.3　成品油市場需求變化增大004
1.1.4　煉油廠轉(zhuǎn)型升級技術(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037

2　劣質(zhì)重油的性質(zhì)及分類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080

3　劣質(zhì)重油加氫反應(yīng)081
3.1　加氫化學(xué)反應(yīng)過程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　各類反應(yīng)之間的相互作用及關(guān)系091
3.1.8　加氫反應(yīng)機理093
3.2　加氫反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(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110

4　劣質(zhì)重油加氫催化劑111
4.1　催化劑分類111
4.1.1　概述111
4.1.2　催化劑的分類112
4.2　催化劑制備115
4.2.1　催化劑的設(shè)計基礎(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)量指標與評價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144
5.1.2　沸騰床反應(yīng)器146
5.1.3　生產(chǎn)工藝過程150
5.1.4　典型生產(chǎn)裝置155
5.1.5　技術(shù)研究進展161
5.2　LC-Fining 技術(shù)168
5.2.1　主要技術(shù)特點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)合工藝過程175
5.3　T-Star 技術(shù)179
5.3.1　主要技術(shù)特點180
5.3.2　生產(chǎn)工藝過程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　組合工藝過程228
5.5　NUEUU技術(shù)237
5.5.1　主要技術(shù)特點237
5.5.2　沸騰床反應(yīng)器240
5.5.3　生產(chǎn)工藝過程242
5.5.4　技術(shù)優(yōu)勢分析252
參考文獻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)用實例266
6.1.3　同類技術(shù)生產(chǎn)裝置簡要說明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)勢分析303
6.3　劣質(zhì)重油混合加氫306
6.3.1　煤焦油+頁巖油的加工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339

7　環(huán)境保護341
7.1　污染來源及防治要求341
7.1.1　污染來源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　廢氣治理評價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　廢水治理評價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　固廢治理評價381
參考文獻383

8　NUEUU裝置開停工規(guī)程385
8.1　開工總則385
8.1.1　反應(yīng)系統(tǒng)氮氣置換386
8.1.2　反應(yīng)系統(tǒng)氮氣氣密386
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