中國自主研發的沸騰床技術繞開了國外工藝必須使用循環泵的死穴，采用微球催化劑提升催化劑流化性能，用簡單、可靠的反應器實現了完全沸騰床渣油加氫過程，實現渣油的變廢為寶。

    渣油，又稱為“桶底油”，是石油中最難以利用的重質組分，不但硫含量極高（2~4%以上），金屬含量更是高達200ppm以上（主要為鎳和釩）。渣油通常只能作為瀝青或煉制焦炭使用，經濟價值極低，因而往往是石油工業的雞肋。

    為了降低石油煉制過程的污染，提高煉油利潤，將渣油加氫轉化為汽柴油等經濟油品是最佳的生產路線。中國經過數十年的研發，終于突破國外技術壟斷，開辟全新的技術路線，利用專利技術反應器和催化劑實現了渣油自循環沸騰床加氫技術，使低成本渣油清潔轉化成為了可能。

1、石油被精煉后，剩下的就是桶底油

    目前世界能源的核心“硬通貨”仍然是石油資源，占據了世界能源消耗的33%以上。根據BP公司（British Petroleum，英國石油公司）在2017年報告中的分析數據，目前世界探明石油儲量已連續多年上漲，相比20年前增長了1.5倍之多（達到1.7×1012桶），徹底宣告了石油峰值理論的破產。

    石油被稱為黑色黃金，其價值不言而喻，從中分離得到的各種組分的產品更是人類整個工業體系的核心。從天然氣到汽柴油，從汽車輪胎到LEGO玩具塑料，無不是由石油及其制品獲得。因此，充分利用石油中的每個組分，是符合當下社會環保、節約理念的最佳生產方式。石油被開采出之后，必須經過精煉才可以被利用，以滿足不同用途的特殊要求。通過沸程的差異可以將石油劃分為石腦油、汽柴油、航空煤油、重質蠟油和減壓渣油等組分；通過進一步的重整、加氫精制、催化裂化、加氫裂化、烷基化等單元裝置的處理，這些餾分油被精煉成了我們熟知的聚乙烯、塑料、汽油、柴油、煤油、潤滑油等產品。

    煉油廠中普遍采用焦化（Coker）對渣油進行處理，通過富集碳原子，讓渣油變成焦炭，同時將部分渣油轉化為輕質的汽柴油和液化石油氣，使又臟又稠的渣油得到了一定程度的利用。

    然而，隨著環保問題的日益嚴峻，中國已經頒布了最新的瀝青、石油焦、船用燃料油標準，其中嚴格限制了這幾種產品中的硫和金屬含量。焦化過程的原理決定了其生產過程不能脫除任何雜質，因而其生產的石油焦都是不滿足市場規范的，完全無法銷售。

    在越來越嚴格的環保要求和油價劇烈波動的市場環境下，煉油廠面臨著兩難的境地，如果不處理渣油，那么將減少一大塊的汽柴油產出；如果處理渣油，不但產出的瀝青、石油焦無法銷售，甚至都不能用于船用燃料油。沙特的煉油廠就出現過用大面積的廠區囤積無法銷售的高硫石油焦的情況，當沙塵暴襲來，焦炭粉末混著沙子飛向沙漠的場景實在是令人恐懼。

2、桶底油又臟又稠，處理是個難題

    加氫工藝需要在高溫高壓下進行（60~150大氣壓，200~450℃），對于汽柴油、航空煤油等油品，只要將催化劑堆積在反應器內，讓原料油與氫氣一同流過反應器并與催化劑接觸，就能實現加氫反應過程。這種催化劑堆積在反應器內不移動的形式，被稱為“固定床”反應器。

    所以，固定床反應器想要應對渣油加氫工藝，要么選擇加入蠟油、柴油稀釋，要么頻繁停工更換催化劑，利潤非常低。當然，我們也可以準備多個反應器，隨時進行切換保證連續運轉，一個反應器堵塞了馬上換到另一個反應器。但是，這種方法工程限制較多，僅切換管路的切斷閥就需要耐住150大氣壓的壓力差和400℃的高溫，光這樣的一個閥門的價格就可以高達6000萬人民幣。

