劣质重油沸腾床加氢技术

本书对劣质重油加工的意义、劣质重油加氢的方法和沸腾床加氢的特点进行了总结，重点阐述了劣质重油的性质及分类、劣质重油加氢反应、劣质重油加氢催化剂、典型劣质重油沸腾床加氢技术、NUEUU技术、环境保护、NUEUU装置开停工规程等内容。
本书可供化工、石油领域的科研及技术人员使用，同时可供相关专业高等院校的师生参考。

本书的主要特点： （1）对劣质重油的来源、种类、特征进行系统的论述，并对发展我国劣质重油沸腾床加氢技术的意义和方向进行讨论。 （2）对劣质重油沸腾床加氢技术的化学反应，反应机理，催化剂特征，反应动力学影响因素等进行分析论证。 （3）通过对沸腾床加氢的典型工程实例的介绍，对其装置内主要设备结构特点、工艺组合和优化做出分析论述。 （4）在对生产过程的污染源和特征进行分析讨论的基础上，对其防治方法和措施作出系统叙述。 （5）对生产操作要点和开停工基本规程进行叙述。 本书是目前国内外较早涉及劣质重油沸腾床加氢技术的著作，对促进其技术发展具有一定的意义。

据统计，全球常规原油资源储量为3万亿~4万亿桶（石油单位，1桶=15898升），而非常规原油资源，包括重油、超重油和油砂沥青的储量接近8万亿桶，我国进口原油愈来愈劣质化、重质化，同时环保法规日益严格成为“新常态”，实现能源清洁生产与高效利用是我国炼化企业绿色清洁可持续发展面临的主要难题。
劣质重油（重劣质原油）加氢技术在重油轻质化、清洁化等方面具有诸多优势，已成为劣质重油加工最合理也最有效的关键技术，得到愈来愈多的关注。目前，按照加氢反应器形式分类，劣质重油加氢技术可分为固定床、移动床、沸腾床和悬浮床四种类型。
经对比，沸腾床加氢技术具有如下优点：①操作灵活，根据原料油的性质差异可在较宽的范围内调节转化率，重劣质原料适应性强；②采用催化剂在线加排系统，周期性地从反应器内回收或添加催化剂，在不停工的情况下保持催化剂的反应活性，产品质量稳定，运转周期长；③反应器内设计循环系统，催化剂处于均匀膨胀全混状态，避免床层堵塞和床层压降变化速率增大，具备良好的等温操作性能。
劣质重油的有效深度转化是炼化行业追求的目标。目前深度加工技术路线呈多样化发展，综合来看，加氢技术因其液体产品收率高、投资回报率高而得到越来越多的重视和应用。渣油沸腾床加氢技术因其催化剂床层温度均匀、装置运转周期长、易灵活操作，在工业上得到了日益广泛的关注。国内外新建重油加氢裂化装置中，沸腾床加氢装置数量增幅高于固定床加氢装置数量，以满足劣质重油深度加工的需要。
劣质重油沸腾床加氢技术是加工高硫、高残炭、高重金属原料的重要技术，在解决固定床加氢空速低、催化剂失活快、系统压降大、易结焦、装置运行周期短等问题方面具有明显的优势。虽然沸腾床加氢技术已有相当长的发展历史，但相对于固定床加氢技术，能支撑大规模劣质重油清洁高效转化利用的现代工业化技术研究起步较晚，国内外论述沸腾床加氢关键技术的书籍较少。为顺应相关研究、教学和企业人员的迫切需求，我们立足沸腾床加氢技术工业化多年的研究、设计和生产实践，在查阅国内外相关技术研究资料的基础上，总结相关最新科技成果及其工业化示范案例，编著了本书。
一、本书主要内容
本书共分为8章：第1章绪论，对劣质重油加工的意义、劣质重油加氢的方法和沸腾床加氢的特点进行了论述总结；第2章劣质重油的性质及分类，主要对常规和非常规劣质重油进行了介绍说明；第3章劣质重油加氢反应，对劣质重油的反应、反应动力学及影响因素进行了阐述；第4章劣质重油加氢催化剂，对劣质重油加氢催化剂的分类、制备、特征及工业化应用做了详细叙述；第5章典型劣质重油沸腾床加氢技术，对国内外不同沸腾床加氢技术进行了详细叙述，包括HOil技术、LCFining技术、TStar技术、STRONG技术及NUEUU技术；第6章NUEUU技术，主要论述了NUEUU技术工业应用工程实例；第7章环境保护，对沸腾床加氢工业应用中的污染源及防治措施进行了详细论述；第8章NUEUU装置开停工规程，对NUEUU技术工艺装置开停车程序要点进行了论述。
二、本书的主要特点
① 对劣质重油的来源、种类、特征进行系统的论述，并对发展我国劣质重油沸腾床加氢技术的意义和方向进行讨论。
