OQ集团整合了阿曼炼油和石油工业公司（简称ORPIC），其中包括本文献中的苏哈尔工厂；回顾下方所链接的公开文献，苏哈尔与马斯喀特的多厂KBC全流程整合案例，大家可以看到KBC的Petro-SIM以及服务是一个统一平台的多功能应用，涵盖了从公司战略到技术细节的全面精准支持。
W. R. Grace & Co.’s Refining Technologies
在疫情期间，石化产品的需求依然强劲，这表明轻烯烃和化工产品的韧性。因此，高端催化剂解决方案的作用至关重要，抓住这些机会，可使炼油商的价值最大化。本文详细介绍了一个成功的案例，该案例旨在处理世界上最重的渣油原料之一，为阿曼OQ Sohar炼油厂实施催化剂解决方案，显著提高丙烯产量和装置盈利能力1520万美元/年。
在新冠肺炎疫情造成的全球混乱中，世界经历了深刻的变化。流动限制迫使大多数人远程工作，国内和国际旅行减少。因此，石油衍生的运输燃料需求大幅减少，迫使炼油厂调整完善的运营策略和产品计划，以维持盈利运营。
相反，在疫情大流行期间，对石化产品的需求仍然强劲，这表明了轻质烯烃和化学品产品的韧性。随着世界市场的复苏和流动限制的解除，运输燃料的需求和利润率已恢复到大流行前的水平，同时石油化工市场强劲。
因此，包括流化催化裂化装置（FCCUs）在内的复杂转化装置正在提高进料速率，并最大化重质进料的转化率，以满足不断增长的需求，同时调整产品结构以实现最大盈利。在这种环境下，优质催化剂解决方案的作用对于抓住这些机会并最大化炼油厂的价值至关重要。
新冠肺炎疫情也影响了石油和天然气行业的中长期前景。许多国家正在采取政策和法规，以加快能源向碳中和的过渡，整个社会都提高了环境意识。据分析人士称，根据能源转型的速度，到2050年，该行业可能面临全球液体产品需求的下降，下降幅度在每天500万桶到每天2500万桶之间1。
这种转变不会在全球范围内均匀发生，因为预计成熟市场的转变速度将快于新兴地区。传统运输燃料消耗量的下降可能会导致传统炼油操作的结构性低利润情况，这可以通过石化整合和/或生物原料处理来解决。考虑到与汽油相比的预期强劲需求（图1）石油化工原料（如丙烯）的生产具有非常稳健的盈利能力预测。
图1. 全球聚丙烯需求（左）与区域汽油需求（右）预测
资料来源：Wood Mackenzie
在这种环境下，FCCUs等转化装置将通过将低成本的重质渣油转化为高价值丙烯用于化学品生产，在提高炼油厂的盈利能力方面发挥关键作用。分析师预计，与传统FCCUs产品相比，这些FCCUs的长期结构边际效益将逐步提高其LPG烯烃产量（图2）。
图2. 高丙烯催化裂化与传统催化裂化的利润率比较
资料来源：Wood Mackenzie
为了调整生产更多的轻质烯烃，FCCUs通常需要合适的装置设计和定制的催化剂技术，以提供所需的收率曲线。广泛使用含有ZSM-5的助剂，将汽油范围内的烯烃分子裂解为液化石油气（LPG），以及合适的Y-催化剂性能，对于实现增加轻烯烃目标至关重要。
文献中有几个例子说明了催化裂化装置如何通过提高其轻质烯烃产量来显著提高其盈利能力2,3。
研究表明，炼油厂对全球供应的丙烯贡献将继续发挥关键作用，以满足未来多年不断增长的需求4，因为与其他潜在的专用技术相比，这种贡献提供了明显的成本优势，如表1所示。
本文详细介绍了一个成功的案例，该案例中，设计用于处理世界上最重渣油进料之一的RFCCU实施了催化解决方案，从而显著提高了阿曼的OQ Sohar炼油厂丙烯产量和装置盈利能力，每年提高1520万美元。
2. OQ Sohar RFCCU的高渣油-丙烯催化方案的实施
OQ是阿曼的国家能源公司，由阿曼苏丹国全资拥有。除了石油和天然气勘探和生产，该公司还投资发电、能源运输和基础设施、炼油和石化产品制造。