3、沸騰床工藝讓桶底油變廢為寶

    從上面的介紹中可以看出，催化劑固定不動是固定床反應器的癥結所在。機智的石油工程師想到讓催化劑動起來，也就是所謂的流化床反應器。

    20世紀50年代開始，美國就研發了應用于渣油加氫過程的流化床反應器。由于加氫反應過程需要通入大量的氫氣，在反應器內形成大量氣泡，這個過程非常像燒開水的沸騰狀態，因此將這種反應器起名為沸騰床反應器。

    經過多年發展和完善，目前渣油沸騰床加氫工藝形成了兩家寡頭壟斷的市場，分別為法國石油研究院Axens公司的H-Oil工藝和美國謝夫隆-魯姆斯國際合資的CLG公司的LC-Fining工藝。這兩家的工藝可謂同源同宗，幾乎沒有差異，都采用0.8~0.9mm的條形催化劑，通過循環泵抽出反應器內的液體并打回反應器內，實現內部流動的提速。

    通過完全移動的催化劑，完美解決了處理重質渣油、瀝青過程中的各種限制，讓渣油轉化過程做到了高效、連續，即使在油價持續低迷的今天，也可保證渣油加氫處理過程獲得極高的利潤率。

    這項技術應用60余年來，Axens公司和CLG公司已累計設計了38套沸騰床裝置，且裝置處理量越來越大，工藝越來越復雜，渣油轉化越來越深。最新在建的煉油廠中，H-Oil渣油加氫技術的處理量甚至達到了530萬噸/年，每年消耗催化劑將達到3000噸以上。

4、國外長期壟斷工藝，一臺設備要花2個億

    如此完美的沸騰床技術也存在自身的阿喀琉斯之踵。剛才提到過，高溫高壓極端工況下閥門的造價都已突破天際，而反應器中的循環泵也不是省油的燈。這個循環泵不斷將400度高溫、150~180大氣壓的渣油和氫氣抽出并增壓返回，同時必須保證連續工作3年直到停工檢修，中間不能有故障，而且還要保證生產過程的平穩進行。要實現這樣的性能，H-Oil和LC-Fining工藝中的循環泵滿身都是黑科技，據說可能用到了航天發動機材料技術。要知道，航空發動機每運行幾百小時后都要大修一次，而這臺泵要保證全年8000小時全負荷運轉，連續工作3~4年以上，直到煉油廠檢修才能停工。這樣的泵自然是價格不菲，一臺的單價高達2億人民幣。

    此外，這個循環泵還需要搭配一整套控制手段，才能保持在各種氣液流速下，催化劑料面始終處于循環杯之下，既保證流化狀態、又不會帶出反應器。

    循環泵的限制，加之國外技術的壟斷和專利設備的漫天要價，讓沸騰床渣油加氫工藝的成本居高不下。

5、為了擺脫循環泵的困擾，中國從催化劑做文章

    中國制造目前正處于發展的黃金時期，所有領域都爭當第一，在渣油加氫領域也不例外。中國每年加工近6億噸石油，其中渣油含量達到了1.3~1.6億噸。以70~80%的轉化率計，這部分渣油至少能產出5000~8000萬噸輕油，頂得上3~4個2000萬噸大型煉油廠的年加工量！

    既然是全新開發的技術，當然可以避免走許多的彎路。首當其沖的，就是如何去掉麻煩的循環泵。從源頭分析可以發現，循環泵的存在必要性是維持催化劑流化。那么如果讓催化劑變得易于流化，是否可以免去循環泵的困擾？沿著這個思路，中國開發出新型的球形催化劑，并降低催化劑直徑，達到500μm，使催化劑的流化性能提高了4~8倍。通過優化催化劑生產過程，控制球形催化劑生產成本與條形相當，中國解決了催化劑對沸騰床反應器的限制。

    中國的石油煉制能力走在世界前沿，并逐漸甩開了歐美。與軍工行業崛起不同的是，民用的化工領域受到專利制約，國外先進技術不但不能模仿學習，甚至不能出現應用重疊區域。

    中國這次開辟的全新技術路線，無疑是國內煉油技術發展歷程的一個標桿，這意味著中國也有能力開發出一套完全原創、自主研發的高科技技術。未來以中石化STRONG沸騰床技術為技術平臺，國內多家煉油廠將充分利用重質油、渣油、瀝青資源，實現渣油真正的變廢為寶。

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