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上期文章重點(diǎn)分析和探討了世界煉油市場(chǎng)趨勢(shì)、及懸浮床加氫裂化技術(shù)的渣油全餾分。接下來(lái)，本文將根據(jù) VCC 技術(shù)的歷史和經(jīng)驗(yàn)，來(lái)闡述化學(xué)工藝、工業(yè)經(jīng)驗(yàn)、裝置可靠性和該技術(shù)當(dāng)今的適用性。
VCC 懸浮床加氫
裂化技術(shù)的歷史
懸浮床加氫裂化和VCC技術(shù)的起源可以追溯到1913年，當(dāng)時(shí)Freidrich Berguis取得了第一項(xiàng)煤液化工藝的專(zhuān)利。1931年Nobel Laureate證明在氫氣條件下，如果溫度和壓力足夠高，煤可以轉(zhuǎn)化為液態(tài)。
1927年～1944年，12套工業(yè)裝置在德國(guó)建成并投入運(yùn)行，把煤、煤焦油和煤焦油瀝青等原料轉(zhuǎn)化成100,000 桶/天的運(yùn)輸燃料，滿足了當(dāng)時(shí)的需求。數(shù)據(jù)記錄顯示，這些裝置的產(chǎn)量始終保持在設(shè)計(jì)產(chǎn)能以上，并且能夠在極困難的條件下達(dá)到90%以上的在線率。當(dāng)了解懸浮床加氫裂化的基礎(chǔ)化學(xué)和操作特點(diǎn)后，就可以理解為什么該技術(shù)具有如此顯著的高可靠性。
1945年，部分上述裝置在拆卸后運(yùn)送到東歐國(guó)家，包括蓋爾森基興6套生產(chǎn)線在內(nèi)的剩余裝置改建為煉廠減壓渣油處理設(shè)備，處理能力10,000桶/天。上世紀(jì)50年代中期，意識(shí)到對(duì)懸浮床加氫技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行溫和的加氫精制能生產(chǎn)較高品質(zhì)的餾分產(chǎn)品，該工藝加入了整合的第二段固定床反應(yīng)器。本質(zhì)上說(shuō)，懸浮床加氫裂化和固定床加氫精制的整合是現(xiàn)今所熟知的VCC工藝的起源。
以整合模式運(yùn)行的渣油處理裝置一直運(yùn)行到1967年，因原油價(jià)格走低（2美元/桶）和政府補(bǔ)貼終止而被迫停車(chē)并于隨后拆卸。過(guò)低的原油價(jià)格、渣油可以作為燃料油銷(xiāo)售、高氫含量餾分油的較低質(zhì)量要求導(dǎo)致VCC技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性下降，淡出了煉廠選擇渣油加工技術(shù)的視野。
由于原油價(jià)格在20世紀(jì)70年代的原油禁運(yùn)之后上漲，VCC工藝再度受到重視。在博特羅普新建了一個(gè)處理能力3,500桶/天的工廠，該工廠于1981年開(kāi)車(chē)。此外，兩個(gè)小試裝置和一個(gè)中試裝置（200桶/天）也相繼建立并投入運(yùn)行，以測(cè)試多種原料，包括渣油、瀝青和煤。原油禁運(yùn)結(jié)束后，全球原油價(jià)格大幅下滑。
這些裝置運(yùn)行至2001年。因原油價(jià)格持續(xù)走低（<10美元/桶）和天然氣價(jià)格大幅增長(zhǎng)，位于博特羅普的裝置停車(chē)關(guān)閉。加氫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性再次消失。
近年來(lái)，由于人口大國(guó)——中國(guó)和印度經(jīng)濟(jì)大幅增長(zhǎng)8%，改變了市場(chǎng)的供需狀況，原油價(jià)格再度快速上漲。不同于以往因人為原因（例如戰(zhàn)爭(zhēng)或者禁運(yùn)）導(dǎo)致的上漲，此次價(jià)格上漲態(tài)勢(shì)可能會(huì)長(zhǎng)期持續(xù)下去。
在BP收購(gòu)Veba公司后，VCC技術(shù)已成為BP先進(jìn)煉油項(xiàng)目的必要組成部分。2008年BP設(shè)計(jì)、建造并試車(chē)的一套全新VCC中試裝置目前已經(jīng)就緒，該裝置位于美國(guó)內(nèi)珀維爾的BP研究基地。
懸浮床加氫裂化
技術(shù)的化學(xué)工藝
懸浮床加氫裂化技術(shù)已經(jīng)過(guò)數(shù)十年的可靠實(shí)踐，但歷史上從未作為渣油升級(jí)改質(zhì)技術(shù)得到廣泛采納。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于接近100%的渣油轉(zhuǎn)化率（>95 wt%）、高瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率（>90 wt%）和高質(zhì)量餾分產(chǎn)品，但耗氫量大。
