为了正常的体验网站,请在浏览器设置里面开启Javascript功能!

应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计_鞠林青

2014-02-27 5页 pdf 485KB 61阅读

用户头像

is_453605

暂无简介

举报
应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计_鞠林青 加工工艺 石 油 炼 制 与 化 工 PETROLEUM PROCESSING AND PETROCHEMICALS 2012年7月  第43卷 第7期   收稿日期:2011-10-14;修改稿收到日期:2012-01-16。   作者简介:鞠林青(1972—),男,硕士,高级工程师。1999年 毕业于抚顺石油学院,现从事炼油厂的总体规划和设计工作, 曾发表论文多篇。   通讯联系人:鞠林青,E-mail:julinqing@hqcec.com。 应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计 鞠 林 青 (中国寰...
应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计_鞠林青
加工工艺 石 油 炼 制 与 化 工 PETROLEUM PROCESSING AND PETROCHEMICALS 2012年7月  第43卷 第7期   收稿日期:2011-10-14;修改稿收到日期:2012-01-16。   作者简介:鞠林青(1972—),男,硕士,高级工程师。1999年 毕业于抚顺石油学院,现从事炼油厂的总体规划和设计工作, 曾发表论文多篇。   通讯联系人:鞠林青,E-mail:julinqing@hqcec.com。 应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计 鞠 林 青 (中国寰球工程公司,北京100029) 摘 要:针对加工高硫劣质原油的发展模式,总结了延迟焦化+循环流化床(CFB)锅炉、渣油加氢+重油 催化裂化以及溶剂脱沥青+IGCC等三种成熟的炼油总工艺流程,分析了各流程的局限性。在炼油总工艺流程 设计中,对炼油厂大型化和原油来源多样性的矛盾、加工非常规超重质原油、炼油厂多产汽油和提供化工轻油的 矛盾、生产低硫产品以及油煤一体化的发展等问题提出了可行的思路和建议。 关键词:高硫劣质原油 总工艺流程 设计 产品清洁化 炼油厂的总工艺流程是炼化企业的基础和核 心,对全厂的技术先进性和经济合理性起着决定 性作用。炼油总工艺流程的设计主要依据加工原 油性质、产品种类和质量要求、工艺技术的发展水 平以及投资实力等多方面因素综合决定。在2000 年以前,我国炼油厂加工规模和市场需求都较小, 加工的原油主要是低硫的大庆类原油和含硫的胜 利类原油,同时环境保护和产品质量要求也不高, 所以炼油厂的加工流程基本上为简单的常减压蒸 馏+催化裂化模式,主要用于加工低硫石蜡基原 油,如大庆类原油等;或者常减压蒸馏+催化裂化+ 延迟焦化模式,主要用于加工含硫中间基原油,如 胜利类原油。当时的重油加工手段主要是重油催 化裂化工艺和延迟焦化工艺,重整装置和加氢装 置的规模较小,流程相对简单,炼油厂复杂程度 不高。 随着国际原油价格持续维持在高位,为降低 原油成本,加工高硫劣质原油成为我国炼油 行业发展的趋势,而这又与环境保护要求日趋严 格,生产过程的清洁化和石油产品的超低硫化、优 质化存在一定的矛盾。因此,设计选择合适的炼 油总工艺流程以应对原油的高硫化和劣质化,并 满足产品质量升级换代的要求,是必须面对的紧 要问题。 1 加工高硫劣质原油的紧迫性 自1993年我国成为原油净进口国以来,原油 进口量持续增加,2011年达到约260Mt,较2010 年的239Mt增加8.78百分点,且新建或扩建炼油 项目的原油供应主要依靠进口解决。以2000年为 界,我国进口原油主要经历了两个阶段,2000年以 前,主要以进口低硫原油为主,以适应原有炼油厂 的生产能力和总工艺流程要求;2000年以后,随着 低硫和高硫原油的价差扩大,我国进口中东地区 等原油数量和种类逐步增多,炼油厂特别是新建 的沿海炼油厂都面临着加工高硫劣质原油的问 题。