石油炼制工业中加氢技术和加氢催化剂的发展现状

李农  李国旗  杜忠伟  王玉涛

（山东胜星化工有限公司 山东 东营 257335）

摘要：随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，对于各类资源的需求量也越来越大。石油是我国经济发展中的战略资源，目前市场中的石油通常分为重质与轻质两种，其中轻质石油较为常见，主要加工工艺为加氢催化技术，在加氢催化技术的支持下，重质石油中的碳元素、氢元素含量都能得到降低，并且加氢催化剂的应用还可以在低碳低氢加工中发挥作用，提高石油炼制的提纯效果。本文主要围绕加氢技术与加氢催化剂的发展展开论述，探讨二者的发展现状以及发展趋势。

关键词：石油炼制工业  加氢技术  加氢催化剂

     石油炼制工业作为我国经济发展的支柱型产业之一，很多行业的现代化发展都与石油产品有着密切联系。石油产品的应用范围较广，对于经济发展产生了深远的影响，石油凭借着便捷性和利用率、适用性优势而得到了广泛应用。如今社会的发展对于石油产品也提出了新的要求，石油炼制工业需要炼制更高品质的产品，对于燃料油的需求量则逐渐降低，所以原油深加工也受到了社会的广泛关注。如今越来越多新技术的诞生和发展，节能环保技术以及轻油生产设备的发展使得轻油产品的质量与产量也得到了提高，加工技术的发展也迎来了新的机遇。在这一背景下，加 氢技术及加氢催化剂具有非常高的综合利用率，是提升石油炼制产量的关键因素，也为石化产业 的发展奠定了良好基础。

1  加氢技术与加氢催化剂概述

1.1  石油加氢技术

     由于石油的化学组分为不饱和烃类物质，每个磷、硫、碳等原子中连接的氢原子并没有达到最大数量，氢碳含量相对较少，但氢碳比却是决 定石油品质的一大因素。当前随着各油田的不断开发，油品品质如何提高成为了一大问题，而加氢技术则是提高氢碳比的有效手段。在物质等量的状态下，燃烧不饱和烃类释放出的热量和燃烧 饱和烃类释放的热量具有明显差别，同时饱和烃类物质更不容易被氧气等物质氧化，化学性质也更加稳定，在存储与运输方面具有明显优势，所以饱和烃相较于不饱和烃来说价值更高。将原油中的不饱和烃类转变为饱和烃便是提高石油炼化 质量的理想办法，实现这一目标需要利用加氢技术，按照增熵原理在单独的系统中分子热运动为无序发展状态，加氢的工艺过程不能自主实现，需要人为进行控制。

     石油加氢技术的原理在于，利用石油因子中碳氢比的调整，使其产生新产品。石油精炼通常有脱碳与加氢两个环节，其中脱碳主要目的在于控制石油的碳含量，焦化便是其中一个流程，氢化则是控制石油氢碳比。当前我国针对石油炼制工艺提出了更加严格的要求，加氢技术的发展也 越来越迅速，更多的加氢技术开始开发和推广，提高了石油精炼效果。目前多数石油利用加氢技 术精炼为汽油与柴油，石油到汽油的加工过程会 改变其中的硫、氮、烯烃、芳烃的含量，石油到 柴油的加工过程则改变硫含量并且改善十六烷 值。在石油中提炼高辛烷值汽油与低硫柴油从而获得高品质燃料是目前石油炼制工艺的主要发展方向，而加氢技术的应用则可以同时满足汽油加 工与柴油加工需求，提高油品品质。

1.2  加氢催化剂

     加氢催化剂的性能通常取决于自身的构成特征，根据加氢反应需要关注的因素不同，可以将加氢催化剂分为加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属等多种催化剂。而加氢催化剂的构成一般有主 要催化剂、辅助催化剂、载体三类，其中主要催 化剂能够在加氢反应中提高反应活性与选择性；辅助催化剂则可以结合具体情况加入，强化主要催化剂的应用效果并提高反应稳定性；载体则是 发生反应所需要的表面积以及机械设备等外部条件^[1]。

2  加氢技术与加氢催化剂的发展现状

2.1  加氢技术的发展现状

     石油炼制工艺中通常都会将氢气作为催化剂，从而提高汽油生产品质与产量，保证原有精炼体系的适用性，转变以往原油精炼条件不足等问题。当前加氢技术在石油炼制中的发展与应用主要体现在以下几点：

