石油煉制工業(yè)中加氫技術(shù)和加氫催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀

李農(nóng)? 李國旗? 杜忠偉? 王玉濤

（山東勝星化工有限公司 山東 東營 257335）

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對于各類資源的需求量也越來越大。石油是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的戰(zhàn)略資源，目前市場中的石油通常分為重質(zhì)與輕質(zhì)兩種，其中輕質(zhì)石油較為常見，主要加工工藝為加氫催化技術(shù)，在加氫催化技術(shù)的支持下，重質(zhì)石油中的碳元素、氫元素含量都能得到降低，并且加氫催化劑的應(yīng)用還可以在低碳低氫加工中發(fā)揮作用，提高石油煉制的提純效果。本文主要圍繞加氫技術(shù)與加氫催化劑的發(fā)展展開論述，探討二者的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：石油煉制工業(yè)? 加氫技術(shù)? 加氫催化劑

     石油煉制工業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，很多行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展都與石油產(chǎn)品有著密切聯(lián)系。石油產(chǎn)品的應(yīng)用范圍較廣，對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，石油憑借著便捷性和利用率、適用性優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)用。如今社會的發(fā)展對于石油產(chǎn)品也提出了新的要求，石油煉制工業(yè)需要煉制更高品質(zhì)的產(chǎn)品，對于燃料油的需求量則逐漸降低，所以原油深加工也受到了社會的廣泛關(guān)注。如今越來越多新技術(shù)的誕生和發(fā)展，節(jié)能環(huán)保技術(shù)以及輕油生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展使得輕油產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量也得到了提高，加工技術(shù)的發(fā)展也迎來了新的機(jī)遇。在這一背景下，加 氫技術(shù)及加氫催化劑具有非常高的綜合利用率，是提升石油煉制產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，也為石化產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

1? 加氫技術(shù)與加氫催化劑概述

1.1? 石油加氫技術(shù)

     由于石油的化學(xué)組分為不飽和烴類物質(zhì)，每個(gè)磷、硫、碳等原子中連接的氫原子并沒有達(dá)到最大數(shù)量，氫碳含量相對較少，但氫碳比卻是決 定石油品質(zhì)的一大因素。當(dāng)前隨著各油田的不斷開發(fā)，油品品質(zhì)如何提高成為了一大問題，而加氫技術(shù)則是提高氫碳比的有效手段。在物質(zhì)等量的狀態(tài)下，燃燒不飽和烴類釋放出的熱量和燃燒 飽和烴類釋放的熱量具有明顯差別，同時(shí)飽和烴類物質(zhì)更不容易被氧氣等物質(zhì)氧化，化學(xué)性質(zhì)也更加穩(wěn)定，在存儲與運(yùn)輸方面具有明顯優(yōu)勢，所以飽和烴相較于不飽和烴來說價(jià)值更高。將原油中的不飽和烴類轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜔N便是提高石油煉化 質(zhì)量的理想辦法，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要利用加氫技術(shù)，按照增熵原理在單獨(dú)的系統(tǒng)中分子熱運(yùn)動為無序發(fā)展?fàn)顟B(tài)，加氫的工藝過程不能自主實(shí)現(xiàn)，需要人為進(jìn)行控制。

     石油加氫技術(shù)的原理在于，利用石油因子中碳?xì)浔鹊恼{(diào)整，使其產(chǎn)生新產(chǎn)品。石油精煉通常有脫碳與加氫兩個(gè)環(huán)節(jié)，其中脫碳主要目的在于控制石油的碳含量，焦化便是其中一個(gè)流程，氫化則是控制石油氫碳比。當(dāng)前我國針對石油煉制工藝提出了更加嚴(yán)格的要求，加氫技術(shù)的發(fā)展也 越來越迅速，更多的加氫技術(shù)開始開發(fā)和推廣，提高了石油精煉效果。目前多數(shù)石油利用加氫技 術(shù)精煉為汽油與柴油，石油到汽油的加工過程會 改變其中的硫、氮、烯烴、芳烴的含量，石油到 柴油的加工過程則改變硫含量并且改善十六烷 值。在石油中提煉高辛烷值汽油與低硫柴油從而獲得高品質(zhì)燃料是目前石油煉制工藝的主要發(fā)展方向，而加氫技術(shù)的應(yīng)用則可以同時(shí)滿足汽油加 工與柴油加工需求，提高油品品質(zhì)。