这些高硫劣质原油不仅包括中东的高硫类原 油,还有南、北美洲的超重油和油砂沥青,以及部 分高酸劣质油。2000年以后,国内的汽油和柴油 产品质量也处于快速提升阶段,汽油的硫含量要 求从2013年12月31日以后按50μg?g的标准执 行,并逐步过渡到10μg?g的超低硫水平;普通柴油 和车用柴油中的硫含量也将大幅度降低,分别降 至质量分数小于0.035%和50μg?g,且要改善十六 烷指数和十六烷值,这就使得催化裂化汽油深度 加氢脱硫、柴油馏分深度加氢精制或改质、蜡油馏 分加氢处理或加氢裂化、甚至重油加氢处理的地 位越来越重要。 2 加工高硫劣质原油的总工艺流程及其局 限性   目前,国内炼油厂加工高硫劣质原油已经具 备一定的经验,其核心问题仍是如何选用经济性 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 备注 绪论已用,第五章也可用 石 油 炼 制 与 化 工             2012年 第43卷 的重油加工模式来转化减压渣油,成熟的模式主 要有3种[1]:延迟焦化+循环流化床(CFB)锅炉、 渣油加氢+重油催化裂化、溶剂脱沥青+整体煤 气化联合循环发电系统(IGCC),但每种模式都有 明显的局限性。 2.1 延迟焦化+CFB锅炉模式 延迟焦化工艺技术是重油轻质化工艺中原料 适应性最强的工艺,理论上对进料的硫、金属、沥 青质等含量及残炭没有限制,且投资和运行成本 相对较低,唯一需要关注的是石油焦的出路和污 水的处理问题。自2001年大型化的“一炉两塔” 1.0Mt?a延迟焦化装置在中国石化上海石油化工 股份有限公司(上海石化)投产后,国内的延迟焦 化装置建设进入高峰期,特别是用较低的建设投 资和运行费用来加工高硫劣质原油,大大降低了 原油采购成本。延迟焦化装置配套建设CFB锅炉 系统,消化高硫石油焦,为项目提供蒸汽和电力补 充,取得了良好的经济效益。目前,该工艺模式已 在中国石化镇海炼油化工股份有限公司(镇海炼 化)、上海石化、青岛炼油化工有限公司等多 家公司应用,流程示意见图1。以镇海炼化为 例[2],百万吨级延迟焦化装置配套的热电站配置 主要为2台220t?h高温高压 CFB锅炉和2台 25MW汽轮发电机组,设计年消耗石油焦0.30Mt 和石灰石0.13Mt,在对外供电51MW 的同时,再 外供中压、低压蒸汽分别为140t?h和80t?h。由 于CFB锅炉具备使用煤的条件,所以炼油厂可根 据石油焦和煤炭的市场价格和综合运行成本灵活 控制CFB原料。 图1 延迟焦化+CFB锅炉模式的流程示意 2.2 渣油加氢+重油催化裂化模式 渣油加氢+重油催化裂化模式(流程示意见 图2)在国内首先在中国石化齐鲁分公司应用,后 又在中国石油大连西太平洋公司、中国石化茂名 分公司、中国石油大连石化分公司、中国石化海南 炼油化工有限公司等4家公司先后建成运行,在加 工高硫、中等金属含量和中等残炭的原料方面表 现出极好的经济性。目前,渣油加氢装置的进料 性质一般控制值在:残炭小于20%、金属(Ni+V) 质量分数小于120μg?g;处理后的催化裂化原料性 质要求为:硫质量分数小于0.3%、残炭小于6%、 金属(Ni+V)质量分数小于15μg?g,副产的柴油硫 质量分数约为300μg?g、十六烷值为42,可直接用 于调合普通柴油;后续催化裂化汽油的硫质量分 数一般在100μg?g左右,基本上可以满足调合生产 国Ⅳ汽油产品的要求。在新建炼油厂选用渣油加 氢+重油催化裂化模式的总流程条件下,全厂轻 油收率可大于81%[3],渣油基本上转化为液体燃 料,相对于延迟焦化方案,轻油收率提高约5百分 点,在高油价条件下,经济效益和社会效益显著。 因此,近年来国内多家企业为了改善催化裂化进 料、扩大原油来源和提高经济效益纷纷建设大型 的渣油加氢装置,如四川石化公司,中化泉州公 司,中国石化石家庄炼化公司、长岭分公司、金陵 分公司、上海石化、镇海炼化等多家企业正在建设 和规划建设之中。 图2 渣油加氢+催化裂化模式流程示意 2.3 溶剂脱沥青(焦化)+IGCC组合模式 溶剂脱沥青(焦化)+IGCC组合模式(流程示 意见图3)代表了加工高硫劣质原油的清洁化发展 方向,关键是一并解决了加工高硫劣质原油时有 关重油轻质化、高硫沥青(石油焦)出路、廉价氢气 供应、燃料补充、蒸汽供应等诸多难题。