任何技術(shù)選擇都必須適應(yīng)當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)條件，其關(guān)聯(lián)性深深植根于分子管理原則。該方法的核心內(nèi)容是在原油加工的每個(gè)階段選擇適合的技術(shù)，以最大化每個(gè)原油分子的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)最大化的煉油利潤(rùn)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，減壓渣油包括飽和分、芳香分、膠脂和瀝青質(zhì)（SARA四組分分析）。渣油加工的困難程度、操作苛刻性（壓力和溫度）、耗氫量和需要的資本投資會(huì)隨碳數(shù)的增多而提高。從分子水平仔細(xì)觀查渣油可以發(fā)現(xiàn)，瀝青質(zhì)是渣油中最重的組分，是構(gòu)成渣油貧氫組分的最主要物質(zhì)，包含所有的雜質(zhì)。在做出大規(guī)模投資決定前必須考慮以下問(wèn)題：轉(zhuǎn)化最重的分子是否值得？對(duì)最重的分子進(jìn)行加氫是否具有經(jīng)濟(jì)性？是否生產(chǎn)石油焦或燃料油等其他產(chǎn)品？是否需要生產(chǎn)精品、超低硫餾分產(chǎn)品？
不改質(zhì)、部分改質(zhì)或者全部改質(zhì)這些分子的經(jīng)濟(jì)性由原油價(jià)格、天然氣價(jià)格和資本投資等基本因素決定。歷史上曾出現(xiàn)了原油價(jià)格低迷、天然氣價(jià)格堅(jiān)挺、燃料油市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛和精細(xì)產(chǎn)品質(zhì)量遭低估的局面，這抑制了改質(zhì)最難處理的煉廠渣油瀝青質(zhì)分子的價(jià)值。過(guò)去，渣油可以作為焦炭或未轉(zhuǎn)化的渣油燃料油（沸騰床加氫應(yīng)用中）處理，這樣既經(jīng)濟(jì)又方便。盡管懸浮床加氫裂化技術(shù)的主要方面已經(jīng)成熟，但由于市場(chǎng)和管理?xiàng)l件無(wú)法體現(xiàn)其價(jià)值，該技術(shù)沒(méi)有得到廣泛認(rèn)可并不奇怪。
面對(duì)同樣的問(wèn)題，現(xiàn)在的答案是肯定的。原油和天然氣價(jià)格結(jié)構(gòu)的調(diào)整、新的法規(guī)調(diào)控環(huán)境、燃料油和石油焦市場(chǎng)萎縮、餾分油需求量增加，加上運(yùn)輸燃料質(zhì)量要求的提高，升級(jí)改質(zhì)瀝青質(zhì)分子的價(jià)值逐步體現(xiàn)，市場(chǎng)需要高轉(zhuǎn)化率、高耗氫量和出產(chǎn)成品餾分產(chǎn)品的技術(shù)?？偠灾?，目前的市場(chǎng)和調(diào)控局面十分適合懸浮床加氫裂化工藝的應(yīng)用。尤其是經(jīng)過(guò)幾十年的創(chuàng)新發(fā)展，VCC技術(shù)對(duì)當(dāng)今市場(chǎng)具有更大的現(xiàn)實(shí)意義。
以原油價(jià)格為基準(zhǔn)，對(duì)比煉廠渣油改質(zhì)的三條技術(shù)路線的凈現(xiàn)值（NPV），可以看出，目前形勢(shì)明顯適合于懸浮床加氫裂化技術(shù)。經(jīng)濟(jì)和調(diào)控發(fā)展趨勢(shì)都支持VCC的推廣，當(dāng)前和未來(lái)的市場(chǎng)條件也利于該技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。
對(duì)北美一家煉廠減壓渣油改質(zhì)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估說(shuō)明：當(dāng)基準(zhǔn)原油價(jià)格為85美元/桶時(shí)，沸騰床工藝的凈現(xiàn)值僅略高于延遲焦化工藝，主要原因在于轉(zhuǎn)化率較低、產(chǎn)生大量低價(jià)值的未轉(zhuǎn)化渣油以及生產(chǎn)的芳烴餾分產(chǎn)品需要二次加工；而當(dāng)基準(zhǔn)原油價(jià)格為50美元/桶時(shí)，VCC的凈現(xiàn)值已經(jīng)高于延遲焦化，說(shuō)明該技術(shù)具有很好的前景。