2.1.1 汽油处理技术

     如今汽车消费总量和保有量的不断提高，人们也开始意识到了环境保护的重要性，清洁型低硫汽车也有着广阔的市场前景，清洁型和低硫型汽油也因此受到了广泛关注，这类汽油能够降 低汽油中的硫含量，提高汽油产品经济效益。由RIPP公司研发的加氢脱硫技术能够有效提高烯碳氢的饱和度，反应过程通常可以分为两种路线也 就是油与目标产品。在分选点的选择上，分离催 化裂化（FCC）汽油时加氢处理技术可以降低烯碳氢的饱和度，并通过kafa加氢脱硫催化技术来提 高反应效率。汽油与脱硫催化剂之间具有密切联 系，活性会影响催化剂在硫化状态下的化学活性 外观与分子结构，同时在这一条件下形成选择性的加氢脱硫活性模子，利用活性结构和加氢催化 剂间的联系可以研发更具靶向活力的催化工艺。

2.1.2 柴油加氢脱硫技术

     目前汽油在汽车燃料领域有着广泛的应用，甚至取代了传统的柴油，但在许多建设项目中各 种大型设备仍然需要使用柴油。但在建设工程设备中，柴油的污染程度通常高于汽油，所以需要 消耗的能源更多，这显然与目前的节能环保理念 不相符。柴油加氢脱硫技术的主旨在于提升加氢 脱硫催化剂性能，将催化剂的活性保持在原本活性的5倍左右，利用催化剂来提升空速。现有的 柴油加氢脱硫技术具有成本造价高、能耗高等不 足，仍需进一步优化，在技术不断的进步与创新 中，柴油超高级加氢脱硫技术也将会得到推广，解决传统柴油加氢脱硫技术存在的各项不足，柴油加氢先进工艺利用双功能催化剂体系来达到选 择化学反应的目的，去除原油中的硫、氮、芳碳 氢等物质来改善提纯效果^[2]。

2.1.3 渣油加氢裂化处理

     常用的加氢脱硫处理工艺一般在现有的设备 支持下，将劣质常压渣油进行加氢处理，之后利 用重质原油催化设备进行加热，将其转变为轻质油。当前国际油价不断攀升，常压渣油的合理利 用能够提高石油资源利用率，在调控石油市场供 给、油价等方面具有现实意义。但当前的渣油加 氢催化技术的应用也存在一些问题，例如催化效 率平衡与除碳都具有一定难度，所以需要进一步 研究加氢转化率以及促进剂平衡等方向。与传统石油对比，常压渣油的分子更大、黏性更大，在实际储存中可能产生积碳现象，所以需要根据实 际情况提高工作温度，从而降低残油黏性。利用易穿孔催化剂作为载体，改善残油品质的同时还 具有润滑效果。

2.2  加氢催化剂的发展现状

     针对加氢技术来说，加氢催化剂是提高加氢 处理效率的关键环节，甚至加氢催化剂直接决定 了加氢技术在石油炼化中的地位。如今加氢技术的不断发展，加氢催化剂也在不断进步，两者属于相互促进的关系。经过研究能够了解到，较为常见的加氢催化剂一般有钨镍氧化铝、钼镍氧化 铝、贵金属催化剂等，在加氢催化剂不断发展的背景下，金属组分含量也在不断提高，氟、磷助剂也开始在加氢催化剂中广泛应用，使氧化铝的 纯度进一步提升，典型的加氢催化剂包括以下几 种：

2.2.1 DN-3100与DN-2118

     DN-2118是以Century技术为中心衍生出的催 化剂品种之一，这种加氢催化剂一般在柴油生产 炼化中应用较多。而DN-3100则是在前者的基础上优化创新的产物，不管是加氢脱氮还是芳烃饱和 活性上，DN-3100都具有更加显著的优势。

2.2.2 Nebula

     Nebula催化剂是以Nebula技术为中心制备出的一种类型，而需要运用Nebula催化剂的场景一般分 为2种：一种是高氢压分解下的加氢处理，多为超低硫柴油生产；另一种为加氢裂化原料油的预处理。

2.2.3 KF-848与KF-757

     这两种催化剂的核心为Stars催化剂技术，该 技术也叫做II型超活性中心，可以形成稳定的高 浓度MoS2活性相并分布于催化剂表面提高活性。 KF-848与KF-757都能够在控制氮含量、降低芳烃含量方面起到理想效果，在柴油加氢装置中效果 更加显著。KF-848与KF-757在柴油加氢装置中的 应用可以优化产品的色度，并提升十六烷值。KF848催化剂在高压加氢预处理中，可以在确保操作环境不变的条件下提高反应的稳定性、脱氮活 性等，相较于传统催化剂效果更加明显，在工程 装置中应用时，KF-848操作温度较传统催化剂更 低，在柴油加氢处理期间，加氢脱芳烃、加氢脱 硫、加氢脱氮的活性效果同样较为理想^[3]。