IGCC主 要包括空气分离器、气化及合成气冷却、变换、酸 性气脱除、PSA氢气提纯和汽电联产等几部分,单 项技术成熟,但技术集成难度相对较大,最为核心 的气化技术主要为Shell公司的SCGP工艺和GE 公司的TGP工艺。国内炼化企业中,福建炼化一 体化项目首次采用该组合模式[4],不但解决了高 硫沥青的出路问题,也为项目提供了充足的氢气、 高压蒸汽、电力以及氮气等。仅以提供的氢气为 例,每年可节省150~200kt的气体制氢原料。对 于一些加工高硫原油或劣质原油的炼化企业来 说,需要大量的氢气和气体燃料,而当地的天然气 68 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 第7期 鞠林青.应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计 供应困难或价格偏高,则可以考虑选用IGCC工艺 模式,满足自身生产的需要。 图3 溶剂脱沥青+IGCC模式的流程示意 2.4 3种总工艺流程的局限性 以上3种总工艺流程在我国加工高硫劣质原 油方面起到了重要作用,但单一模式的局限性也 很明显,具体如下:延迟焦化+CFB锅炉模式虽然 原油适应性强,但产生的石油焦属于黑色固体产 品,附加值较低,多数只能作为燃料焦,影响了全 厂的轻油收率,特别是在高油价体系下对经济效 益的影响较大;渣油加氢+重油催化裂化模式则 对原油中的残炭、重金属含量、沥青质含量等限制 较大,脱除的重金属沉积在催化剂上,需要定期更 换(一般约11个月),更换时间在1个月左右,严重 影响全厂的生产安排,目前只能通过短期降低全 厂的加工负荷、扩大重油罐区储存或采购低硫原 油等措施来适应;溶剂脱沥青+IGCC模式从技术 和清洁生产的角度上看是较为完美的,但由于体 系中的单元较多,单元间的相互协调非常重要,对 技术和各单元的技术集成要求高,且总投资相对 较高,影响了实际运行的经济效益。 因此,以上3种成熟的总工艺流程设计需要根 据各炼油项目的实际情况,如原油种类、天然气资 源获取情况和价格等多种因素综合考虑,或采用 渣油加氢和脱碳路线的有机结合来满足实际运行 的要求,如建设中的中化泉州项目和中科一体化 项目等。 3 目前炼油总工艺流程设计中需要面对的 问题 3.1 炼油厂大型化和原油来源多样化 2011年国家产业政策调整指导目录中明确限 制了新建10.0Mt?a以下常减压蒸馏装置,要求新 建炼油厂的规模最小为10.0Mt?a,即常减压蒸馏 装置的单系列规模为10.0Mt?a以上。一般认为, 炼油厂大型化有利于节约投资、提高效率、降低成 本、节省土地,但根据我国目前的原油生产能力和 炼油发展规划,新增加工能力的原油基本上依靠 进口,进口原油的多样化将会给单系列大型化的 工艺装置操作带来一定的不稳定因素,有可能抵 消大型化带来的优势,这就决定了总流程的规划 中必须兼顾大型化和原油多样性的问题。所以加 工进口多样化原油的企业,一方面可以扩大原油 罐区的规模,在总流程中预留好相关装置规模,扩 大适应性,分门别类细化原油加工;或在设计中考 虑常减压蒸馏装置按照“2头1尾”的模式设计,即 常压蒸馏部分根据不同原油分开加工,配置2套单 独的电脱盐、常压蒸馏系统,轻油馏分集中加工, 减压蒸馏部分按照一个系统进行操作。 3.2 适应加工非常规超重质原油的要求 随着重油开采和炼制技术的进步,以及国际 油价长期处于高位,非常规原油如储量丰富的委 内瑞拉奥里重油和加拿大油砂沥青等的开发和利 用成为各大石油公司关注的目标,预计也将是我 国提高进口原油数量的重要资源之一。这两种超 重油都具有高密度、高硫含量、高酸值、高黏度、高 凝点、高残炭和沥青含量、高金属含量的特点(具 体性质见表1),且各馏分的氢碳比低,必须经过深 度加氢才能满足产品质量要求,因此加工难度大。 以目前国内炼油技术水平和投资水平看,以上两 种重油减压渣油的加工采用延迟焦化工艺和溶剂 脱沥青工艺较为可行,通过深度加氢和脱碳工艺 提高各馏分的氢碳比。渣油加工采用延迟焦化工 艺,其全厂的主要工艺装置安排为:常减压蒸馏+ 延迟焦化+缓和加氢裂化+催化裂化(流程示意 见图4),一般情况下高硫石油焦(硫质量分数约为 6%)的产量为超重油进料的20%左右,即加工 10.0Mt?a超重油产生约2.0Mt?a的石油焦,数量 庞大的高硫石油焦出路是该项目的制约因素,而 高硫石油焦主要用作CFB锅炉燃料或作为IGCC 气化的原料;渣油加工采用溶剂脱沥青+IGCC工 艺,其流程主要安排为:常减压蒸馏+溶剂脱沥青+ IGCC+加氢裂化?