从1982年开始，该公司只有一家生产汽油的炼油厂，现在的OQ公司已经建立了下游产品供应，并于2006年通过包括Sohar炼油厂改进项目（SRIP）和Liwa塑料工业综合体（LPIC）在内的项目扩建了Sohar炼油。该综合设施目前包括一座炼油厂、芳烃厂、蒸汽裂解（乙烯生产）以及下游的聚丙烯和聚乙烯厂，使其成为世界上最好的一体化炼油厂和石化设施组合之一。该综合体拥有战略位置，能够向东方或西方交付产品，以抓住市场机遇。
Soha炼油厂的核心是RFCCU，这是一个主要的转化装置，将重质渣油物流转化为丙烯和清洁燃料等高价值产品。RFCCU是一座并列式（SBS）设计的具有两段再生器、催化剂冷却器、填料汽提塔和旋涡式（VSS）提升管分离器系统，使其能够处理高康氏残炭、高金属含量的渣油原料类型。RFCCU可处理高达79000bpd，工业中最具挑战性的渣油进料之一（表2）。
丙烯是OQ的主要经济驱动因素之一，要求重油催化裂化装置在设计良好的催化剂系统下高反应苛刻度下运行，以在通常为再生器温度和主分机能力的装置限制条件下提高轻质烯烃产量，同时将液化石油流量保持在最大值。
处理渣油原料的重油催化裂化装置面临着高的焦炭选择性（高碳差），这会提高再生器温度，降低剂/油比和转化率。渣油原料通常含有高含量的污染金属，这些金属会毒害催化剂，并可能导致再生器温度进一步升高和转化损失。在这种环境中保持催化剂活性很重要，因为增加的催化剂失活速率需要增加催化剂添加速率以保持催化剂系统的裂化活性5。
专利催化剂平台a自商业推出以来，已在全球260多个应用中展示了其性能，引领了低焦炭选择性市场。
成功的应用案例可以在文献1、2中找到，以及催化剂平台RFCC催化剂已证明可提供：
低碳差在高金属含量中的应用
对生焦到油浆产品选择的性能得到显著改善
在高污染金属水平下具有优异的活性和稳定性
提高C3和C4烯烃产量
为炼油厂提供有能力处理高渣油原料含量的机会
OQ RFCCU使用了作者公司催化剂平台a中(具有)优质焦炭选择性(的催化剂)，以及竞争对手的助剂。为了进一步优化装置盈利能力，Sohar炼油厂团队进行了催化剂选择过程，目标如下：
最大化丙烯（C3=）产量
液化石油气中最大化的丁烯
最大化汽油辛烷值桶数
最小化干气
最小化油浆产量
作者公司进行了广泛的内部测试计划，根据装置目标和约束条件，以性能要优于目前在装置中现有催化剂和助剂,以确定最佳催化解决方案。
在所有测试的方案中，催化剂b和专有助剂c是表现出最佳性能的催化剂方案。
第一步是改进Y型沸石基催化剂的性能，支持最低的碳差和气体生产，提高较好的轻质烯烃收率，并为ZSM-5助剂的效率提高奠定基础，以进一步提高丙烯产量。催化剂b是两种协同技术的组合，旨在提供最佳性能效益。它在最新的催化剂a中集成了专有的沸石稳定剂，以进一步增加丙烯前期物和液化气中的烯烃，并减少碳差，从而在催化裂化装置中处理更重的进料。
如表3所示，从现有技术向新催化剂b的转变表明，随着油浆的减少，转化率显著提高1.9 wt%，同时在焦炭收率不变的情况下丙烯收率增加。
下一步是将专利催化剂的性能与高活性ZSM-5助剂相结合，以获得最终的最佳催化解决方案。使用不同量ZSM-5助剂的研究有助于炼油厂团队评估其RFCCU的潜在丙烯产量，并确定最佳混合量。
助剂c是作者公司的高活性商用ZSM-5助剂之一，专为最大限度地生产丙烯和丁烯而设计，且单位助剂具有高活性。
ZSM-5添加水平在传统助剂要求显著高的添加速率，从而增加OPEX运营成本和人工装卸活动。还有可能稀释循环催化剂库存活性，并随后导致装置转化率降低。
如表4所示，高活性添加剂的加入导致丙烯和丁烯的预期改善，但牺牲了汽油。由于裂解汽油大部分属于烯烃轻石脑油切割，所得到的汽油辛烷值由于芳烃浓度而提高。
这些在作者公司实验室中获得的确认的性能效益随后在一个外部独立实验室通过循环提升管中试装置得到了证实，结果表明，所提出的催化解决方案优于所有其他测试方案(图3)。基于中试装置的结果，OQ在工业装置中进行了试验。
图3. 催化裂化试验装置中不同催化剂的丙烯产量（催化剂b+添加剂c标记为DF1-2+Z1）