② 对劣质重油沸腾床加氢技术的化学反应、反应机理、催化剂特征、反应动力学影响因素等进行分析论证。
③ 通过对沸腾床加氢的典型工程实例的介绍，对其装置内主要设备结构特点、工艺组合和优化作出分析论述。
④ 在对生产过程的污染源和特征进行分析讨论的基础上，对其防治方法和措施作出系统叙述。
⑤ 对生产操作要点和开停工基本规程进行叙述。
本书是目前国内外较早涉及劣质重油沸腾床加氢技术的著作，对促进相关技术发展具有一定的意义。本书可供从事油品加工尤其是劣质重油加工科研、生产和设计的技术人员及相关专业师生参考。本书理论联系实际，重点突出科学性、可行性、实用性。
三、NUEUU技术的主要特点和应用
（1）NUEUU技术的主要特点
① NUEUU加氢过程无床层结焦堵塞等问题，适用于处理煤焦油、渣油等多种劣质重油原料，有利于后续固定床加氢或其他后续装置的长周期平稳运转。
② NUEUU操作温度、压力均高于固定床渣油加氢技术，尤其是反应温升远大于固定床渣油加氢，但却更易操作，装置运行安全性更高。能够保证关联装置的长周期稳定高效运行。
③ NUEUU加氢技术处理劣质重油，NUEUU装置承担预处理功能，脱除原料中大部分硫、氮、氧等杂原子，并使烯烃、芳烃大量饱和，脱除原料中的胶质、沥青质。原料油中的大分子缩聚物在NUEUU加氢装置中充分氢解，其反应产物在固定床加氢或其他后续装置中更易实现进一步转化。
④ NUEUU反应器操作灵活，可根据原料性质适当改变反应条件，以调节NUEUU反应深度，从而实现在原料变化的情况下NUEUU装置仍能为固定床加氢或为其他后续装置提供更加稳定的原料。
⑤ NUEUU反应器采用微球形催化剂，有利于其流化沸腾，反应器内催化剂膨胀沸腾依靠气液进料提升，通过调整反应器稳定泵的流量来调整催化剂的膨胀效果。操作简单，反应充分，转化率高。
⑥ NUEUU加氢技术采用压差输送催化剂在线加入反应系统和高温高压催化剂在线排出反应系统，利用了高压氢气，避免设置单独的高压输送油泵，降低了投资、占地和能耗。
⑦ NUEUU加氢技术能处理多种全馏分劣质重油，可充分提高资源利用率，获取较高的液体产品收率，使得劣质重油不再难以加工。
（2）NUEUU技术应用实例
2015年国内自主研发的劣质重油沸腾床加氢技术NUEUU在河北10万吨/年煤焦油加氢装置一次开车成功，成为首套国内自主研发的工业化沸腾床加氢装置。装置连续运行一年后，中国石油和化学工业联合会组织中石油及中石化权威专家于2016年8月15日至8月18日对该装置进行了连续72小时的装置标定，并于2016年9月11日在北京召开科技成果鉴定会，专家委员会评定“该技术先进，创新性强，总体达到国际先进水准”。首套NUEUU装置的顺利投产标志着由国内自主研发的沸腾床加氢技术空白被填补。
2018年9月，第二套采用NUEUU技术的20万吨/年劣质油轻质化装置一次开车成功。
2019年9月，第三套采用NUEUU技术进行扩能改造的30万吨/年劣质油加氢装置一次开车成功，避免了固定床工艺因床层压降过大导致装置停工的问题。
2019年12月，第四套采用NUEUU技术的60万吨/年劣质油加氢装置一次开车成功。
2020年9月，第五套采用NUEUU技术的30万吨/年劣质油加氢装置一次开车成功。
四、本书编写分工
本书第1章、第5章由马宝岐完成；第2章、第3章由孙昱东完成；第4章由韩保平、连奕新、赖伟坤完成；第6章由冯光平、郭玲聪、方丽、李欢龙完成；第7章由张周岁完成；第8章由冯光平完成。全书由韩保平、冯光平、马宝岐、郭玲聪负责制定提纲、统稿、定稿。
由于本书内容涉及大量新技术，外部技术又受限于详尽资料获取，特别是编者经验不足、水平有限，书中难免有不妥之处，敬请广大读者给予指正。

编者
2024年1月

1　绪论001
1.1　我国炼油业的主要发展趋势001
1.1.1　劣质重油供应呈增长之势001
1.1.2　油品质量清洁化不断加快002
1.1.3　成品油市场需求变化增大004
1.1.4　炼油厂转型升级技术路线006
1.2　劣质重油的资源和加工路线009
1.2.1　基本范畴009
1.2.2　资源概述012
1.2.3　脱碳路线016
1.2.4　加氢路线024
1.2.5　路线比选031
参考文献037