懸浮床加氫裂化
技術(shù)可靠性高
通常，懸浮床加氫裂化技術(shù)的價(jià)值，尤其是VCC技術(shù)的價(jià)值只有在長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行情況下才能體現(xiàn)。只有實(shí)現(xiàn)高瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率且裝置不發(fā)生結(jié)垢時(shí)才能達(dá)到可靠性。渣油的分子評(píng)估可以看出瀝青質(zhì)在飽和餾分和芳烴混合物溶劑中。
懸浮床加氫裂化的初步轉(zhuǎn)化本質(zhì)上屬于熱裂化，部分程度上與其他脫碳工藝類(lèi)似，高氫分壓阻止可能伴隨裂解分子發(fā)生的縮合反應(yīng)（脫碳工藝中會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)反應(yīng)，并生成較重的渣油分子，最終生成焦炭）。因此，與其他熱化學(xué)過(guò)程不同，該反應(yīng)系統(tǒng)可生成比進(jìn)料輕的產(chǎn)品，不發(fā)生縮合反應(yīng)或生成焦炭類(lèi)型產(chǎn)品。
溶解瀝青質(zhì)的飽和餾分很容易裂解，隨著轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行，渣油失去其溶解能力，瀝青質(zhì)沉淀下來(lái)。為了幫助理解，可以對(duì)比溶劑脫瀝青工藝。溶劑脫瀝青工藝中，當(dāng)飽和餾分溶解在輕質(zhì)直鏈烷烴溶劑中時(shí)，會(huì)發(fā)生分相，瀝青質(zhì)則沉淀為瀝青。
沉淀下來(lái)的含有重金屬的未轉(zhuǎn)化瀝青質(zhì)，會(huì)粘附到設(shè)備（例如：反應(yīng)器內(nèi)壁、管路管壁和換熱器內(nèi)壁）上，導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)垢。為避免結(jié)垢，沸騰床和渣油加氫裂化技術(shù)不得不降低單程轉(zhuǎn)化率，或借助循環(huán)和/或添加大量外來(lái)的芳烴溶劑，以便溶解未轉(zhuǎn)化的瀝青質(zhì)分子。
VCC技術(shù)操作穩(wěn)定，高轉(zhuǎn)化率下也不產(chǎn)生結(jié)垢。從VCC技術(shù)伊始到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究，迄今已取得了1000多項(xiàng)專(zhuān)利，并發(fā)表了2000多篇文獻(xiàn)，涉及催化劑和添加劑所有可能的情況。根據(jù)這些研究，我們發(fā)現(xiàn)并使用低成本添加劑，以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率和無(wú)結(jié)垢。
高氫分壓和添加劑系統(tǒng)組合是VCC技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)，也是數(shù)十年來(lái)在高一次通過(guò)轉(zhuǎn)化率（>95%）下無(wú)結(jié)垢可靠運(yùn)行的主要原因。通過(guò)調(diào)節(jié)固定床加氫精制反應(yīng)器條件，控制加氫量以滿足最終產(chǎn)品質(zhì)量要求。渣油餾分不進(jìn)入固定床裝置。該工藝的可靠性已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在數(shù)十年運(yùn)行期間，裝置在線率一直保持在90%以上。
作者認(rèn)為，現(xiàn)今市場(chǎng)條件和調(diào)控發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)為加氫技術(shù)投資計(jì)劃以及懸浮床加氫裂化技術(shù)的推廣創(chuàng)造有利環(huán)境，尤其有利于發(fā)揮VCC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。高在線率下，VCC工藝可以可靠地實(shí)現(xiàn)接近完全的轉(zhuǎn)化、一次通過(guò)、餾分選擇性轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)最終產(chǎn)品【完】。
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