1.2? 加氫催化劑

     加氫催化劑的性能通常取決于自身的構(gòu)成特征，根據(jù)加氫反應(yīng)需要關(guān)注的因素不同，可以將加氫催化劑分為加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫金屬等多種催化劑。而加氫催化劑的構(gòu)成一般有主 要催化劑、輔助催化劑、載體三類，其中主要催 化劑能夠在加氫反應(yīng)中提高反應(yīng)活性與選擇性；輔助催化劑則可以結(jié)合具體情況加入，強(qiáng)化主要催化劑的應(yīng)用效果并提高反應(yīng)穩(wěn)定性；載體則是 發(fā)生反應(yīng)所需要的表面積以及機(jī)械設(shè)備等外部條件^[1]。

2? 加氫技術(shù)與加氫催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1? 加氫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

     石油煉制工藝中通常都會將氫氣作為催化劑，從而提高汽油生產(chǎn)品質(zhì)與產(chǎn)量，保證原有精煉體系的適用性，轉(zhuǎn)變以往原油精煉條件不足等問題。當(dāng)前加氫技術(shù)在石油煉制中的發(fā)展與應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

2.1.1 汽油處理技術(shù)

     如今汽車消費(fèi)總量和保有量的不斷提高，人們也開始意識到了環(huán)境保護(hù)的重要性，清潔型低硫汽車也有著廣闊的市場前景，清潔型和低硫型汽油也因此受到了廣泛關(guān)注，這類汽油能夠降 低汽油中的硫含量，提高汽油產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。由RIPP公司研發(fā)的加氫脫硫技術(shù)能夠有效提高烯碳?xì)涞娘柡投?，反?yīng)過程通?？梢苑譃閮煞N路線也 就是油與目標(biāo)產(chǎn)品。在分選點(diǎn)的選擇上，分離催 化裂化（FCC）汽油時(shí)加氫處理技術(shù)可以降低烯碳?xì)涞娘柡投龋⑼ㄟ^kafa加氫脫硫催化技術(shù)來提 高反應(yīng)效率。汽油與脫硫催化劑之間具有密切聯(lián) 系，活性會影響催化劑在硫化狀態(tài)下的化學(xué)活性 外觀與分子結(jié)構(gòu)，同時(shí)在這一條件下形成選擇性的加氫脫硫活性模子，利用活性結(jié)構(gòu)和加氫催化 劑間的聯(lián)系可以研發(fā)更具靶向活力的催化工藝。

2.1.2 柴油加氫脫硫技術(shù)

     目前汽油在汽車燃料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，甚至取代了傳統(tǒng)的柴油，但在許多建設(shè)項(xiàng)目中各 種大型設(shè)備仍然需要使用柴油。但在建設(shè)工程設(shè)備中，柴油的污染程度通常高于汽油，所以需要 消耗的能源更多，這顯然與目前的節(jié)能環(huán)保理念 不相符。柴油加氫脫硫技術(shù)的主旨在于提升加氫 脫硫催化劑性能，將催化劑的活性保持在原本活性的5倍左右，利用催化劑來提升空速?，F(xiàn)有的 柴油加氫脫硫技術(shù)具有成本造價(jià)高、能耗高等不 足，仍需進(jìn)一步優(yōu)化，在技術(shù)不斷的進(jìn)步與創(chuàng)新 中，柴油超高級加氫脫硫技術(shù)也將會得到推廣，解決傳統(tǒng)柴油加氫脫硫技術(shù)存在的各項(xiàng)不足，柴油加氫先進(jìn)工藝?yán)秒p功能催化劑體系來達(dá)到選 擇化學(xué)反應(yīng)的目的，去除原油中的硫、氮、芳碳 氫等物質(zhì)來改善提純效果^[2]。

2.1.3 渣油加氫裂化處理

     常用的加氫脫硫處理工藝一般在現(xiàn)有的設(shè)備 支持下，將劣質(zhì)常壓渣油進(jìn)行加氫處理，之后利 用重質(zhì)原油催化設(shè)備進(jìn)行加熱，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檩p質(zhì)油。當(dāng)前國際油價(jià)不斷攀升，常壓渣油的合理利 用能夠提高石油資源利用率，在調(diào)控石油市場供 給、油價(jià)等方面具有現(xiàn)實(shí)意義。但當(dāng)前的渣油加 氫催化技術(shù)的應(yīng)用也存在一些問題，例如催化效 率平衡與除碳都具有一定難度，所以需要進(jìn)一步 研究加氫轉(zhuǎn)化率以及促進(jìn)劑平衡等方向。與傳統(tǒng)石油對比，常壓渣油的分子更大、黏性更大，在實(shí)際儲存中可能產(chǎn)生積碳現(xiàn)象，所以需要根據(jù)實(shí) 際情況提高工作溫度，從而降低殘油黏性。利用易穿孔催化劑作為載體，改善殘油品質(zhì)的同時(shí)還 具有潤滑效果。