2　劣质重油的性质及分类039
2.1　重质油性质039
2.1.1　重质油的结构和组成039
2.1.2　重质油的沸点范围047
2.1.3　重质油的密度及组成特性参数049
2.1.4　重质油的黏度053
2.1.5　重质油的平均分子量055
2.1.6　重质油的残炭057
2.1.7　重质油胶体结构058
2.2　重质原油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　高温煤焦油070
2.5.2　中温煤焦油071
2.5.3　低温煤焦油071
2.5.4　蒽油073
2.6　油砂沥青074
2.7　其他076
2.7.1　页岩油076
2.7.2　脱油沥青077
2.7.3　催化裂化油浆078
2.7.4　乙烯焦油079
参考文献080

3　劣质重油加氢反应081
3.1　加氢化学反应过程081
3.1.1　加氢裂化反应082
3.1.2　加氢脱硫反应085
3.1.3　加氢脱氮反应086
3.1.4　加氢脱氧反应088
3.1.5　加氢脱金属反应088
3.1.6　加氢脱沥青质反应090
3.1.7　各类反应之间的相互作用及关系091
3.1.8　加氢反应机理093
3.2　加氢反应热力学和动力学094
3.2.1　加氢裂化反应094
3.2.2　加氢脱硫反应095
3.2.3　加氢脱氮反应096
3.2.4　加氢脱氧反应098
3.2.5　加氢脱金属反应098
3.3　加氢反应影响因素099
3.3.1　原料性质099
3.3.2　反应温度102
3.3.3　反应压力104
3.3.4　空速106
3.3.5　氢油比107
3.3.6　氢气108
3.3.7　循环氢组成109
参考文献110

4　劣质重油加氢催化剂111
4.1　催化剂分类111
4.1.1　概述111
4.1.2　催化剂的分类112
4.2　催化剂制备115
4.2.1　催化剂的设计基础115
4.2.2　催化剂的制备原理116
4.2.3　催化剂的制备工艺119
4.3　催化剂特征123
4.3.1　宏观结构和理化性质123
4.3.2　催化剂的组成与作用128
4.3.3　质量指标与评价131
4.4　NUEUU催化剂133
4.4.1　原料拟薄水铝石的制备134
4.4.2　载体的制备134
4.4.3　催化剂成品的制备135
参考文献136

5　典型劣质重油沸腾床加氢技术143
5.1　H-Oil 技术143
5.1.1　主要技术特点144
5.1.2　沸腾床反应器146
5.1.3　生产工艺过程150
5.1.4　典型生产装置155
5.1.5　技术研究进展161
5.2　LC-Fining 技术168
5.2.1　主要技术特点169
5.2.2　渣油加氢工艺170
5.2.3　油砂沥青改质173
5.2.4　联合工艺过程175
5.3　T-Star 技术179
5.3.1　主要技术特点180
5.3.2　生产工艺过程181
5.3.3　生产工艺优化187
5.3.4　生产工艺考核192
5.4　STRONG 技术197
5.4.1　主要技术特点197
5.4.2　技术工艺研究199
5.4.3　示范装置工艺217
5.4.4　煤焦油的加氢222
5.4.5　组合工艺过程228
5.5　NUEUU技术237
5.5.1　主要技术特点237
5.5.2　沸腾床反应器240
5.5.3　生产工艺过程242
5.5.4　技术优势分析252
参考文献255

6　NUEUU技术259
6.1　煤焦油加氢259
6.1.1　装置组成259
6.1.2　应用实例266
6.1.3　同类技术生产装置简要说明286
6.2　渣油加氢286
6.2.1　渣油加氢处理工艺288
6.2.2　渣油加氢裂化工艺294
6.2.3　技术优势分析303
6.3　劣质重油混合加氢306
6.3.1　煤焦油+页岩油的加工306
6.3.2　棕榈油+地沟油的加工311
6.3.3　废旧轮胎油的加工320
6.4　技术工艺的优化324
6.4.1　总体流程优化324
6.4.2　部分流程优化327
6.4.3　反应器及内构件的优化330
6.5　NUEUU配套设备333
6.5.1　沸腾床反应器333
6.5.2　稳定泵337
参考文献339

7　环境保护341
7.1　污染来源及防治要求341
7.1.1　污染来源341
7.1.2　防治要求347
7.2　大气污染及防治措施350
7.2.1　大气污染防治措施350
7.2.2　废气治理评价359
7.3　废水污染及防治措施363
7.3.1　含硫污水汽提处理363
7.3.2　含硫污水汽提工艺流程的选择原则367
7.3.3　氨精制工艺368
7.3.4　废水治理评价371
7.4　固废污染及防治措施374
7.4.1　固废治理防治措施374
7.4.2　固废治理评价381
参考文献383

8　NUEUU装置开停工规程385
8.1　开工总则385
8.1.1　反应系统氮气置换386
8.1.2　反应系统氮气气密386
8.1.3　催化剂干燥387
8.1.4　反应系统氢气气密388
8.1.5　催化剂预硫化388
8.1.6　切换原料和调整操作395
8.1.7　低压系统开工397
8.1.8　调整操作399
8.2　停工总则401
8.2.1　裂化系统402
8.2.2　沸腾床系统404
8.2.3　低压、分馏系统停工405
8.2.4　干气脱硫及酸性水汽提系统406