重油深度加工与劣质原油高效转化技术研究

一、引言

随着全球经济的快速发展，石油作为重要的能源和化工原料，需求量持续增长。然而，优质原油资源日益匮乏，原油劣质化趋势愈发明显，重油和劣质原油在原油产量中的占比不断上升 。重油具有密度大、黏度高、硫含量和金属含量高、轻组分含量低等特点；劣质原油则存在高酸、高硫、高重金属、高沥青质等问题。传统的原油加工技术难以对重油和劣质原油进行高效转化，导致轻质油品收率低、产品质量差，同时还会产生大量污染物，严重制约炼油企业的经济效益和可持续发展。因此，开展重油深度加工与劣质原油高效转化技术研究，对提高原油资源利用率、保障能源安全、减少环境污染具有重要意义。

二、重油与劣质原油加工现状及问题分析

2.1 加工现状

在当前阶段，我国炼油企业普遍采用一系列成熟的工艺技术来处理重油和劣质原油，这些技术包括催化裂化、加氢处理、延迟焦化以及溶剂脱沥青等。催化裂化工艺的核心作用在于将重质馏分油高效转化为汽油、柴油等轻质油品，是炼油工业中不可或缺的关键环节。加氢处理工艺则专注于去除油品中的硫、氮、氧等有害杂质以及重金属，显著提升油品的整体质量。延迟焦化工艺通过高温加热促使重质油发生裂解和缩合反应，从而产出焦炭、汽油、柴油等多种产品。溶剂脱沥青工艺则利用特定溶剂将重油中的沥青质有效分离，得到脱沥青油，为后续的加工过程提供原料。尽管这些传统工艺在炼油领域有着广泛的应用，但在处理重油和劣质原油时，它们也面临着一系列的挑战和问题。

2.2 存在的问题

2.2.1 转化率低

重油和劣质原油中大量的重质组分和杂质难以通过传统工艺完全转化，导致原油转化率低 。例如，在催化裂化过程中，重油中的大分子烃类和胶质、沥青质等物质容易在催化剂表面结焦，降低催化剂活性，影响反应进行，使得轻质油品收率不高。

2.2.2 产品质量差

由于重油和劣质原油中硫、氮、氧、重金属等杂质含量高，传统加工工艺难以将其完全脱除，导致产品质量无法满足日益严格的环保标准 。如生产的汽油、柴油中硫含量过高，会增加汽车尾气中二氧化硫的排放，加重环境污染；重金属会使催化剂中毒，降低催化剂使用寿命和装置运行稳定性。

2.2.3 污染严重

传统加工工艺在处理重油和劣质原油时，会产生大量的废渣、废气和废水。延迟焦化过程中产生的焦炭含有大量的硫和重金属，若处理不当会对土壤和水体造成污染；加氢处理过程中需要消耗大量的氢气，氢气制备过程也会产生一定的碳排放 。此外，废气中的二氧化硫、氮氧化物等污染物排放，对大气环境造成严重破坏。

三、重油深度加工与劣质原油高效转化技术研究

3.1 催化裂化技术优化

3.1.1 催化剂改进

研发新型高性能催化剂是提高催化裂化效率的关键。针对重油和劣质原油的特点，开发具有高活性、高选择性和抗结焦性能的催化剂 。例如，采用纳米材料制备催化剂，增大催化剂的比表面积和孔容，提高催化剂对重油大分子的裂解能力；添加特殊的助剂，增强催化剂对杂质的吸附和转化能力，降低杂质对催化剂活性的影响。

3.1.2 工艺条件优化

优化催化裂化的反应温度、压力、空速等工艺条件，提高反应效率。适当提高反应温度可以加快重油的裂解反应速率，但过高的温度会导致结焦加剧；合理控制反应压力和空速，能够保证反应物与催化剂充分接触，

提高原料转化率和轻质油品收率 。同时，采用先进的反应设备和工艺技术，如提升管反应器优化设计、催化剂连续再生技术等，提高催化裂化装置的运行稳定性和效率。

3.2 加氢处理技术升级

3.2.1 催化剂创新

开发高活性、高选择性的加氢处理催化剂，提高对硫、氮、氧、重金属等杂质的脱除能力 。研究新型催化剂载体和活性组分，如采用介孔材料作为载体，提高活性组分的分散度；开发双金属或多金属催化剂体系，增强催化剂的协同作用。此外，通过对催化剂进行表面改性，提高其抗中毒能力，延长催化剂使用寿命。

3.2.2 工艺优化

改进加氢处理工艺，采用温和加氢、深度加氢等不同的加氢工艺组合，实现对重油和劣质原油的分级处理 。在温和加氢阶段，先脱除部分易脱除的杂质，降低后续深度加氢的负荷；在深度加氢阶段，进一步脱除剩余杂质，提高油品质量。同时，优化氢气循环利用系统，提高氢气利用率，降低生产成本和环境污染。

3.3 新型反应体系探索

3.3.1 超临界反应

超临界流体具有独特的物理化学性质，在重油和劣质原油加工中具有广阔的应用前景。利用超临界流体作为反应介质，能够提高反应物的溶解度和扩散速率，促进反应进行 。例如，在超临界状态下进行加氢裂化反应，可以降低反应温度和压力，减少结焦现象，提高轻质油品收率和产品质量。

3.3.2 离子液体催化反应

离子液体具有可设计性强、催化活性高、环境友好等优点，可作为新型催化剂或反应介质应用于重油加工 。研究表明，离子液体催化剂能够有效催化重油的裂解、异构化等反应，提高反应选择性和转化率。同时，离子液体与反应物和产物易于分离，可重复使用，降低生产成本。

3.4 集成加工方案设计

将多种加工工艺进行优化组合，形成集成加工方案，实现重油和劣质原油的高效转化 。例如，采用 “ 溶剂脱沥青 - 加氢处理 - 催化裂化” 集成工艺，先通过溶剂脱沥青得到脱沥青油，减少后续加氢处理和催化裂化的负荷；加氢处理进一步脱除杂质，改善油品质量；最后通过催化裂化将油品转化为轻质油品。通过这种集成加工方案，可以充分发挥各工艺的优势，提高原油转化率和轻质油品收率，降低污染物排放。

四、结论

本论文通过对重油深度加工与劣质原油高效转化技术的研究，分析了现有加工技术存在的问题，提出了催化裂化、加氢处理等工艺的优化升级路径，探索了新型反应体系，并设计了集成加工方案。模拟实验和工业应用案例表明，这些技术和方案能够有效提高重油和劣质原油的转化率和轻质油品收率，改善产品质量，减少污染物排放。在未来的石油加工领域，应进一步加强相关技术的研发和创新，不断优化工艺和设备，推动重油和劣质原油加工技术向高效、清洁、绿色方向发展，以满足日益增长的能源需求和严格的环保要求。

参考文献

[1]刘淼,张景渤.MIP-CGP 工艺加工俄罗斯原油重油总结[J].炼油技术与工程,2024,54(05):16-19+24.DOI:10.20138/j.cnki.issn1002-106X.2024.05.004.

[2]马致远,辛利,田巧巧,等.原油/重油直接制化学品碱催化技术的工业应用[J].石油炼制与化工,2023,54(06):7-11.

[3]侯秋元,李长文,肖占山,等.基于原油黏度的浅层超重油储层非均质性定量表征方法[J].长江大学学报(自然科学版),2023,20(03):66-74.DOI:10.16772/j.cnki.1673-1409.20230505.004.