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摘要：作为宝贵的战略性资源，石油不可再生，而且资源量十分有限，但是随着社会经济的发展，石油的需求量逐年增加，因此需要不断提高石油资源的转化率，因此渣油的深度转化就是关键措施。渣油加氢技术能够实现渣油的清洁高效转化，正逐渐成为渣油加工的主要手段，具有良好的发展前景，值得推广应用。
关键词：渣油加氢技术;应用现状;发展前景
前言
石油作为一种不可再生资源，随着全世界范围的大量开采，原油性质逐渐表现为日益重质化和劣质化。世界常规原油可开采量逐渐降低，而劣质原油的资源量稳步上升，因此，21世纪炼油工业面临的巨大挑战将是如何高效加工利用劣质重油。
1渣油基本结构和理化性质
1.1渣油的基本结构
石油经过非破坏性蒸馏而除去所有挥发性物质得到的残余物被称为渣油。这就是炼油过程中的“桶底油”，这部分油不但硫、氮含量高，重金属、沥青质和胶质含量也占有很大的比例，称为炼油中最难处理的部分。渣油中的大量杂质包括大分子硫、氮化合物和几乎原油中的全部金属化合物、胶质、沥青质。目前，普遍观点认为渣油是属于胶质体系，用四组分法表示该胶体结构分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质。运用核磁共振波谱分析胶质和沥青质的结构参数：将数个芳香环构成的稠和芳香环作为中心，边缘连接环烷环和烷基侧链，分子中夹杂着数个非金属基团和金属络合物，上述单元结构也称为单元薄片，胶质、沥青质便是由数个单元薄片以分子间力重叠组成的。通常可以用重油特征参数KH来描述渣油结构特性，它将渣油相对分子质量、密度和H/C比等容易测量的数据关联起来，可以用来评价渣油加工性能和化学组成，定义式如下：
KH＞7.5时，表明该重油二次加工性能良好，6.5＜KH＜7.5时，表明二次加工性能中等，KH<6.5时，表明重油二次加工性能较差，重油特征参数KH越小，其加工后生焦趋势越大。
1.2渣油的理化性质
1.2.1渣油的黏度
黏度是评价原油的重要指标之一，是化工生产、设计和过程优化中必须考虑的一个因素。渣油按四组分的分类方法包括：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。其中，沥青质是复杂的稠环芳烃类化合物，没有固定的熔点，具有极性强、相对分子质量大、温敏性好等特点，使得渣油在常温下黏度很大；带有极性的胶质也影响渣油黏度；芳香分是由一系列混合烷烃、环烷烃和缩合芳香环等构成，包括极性芳香分和非极性芳香分，带有极性的芳香分更能影响渣油黏度，芳香分能够影响沥青质的胶溶能力；饱和分是由脂肪族烃类和环烷基芳烃等构成，以低强度、非极性油类存在于渣油体系中，低温时析出大晶体而使渣油变硬，黏度变大。
1.2.2渣油硫含量
渣油中硫含量一般很高，其对渣油热反应的影响也最大。如：其可使催化剂中毒，腐蚀设备增加设备投入，使油品着色及有臭味，降低产物中汽油馏分的辛烷值，其燃料油品中硫化物燃烧生成SO2污染大气环境等。如何检测出原料渣油中的硫含量，并采用适宜的方法降低硫含量已成为渣油热反应的关键。目前大部分分析检测油品中硫含量的方法只适用于轻质油品，而由于渣油中硫化物相对分子质量大，溶解性差等特点，使其难于测定其种类及含量。我国原油中减压渣油约占一半，而原油中大部分硫存在于减压渣油中，所以渣油中硫化物的分布及检测方法的研究有重要意义。
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1.2.3渣油的四组分
胶质作为溶胶剂，沥青质吸附的部分重胶质作为胶束相，芳香分与饱和分是分散介质，沥青质与胶质、饱和分和芳香分作用形成沥青溶胶。
2渣油加氢工艺技术的优点