3  加氢技术与加氢催化剂的发展趋势

3.1  加氢催化剂的创新

     在石油炼化工艺中，加氢催化剂的制作工艺 是否科学一度决定了加氢催化剂的效果发挥，节约加氢催化剂生产造价。为进一步提高加氢催化 剂的应用效果，需要结合重质油转变轻质油的生产需求来深入研究加氢催化剂的创新。利用加氢催 化剂生产流程的简化来实现生产线自动化，提高催 化剂的生产效率与产品品质。在加氢催化剂生产加工期间，为提高生产经济效益，炼油厂需要引进先进的加氢装置来处理重质原油，确保原有的设备在 空转条件下能够维持稳定的运行参数^[4]。

3.2  加氢裂化催化剂的应用与优化

     加氢裂化催化剂的适用性非常强，可以按 照石油炼化的生产需求来设计加氢裂化工艺方 案。在如今社会经济发展对轻质石油需求量进一步提高的环境下，加氢裂化催化剂的推广为石油炼化领域的发展也带来了新的机遇。在加氢裂化 催化剂的作用下，绿色清洁技术的引进可以控制 石油炼化过程对环境带来的危害，并且提高油品质量。在先进科学技术的支持下，今后油气产品 生产期间，加氢裂化催化剂的应用与发展主要表 现出了以下特征：其一，加氢裂化催化剂加工材料也开始向着重质化、轻质化的方向发展，并且产生的硫元素化合物也含有一定的硫元素与氮元 素。在加氢裂化催化剂发展期间，需要尽可能提 高产品的抗高硫性和高氮性；其二，在社会经济 快速发展的背景下，人们对于油气产品的需求也 越来越多样化，例如柴油中馏分油的需求量有了 明显增加，在这一要求下，需要在加氢裂化装置 的推广过程中充分开发多产中间馏分油加氢裂化 催化剂，以此来满足油品市场需求；其三，在加氢裂化催化剂研究方面，研究人员需要重点关注 微孔分子的选择与研发，借助有关的先进技术实现研发与生产的创新，让新型加氢催化剂具有更高的活性以及稳定性。加氢裂化催化剂加工生产 期间，需要保证微孔分子筛以及介孔分子筛在孔 隙结构中实现相互互补的效果，从而提高催化剂的活性。

3.3  高、中油型加氢催化剂的生产与研发

     加氢催化剂的创新研究重点在于提高加氢催 化剂的整体性能，在这一目标下，油气资源研究 与生产人员在日常工作中都要严格根据社会发展 以及市场发展对于油气资源的需求来确定加氢催 化剂研究方向，例如高、中型加氢催化剂的生产 与研究。目前国际市场针对喷漆和清洁柴油的需求量较大，油气资源在实际应用中可能出现产能 过剩等问题，为有效改善这类问题，油气资源的 开发与利用，以及加氢催化剂的生产需要贯彻供 给侧结构性改革，对油气生产企业的资源结构进 行整合调整。

3.4  新型加氢催化剂的研发

     面对石油炼化行业现代化发展所面临的问题，需要积极引进先进的技术手段来研发新型的加氢催化剂。根据重质石油产品轻质化处理的方向，在新型加氢催化剂的研究中需要通过加工技术转化环烷芳烃，也就是运用催化剂反应工艺技术的开发，实现环烷芳烃选择性加氢饱和、选择性开裂化耦合等，在重质石油轻质化炼化中应用先进的技术手段来控制反应过程。在轻质化石油 炼化与生产中，还要全面深入多环芳烃选择性加 氢饱和技术的研究，分子炼油的思想概念也要融入到油品炼化生产之中^[5]。

4  结束语

     目前资源的不断开发使得人们开始重视资源短缺问题，也开始研发出更多更先进的技术来实现重质石油的轻质化处理，从而提高石油生产质量和资源利用率。加氢技术与加氢催化剂在石油炼化过程中扮演着关键角色，今后加氢技术的不断发展，新型催化裂化技术的诞生将会实现低能耗、高质量、高效益的油气产品，在降低油气消耗的基础上提高油气资源利用率，这对于社会经 济的发展来说具有重要意义。

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