2.2? 加氫催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀

     針對加氫技術(shù)來說，加氫催化劑是提高加氫 處理效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，甚至加氫催化劑直接決定 了加氫技術(shù)在石油煉化中的地位。如今加氫技術(shù)的不斷發(fā)展，加氫催化劑也在不斷進(jìn)步，兩者屬于相互促進(jìn)的關(guān)系。經(jīng)過研究能夠了解到，較為常見的加氫催化劑一般有鎢鎳氧化鋁、鉬鎳氧化 鋁、貴金屬催化劑等，在加氫催化劑不斷發(fā)展的背景下，金屬組分含量也在不斷提高，氟、磷助劑也開始在加氫催化劑中廣泛應(yīng)用，使氧化鋁的 純度進(jìn)一步提升，典型的加氫催化劑包括以下幾 種：

2.2.1 DN-3100與DN-2118

     DN-2118是以Century技術(shù)為中心衍生出的催 化劑品種之一，這種加氫催化劑一般在柴油生產(chǎn) 煉化中應(yīng)用較多。而DN-3100則是在前者的基礎(chǔ)上優(yōu)化創(chuàng)新的產(chǎn)物，不管是加氫脫氮還是芳烴飽和 活性上，DN-3100都具有更加顯著的優(yōu)勢。

2.2.2 Nebula

     Nebula催化劑是以Nebula技術(shù)為中心制備出的一種類型，而需要運(yùn)用Nebula催化劑的場景一般分 為2種：一種是高氫壓分解下的加氫處理，多為超低硫柴油生產(chǎn)；另一種為加氫裂化原料油的預(yù)處理。

2.2.3 KF-848與KF-757

     這兩種催化劑的核心為Stars催化劑技術(shù)，該 技術(shù)也叫做II型超活性中心，可以形成穩(wěn)定的高 濃度MoS2活性相并分布于催化劑表面提高活性。 KF-848與KF-757都能夠在控制氮含量、降低芳烴含量方面起到理想效果，在柴油加氫裝置中效果 更加顯著。KF-848與KF-757在柴油加氫裝置中的 應(yīng)用可以優(yōu)化產(chǎn)品的色度，并提升十六烷值。KF848催化劑在高壓加氫預(yù)處理中，可以在確保操作環(huán)境不變的條件下提高反應(yīng)的穩(wěn)定性、脫氮活 性等，相較于傳統(tǒng)催化劑效果更加明顯，在工程 裝置中應(yīng)用時(shí)，KF-848操作溫度較傳統(tǒng)催化劑更 低，在柴油加氫處理期間，加氫脫芳烴、加氫脫 硫、加氫脫氮的活性效果同樣較為理想^[3]。

3? 加氫技術(shù)與加氫催化劑的發(fā)展趨勢

3.1? 加氫催化劑的創(chuàng)新

     在石油煉化工藝中，加氫催化劑的制作工藝 是否科學(xué)一度決定了加氫催化劑的效果發(fā)揮，節(jié)約加氫催化劑生產(chǎn)造價(jià)。為進(jìn)一步提高加氫催化 劑的應(yīng)用效果，需要結(jié)合重質(zhì)油轉(zhuǎn)變輕質(zhì)油的生產(chǎn)需求來深入研究加氫催化劑的創(chuàng)新。利用加氫催 化劑生產(chǎn)流程的簡化來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動化，提高催 化劑的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)。在加氫催化劑生產(chǎn)加工期間，為提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，煉油廠需要引進(jìn)先進(jìn)的加氫裝置來處理重質(zhì)原油，確保原有的設(shè)備在 空轉(zhuǎn)條件下能夠維持穩(wěn)定的運(yùn)行參數(shù)^[4]。