缓和加氢裂化+催化裂化(流程 示意见图5)。在以上2种总流程设计中,为了得 到廉价和可靠的氢气来源,沥青、石油焦以及煤作 为原料的IGCC制氢模式是必要的,如果具备条 件,最好有一套气体原料的制氢装置作为必要的 补充,对炼油厂的开停工等特殊工况进行灵活安 排。而渣油加氢裂化工艺虽然已成功用于超重油 的改质项目中,但其工艺的关键技术全部由国外 78 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 石 油 炼 制 与 化 工             2012年 第43卷 公司掌握,装置投资高,氢气消耗量大,必须进行 充分的可行性论证。 表1 奥里重油与油砂沥青的基本性质 项 目 奥里重油 油砂沥青 °API  8.40  6.82 密度(20℃)?(g·cm-3) 1.001  1.023 w(S),% 3.82  5.85 w(N)?(μg·g-1) 6 958  4 300 酸值?(mgKOH·g-1) 2.67  3.37 残炭,% 15.8  13.7 w(沥青质),% 13.6  13.2 w(Ni)?(μg·g-1) 102  75 w(V)?(μg·g-1) 460  183 倾点?℃ 24  30 运动黏度(50℃)?(mm2·s-1) 38 000  146 000 >538℃馏分馏出体积分数,% 61.72  57.31 图4 加工超重油的焦化总流程方案 图5 加工超重油的IGCC总流程方案 3.3 炼油厂多产汽油和提供化工轻油的矛盾 2010年我国汽车产销量均超过1 800万辆, 按照目前我国汽车市场的增长速率,每年新增汽 车消耗的成品油相当于新建一个20Mt?a炼油厂, 这就需要炼油厂的总流程中多产汽油,但受限于 国内的成品油价格限制和产品质量指标要求,往 往部分轻油用作了化工原料,而相对降低了全厂 的汽油产量。以一个加工中东中质原油的千万吨 级炼油厂为例,总流程设计按照多产汽油的燃料型 炼油厂考虑,其最大可能的汽油产量为3.5Mt?a,但 由于原油种类、加工路线不同、炼油厂定位不同, 实际的汽油年产量一般在2.0~3.0Mt。因此,在 原油加工能力不可能爆发式增长的前提下,汽油 消费量的持续增长和炼油厂汽油生产量增长幅度 不大的矛盾将会逐步体现,汽油生产和化工轻油 需求会成为优化总流程的重要。镇海炼化运 用分子管理理念和创新思维[5],大大减少乙烯原 料的使用量,充分利用炼油厂副产的干气、液化气、 轻烃等传统资源,按分子的概念分离成氢气、甲烷、 乙烷?乙烯、丙烷?丙烯、正丁烷?异丁烷等,再根据加 工的需要精细化管理和使用各类分子烃,将汽油段 的馏分尽可能用于汽油池的调合和优化生产。 3.4 超低硫产品的生产 低硫和超低硫成品油是我国今后成品油生产 的主要任务。以生产质量分数小于10μg?g的汽油 为例,汽油池中90%的硫来自催化裂化汽油,而催 化裂化汽油一般占我国汽油总量的70%左右,因 此催化裂化汽油的硫质量分数必须降至15μg?g以 下。如果采用催化裂化原料前加氢流程,则催化 裂化原料的硫质量分数需要小于0.02%,在我国 重油催化裂化装置依然占主导地位的情况下,单 独依靠前加氢模式基本上达不到这一水平,除非 是蜡油馏分经缓和加氢裂化之后才有可能。因此 催化裂化汽油必须经过后精制,但要平衡好脱硫 效果和辛烷值损失的问题,因此选择合适的催化 裂化汽油后精制技术也是总工艺流程优化的重点 之一。同样,在生产优质柴油产品的同时,一定要 做好密度高、十六烷值低的催化裂化柴油和部分 其它劣质柴油的出路安排。目前普通柴油的市场 需求比例依然约为50%,充分利用好车用柴油和 普通柴油的性质差别和市场需求分类,重点降低 催化裂化柴油的硫含量,是否需要经过改质脱芳 烃提高十六烷值则要根据炼油厂的市场定位进行 安排,如沿海炼油厂可生产部分船用柴油等。 3.5 油煤一体化的建议 我国是一个油少煤相对多的国家,随着国内 煤气化技术以及煤制油、甲醇制烯烃等技术的逐 渐成熟,油煤一体化的发展模式值得进行深入探 讨,图6为油煤一体化流程示意。在油煤一体化的 发展模式中,可以以煤的气化单元为纽带,生产的 廉价氢气提供给炼油厂的加氢装置使用,生产优 质成品油,炼油厂也不再使用自产的干气作为制 88 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 第7期 鞠林青.