如图4所示，在替换现有的新鲜催化剂和竞争对手的助剂解决方案之后，丙烯产量的增加是显而易见的。相对于之前的催化剂a与竞争对手助剂ZSM-5的混合（图5和6），该催化剂和助剂组合(以下称为新型催化剂体系)在保持渣油裂解能力的同时，对丙烯和轻烯烃的选择性有本质的增强。
图4. 工业试验期间的催化剂d丙烯
图5. 催化剂在恒定转化率下的轻质烯烃产量
图6. 在恒定的转化率下，催化剂d的塔底油浆和LCO收率
另一个关键性能的变量是在富气压缩机（WGC）限制范围内生产高价值丙烯的能力。当需要生产更多的丙烯而需要更高反应苛刻度时，经常由于内在的热裂解反应增强，通常会增加干气产量。如果再加上不合适的金属容忍度，很容易将装置限制在一个低价值生产区间内，因为低价值产品增加了体积流量，而不是丙烯。
如图7所示，新型催化剂体系由于其较高的晶体活性，每单位干气能够生产更多的丙烯，这有助于Sohar炼油厂最大化进入富气压缩机（WGC）流量的价值。
图7. 催化剂的丙烯与氢气产量
为了验证初步的中试装置测试和催化剂监测，进行了标准化数据的比较，在可比条件下评估两个催化剂的周期性能。
在工业装置中进行了一次试运行，比较两种催化系统，随后使用专有的FCC-SIM软件f进行标准化，以比较相同条件下的情况。如表5所示，在新的催化体系下丙烯增加了0.9wt%，同时在类似的焦炭收率下，改善了渣油的裂解性能。
由于这种优化的催化剂系统，OQ提高了其在FCC行业的地位，成为处理最具挑战性的渣油进料之一的最佳丙烯制造商之一，如图8所示。丙烯、C4烯烃和辛烷值明显改善，而转化率保持不变。
图8. OQ苏哈尔炼油厂RFCCU产量与行业对比
作者的公司正在不断开发新的催化剂和丙烯最大化助剂。其最新助剂g，在恒定的助剂水平下，与主要领先助剂c相比，显示出更高的轻烯烃产率（图9）。
图9. 作者公司的不同ZSM-5添加剂的丙烯产量比较
3. 结论
OQ进行了一个全面而严格的过程，以选择一个新的、性能更高的催化剂系统，使其能够提高高价值丙烯收率，同时降低其RFCCU的油浆收率。
从上一代催化剂a转向新的催化剂b，再加上高活性助剂c，在大幅改善渣油的裂化能力，轻质烯烃含量提高，盈利能力增加1520万美元/年。
尽管该重油催化裂化装置正在处理行业中最具挑战性的渣油物料之一，但作者公司的技术帮助Sohar炼油厂成为全球最大的催化裂化丙烯生产商之一。强劲的渣油制丙烯性能和OQ在阿曼的独特战略位置确保了FCCU在新能源转型时代的极大的强盈利能力。
说明：
a NEKTOR™ catalyst
b NEKTOR™ SRIP catalyst
c OlefinsUltra® MZ additive
d Ecat ACE™ catalyst
f KBC’s FCC SIM software
g ZAVANTI® additive
h OlefinsUltra®
参考文献：
1.McKinsey & Co, “Global downstream outlook to 2035,” July 2021.
2.Gonzalez, R., C. Chau, J. Llano, B. Aramburu and R. Larraz, “FCC catalyst for maximum propylene,” PTQ, 4Q 2016.
3.Serban, S., C. Ekeocha, U. Singh and B. Cipriano, “Maximising yields and profits from the FCC unit,” PTQ, 3Q 2021.
4.PTQ, 1Q 2019, pp. 61.
5.Baillie, C. and D. D. McQueen, “Combining mesoporosity with metals tolerance for residue upgrading in FCC,” online: digitalrefining, July 2013.