3.2? 加氫裂化催化劑的應(yīng)用與優(yōu)化

     加氫裂化催化劑的適用性非常強(qiáng)，可以按 照石油煉化的生產(chǎn)需求來設(shè)計(jì)加氫裂化工藝方 案。在如今社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對輕質(zhì)石油需求量進(jìn)一步提高的環(huán)境下，加氫裂化催化劑的推廣為石油煉化領(lǐng)域的發(fā)展也帶來了新的機(jī)遇。在加氫裂化 催化劑的作用下，綠色清潔技術(shù)的引進(jìn)可以控制 石油煉化過程對環(huán)境帶來的危害，并且提高油品質(zhì)量。在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支持下，今后油氣產(chǎn)品 生產(chǎn)期間，加氫裂化催化劑的應(yīng)用與發(fā)展主要表 現(xiàn)出了以下特征：其一，加氫裂化催化劑加工材料也開始向著重質(zhì)化、輕質(zhì)化的方向發(fā)展，并且產(chǎn)生的硫元素化合物也含有一定的硫元素與氮元 素。在加氫裂化催化劑發(fā)展期間，需要盡可能提 高產(chǎn)品的抗高硫性和高氮性；其二，在社會經(jīng)濟(jì) 快速發(fā)展的背景下，人們對于油氣產(chǎn)品的需求也 越來越多樣化，例如柴油中餾分油的需求量有了 明顯增加，在這一要求下，需要在加氫裂化裝置 的推廣過程中充分開發(fā)多產(chǎn)中間餾分油加氫裂化 催化劑，以此來滿足油品市場需求；其三，在加氫裂化催化劑研究方面，研究人員需要重點(diǎn)關(guān)注 微孔分子的選擇與研發(fā)，借助有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)研發(fā)與生產(chǎn)的創(chuàng)新，讓新型加氫催化劑具有更高的活性以及穩(wěn)定性。加氫裂化催化劑加工生產(chǎn) 期間，需要保證微孔分子篩以及介孔分子篩在孔 隙結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)相互互補(bǔ)的效果，從而提高催化劑的活性。

3.3? 高、中油型加氫催化劑的生產(chǎn)與研發(fā)

     加氫催化劑的創(chuàng)新研究重點(diǎn)在于提高加氫催 化劑的整體性能，在這一目標(biāo)下，油氣資源研究 與生產(chǎn)人員在日常工作中都要嚴(yán)格根據(jù)社會發(fā)展 以及市場發(fā)展對于油氣資源的需求來確定加氫催 化劑研究方向，例如高、中型加氫催化劑的生產(chǎn) 與研究。目前國際市場針對噴漆和清潔柴油的需求量較大，油氣資源在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)產(chǎn)能 過剩等問題，為有效改善這類問題，油氣資源的 開發(fā)與利用，以及加氫催化劑的生產(chǎn)需要貫徹供 給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，對油氣生產(chǎn)企業(yè)的資源結(jié)構(gòu)進(jìn) 行整合調(diào)整。

3.4? 新型加氫催化劑的研發(fā)

     面對石油煉化行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展所面臨的問題，需要積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段來研發(fā)新型的加氫催化劑。根據(jù)重質(zhì)石油產(chǎn)品輕質(zhì)化處理的方向，在新型加氫催化劑的研究中需要通過加工技術(shù)轉(zhuǎn)化環(huán)烷芳烴，也就是運(yùn)用催化劑反應(yīng)工藝技術(shù)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)環(huán)烷芳烴選擇性加氫飽和、選擇性開裂化耦合等，在重質(zhì)石油輕質(zhì)化煉化中應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段來控制反應(yīng)過程。在輕質(zhì)化石油 煉化與生產(chǎn)中，還要全面深入多環(huán)芳烴選擇性加 氫飽和技術(shù)的研究，分子煉油的思想概念也要融入到油品煉化生產(chǎn)之中^[5]。

4? 結(jié)束語

     目前資源的不斷開發(fā)使得人們開始重視資源短缺問題，也開始研發(fā)出更多更先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)重質(zhì)石油的輕質(zhì)化處理，從而提高石油生產(chǎn)質(zhì)量和資源利用率。加氫技術(shù)與加氫催化劑在石油煉化過程中扮演著關(guān)鍵角色，今后加氫技術(shù)的不斷發(fā)展，新型催化裂化技術(shù)的誕生將會實(shí)現(xiàn)低能耗、高質(zhì)量、高效益的油氣產(chǎn)品，在降低油氣消耗的基礎(chǔ)上提高油氣資源利用率，這對于社會經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展來說具有重要意義。

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