应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计 图6 油煤一体化流程示意 氢原料;合成气可利用费-托合成反应直接生产优 质的超低硫、高十六烷值柴油产品,该产品可与炼 油厂生产的柴油调合生产成品油;合成气还可以 合成甲醇,再利用甲醇进行后续的直接制汽油、烯 烃等发展思路,甲醇制的汽油进汽油池调合,烯烃 产品再与炼油厂的副产烯烃发展烯烃产品链;在 整个联合过程中,如炼油厂的石油焦产品、催化裂 化油浆等都可以作为气化单元的原料,合成气作 为系统锅炉的燃料,满足全厂的蒸汽和电力需要 等等,真正做到原油和煤炭的“吃干榨尽”、清洁化 生产。 4 结束语 随着国内炼化企业加工原油趋向高硫化、劣 质化,产品质量趋向低硫化、超低硫化,炼油总工 艺流程的设计和选择面临更多的挑战和机遇,因 此必须从工艺技术适用性、投资经济性、资源最大 化利用、生产可靠性和环保等多方面综合考虑。 参 考 文 献 [1] 鞠林青,赵伟凡.印度RELIANCE炼化公司工厂设计的启示 [J].石油炼制与化工,2006,38(6):38-43 [2] 顾黎东.镇海炼化循环流化床锅炉运行技术[J].当代石油石 化,2002,10(6):42-46 [3] 孙丽丽.劣质重油加工路线的选择对炼厂经济效益的影响 [J].当代石油石化,2007,15(8):14-19 [4] 霍宏伟.炼油-化工一体化的方案设计及优化[J].石油炼制与 化工,2010,41(8):1-5 [5] 江正洪.由传统炼油向炼化一体化转型的实践与探索[J].炼 油技术与工程,2010,40(12):1-5 THE DESIGN OF REFINING CONFIGURATION FOR PROCESSING HIGH-SULFUR INFERIOR CRUDES JüLinqing (China Huanqiu Contracting &Engineering Corp.,Beijing100029) Abstract:Three mature combined refining configurations,delayed coking+CFB,RDS+RFCC and DAU+IGCC,for processing high-sulfur inferior crudes are summarized,and the limitations of these configurations are analyzed as well.During the design of overall process flow for refinery,several issues including enlarging refinery scale and processing various sources of crude,processing unconventional extra-heavy crude,conflict requirement between increase gasoline production and chemical feedstock supply,production of low sulfur products,and integration of oil and coal,should take into account,in this paper some feasible ideas and suggestions are proposed. Key Words:high sulfur inferior crude;process configuration;design;clean product 98 Administrator 下划线
/
本文档为【应对高硫劣质原油的炼油总工艺流程设计_鞠林青】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。 本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。 网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。

历史搜索

    清空历史搜索