作者介绍
Ahmed Al-Marjibi，是OQ下游炼油和石化的工艺工程师，在RFCC有5年的炼油经验。他于2017年加入OQ，在他的职业生涯中一直参与改造和故障排除。Al-Marjibi毕业于特拉华大学，拥有化学工程学士学位。
Francisco Fernandez，是OQ的高级工艺工程师。他拥有化学工程学士学位，在不同的工艺单元有超过15年的经验，包括fccu, DCUs, cdu / vdu等。在他的职业生涯中，他在工艺工程、运营和项目方面担任过多个职位。他于2017年加入OQ，目前负责监督Sohar炼油厂RFCCU的运营。
Saleh Daryabari，是OQ的高级工艺工程师。他拥有化学工程硕士学位，在RFCCUs和加氢处理的工艺工程、调试、改造和故障排除方面有15年的经验。他的专业知识包括RFCC、加氢裂化和渣油加氢处理催化剂的评估和中试工厂选择。
Ghadeer Hussain Mohamed Redha，是OQ下游炼油和石化公司的工艺工程师。她毕业于德国工业大学，并拥有过程工程学士学位。Redha有5年的炼油经验，作为工艺工程师，在RFCC和延迟焦化装置有经验。她于2017年加入OQ，在她的职业生涯中参与了改造、故障排除和两次转型。
Franklin Gonzalez，是OQ Sohar炼油厂的工艺工程团队负责人。他拥有化学工程硕士学位，毕业于IFP学校。Gonzalez在Cardon炼油厂PDVSA和Sohar炼油厂拥有超过15年的炼油经验，在那里他的职位包括加氢处理工艺工程师，FCC/RFCC工艺工程师和运营主管职位。他在FCCU/RFCCU、蒸馏和加氢处理方面有操作和工程经验。Gonzalez于2017年加入OQ，在他的职业生涯中参与了许多改造、调试和故障排除。
Talal Al Rawahi，是OQ下游炼油和石化的工艺工程负责人。他是苏丹卡布斯大学(Sultan Qaboos University)的研究员，拥有化学和工艺工程学士学位。Al Rawahi拥有超过12年的炼油经验，主要在OQ工作，他的职位包括聚合物工厂操作员，RFCC工艺工程师和工艺工程主管职位。他在RFCC、蒸馏、烷基化、加氢处理、重整、异构化、蒸汽裂解、聚合物和公用工程方面具有操作和工程经验。他于2010年加入OQ，在他的职业生涯中参与了许多改造，调试和故障排除。
Morgan Allen，是中东GRACE炼油技术公司的高级首席技术专家，化学工程师学会院士，并拥有化学工程学士学位。Allen拥有超过30年的炼油经验，主要在米尔福德港的Murco炼油厂工作，在那里他的职位包括裂解和烯烃经理和高级工艺工程师。他在FCC、真空蒸馏、HF烷基化、加氢处理、重整、异构化、蒸馏、公用工程和石油运输方面具有操作和工程经验。在他的职业生涯中，他参与了许多FCC的改造，调试和故障排除。Allen于2017年加入Grace，此前他在科威特完成了Amec Foster Wheeler的委托经理任务。
Graeme Macaulay，是中东GRACE炼油技术公司的技术服务和销售经理。他在苏格兰Grangemouth炼油厂拥有超过11年的各种炼油经验，主要是FCCUs、加氢加工和炼油厂能源效率的技术支持和优化。麦考利总部位于阿联酋迪拜，为该地区的炼油厂提供技术支持和账户管理服务。他拥有格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学化学工程硕士学位，是IChemE的特许成员。
Lamma Khodeir，是Grace炼油技术公司的细分市场经理。在担任目前的职位之前，她加入Grace担任研发研究员，领导新的FCC产品开发。Khodeir博士在德国波鸿鲁尔大学(Ruhr-University of Bochum)获得化学文凭和技术化学博士学位。
Rafael González Sánchez，是W. R. Grace & Co.炼油技术业务的EMEA区域营销经理。González博士加入Grace担任研发研究员，领导新的FCC催化剂和ZSM-5添加剂的开发，然后在他目前的职位之前，他曾担任FCC区域技术销售经理角色几年。他拥有西班牙巴塞罗那大学化学工程硕士学位和工程与先进技术博士学位。他的论文题目是炼油工业的多相催化发展。González博士在催化剂设计和开发以及FCCU技术服务方面拥有超过15年的丰富多学科经验。他是FCC行业领域多部出版物的合著者。
发表于 2024-2-12 22:28:53
显示全部楼层
IP卡
狗仔卡
楼主
提升卡
置顶卡
喧嚣卡
变色卡
千斤顶
显身卡