目前炼化企业由于原料油来源不同，尤其是渣油[通常指常压渣油（AR）和减压渣油（VR）]，其性质也存在着很大的差别，其含有的金属、硫、氮、沥青质、残炭等杂质直接影响着加工工艺的选择，也直接导致企业液体产品收率和效益存在着不小的差距。在目前众多的渣油加工工艺中，尤其是在加工含硫较高的渣油方面，渣油加氢工艺应用较为广泛，具有操作环境良好、油品质量高、产品质量好等多方面的优势。应用渣油加氢工艺主要有三个方面的目的，一是生产含硫量很低的燃料油；二是为焦化或RFCC提供高品质的原料；三是通过渣油加氢裂化生产出轻质馏分油。
3渣油加氢工艺类型
3.1渣油加氢脱硫（HDS）反应
渣油加氢工艺流程中最主要的反应就是渣油加氢脱硫（HDS）反应，这是去除渣油中含硫杂质的基本，借助于催化剂的作用，渣油中的含硫物质反应转化为不含硫的烃类和硫化氢，烃类保留在产品中，而硫化氢则顺利脱除。加氢脱硫反应属于强放热反应，在反应器总反应热中所占比例最高。
3.2渣油加氢脱金属（HDM）反应
加氢脱金属反应同样是渣油加氢工艺的一个重要流程，由于渣油中含有较多的金属杂质，如镍（Ni）、钒（V）等，在渣油中的镍、钒等金属杂质普遍存在于沥青质和胶质中，而渣油加氢脱金属反应则是与沥青质裂解反应密切相关的一种反应，借助于催化剂的作用，镍、钒等金属杂质都是以Ni3S2和V3S4这样金属硫化物的方式沉积的。在加氢脱金属反应中，相同的反应条件下，金属V比金属Ni相对脱除更容易，这是由于卟啉结构中的钒与氧原子结合的非常牢固，而氧原子又与催化剂表面形成牢固键，因此脱钒更容易。
3.3渣油加氢脱氮（HDN）反应
虽然渣油中氮含量相对低，但渣油加氢脱氮反应同样至关重要，渣油中的含氮杂质大部分都是以五元环吡咯类或者六元环吡啶类的杂环状结构存在于沥青质和胶质中，因此渣油加氢脱氮反应一般采用芳烃加氢饱和性能好的催化剂以及较高的氢分压。加氢脱氮反应也是放热反应，但是其对反应器中总反应热的贡献率不是很大，一般脱除率也只有50%~60%。
3.4渣油加氢脱残炭（HDCR）反应
渣油加氢脱残炭也是渣油加氢工艺过程中的一个重要反应，残炭同样广泛存在于渣油的沥青质中，这跟它们中间包含众多的稠环和杂环芳烃密切相关，因为这些芳烃物质都是导致渣油残炭高的前身物。在渣油加氢反应过程中，作为残炭前身物的稠环芳烃逐步被加氢饱和，稠环度逐步降低，逐渐变成少于五元环的芳烃，这就不再生成残炭前身物了。
4渣油加氢工艺发展前景
未来原油的供应系统中，重质油和渣油的比例将逐渐加大，而中质原油的供应量将持续下降。面对原油供应的日趋多元化，渣油加氢技术成为提升原油质量的一个重要选择。作为常规原油的接替资源，非常规原油储量巨大且加工难度大，提高石油资源利用率和加强环保要求是当今炼油行业的重大挑战，渣油加氢工艺是最优质的原油深度加工工艺，是实现炼油行业清洁、高效、绿色和可持续发展的不二选择。对于渣油加氢工艺，许多科研部门及公司提出一系列新工艺、新概念和新技术。目前沸腾床渣油加氢工艺已基本实现了规模化应用，技术较为成熟，悬浮床加氢工艺仍然是炼油工业的一大难题，相信随着研究理论和技术手段的不断完善，将会为炼油工艺带来深刻变革。
结束语
总而言之，渣油加氢技术的应用发展，对经济的增长以及环境的保护有着积极意义，在未来的发展中就要充分对这一技术进行优化利用。通过从理论层面对渣油加氢技术的研究分析，从理论上进行深化，为实际技术的应用发挥促进作用。
参考文献:
[1]沸腾床加氢及其未转化油改质中试研究与技术经济分析[J].吴青,吴晶晶.炼油技术与工程.2016(11).
[2]掺炼沸腾床加氢未转化油对焦化产品及性质影响[J].初人庆,郭丹,刘继华,宋永一,乔凯,杨涛.当代化工.2016(04)
论文作者:刘名飞
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/1
标签：渣油论文; 沥青论文; 胶质论文; 原油论文; 残炭论文; 芳香论文; 芳烃论文; 《防护工程》2019年8期论文;