“双碳”目标下石油炼制技术研发策略与工业实践

“双碳”目标下石油炼制技术研发策略与工业实践

陈阳

中国石油哈尔滨石化公司 黑龙江哈尔滨 150056

摘要：近年来，我国对石油资源的需求不断增加，石油炼制技术越来越先进。石油炼制催化剂的需求将受到汽油和柴油产量减少的影响。本文首先分析石油炼制技术研发策略，其次探讨产品高选择性的石油炼制技术开发，从而确保炼制过程的稳定运行和可持续发展。

关键词：碳达峰；碳中和；石油炼制

引言

石油炼制设备经常暴露于高温、高压、酸性、碱性等极端工作环境，同时还受到含有硫化物、氯化物等腐蚀性物质的影响。这些极端条件使得设备表面容易发生金属腐蚀、腐蚀疲劳和应力腐蚀裂纹等现象，进而降低设备的性能、寿命甚至引发安全隐患。因此，对于炼制设备的材料选择、涂层技术以及腐蚀监测与防护方法等方面都进行了持续的研究和创新，以应对腐蚀带来的挑战。

1石油炼制技术研发策略

原油重馏分段比例高，轻馏分段比例低，而市场需求更多的是轻馏分。研发石油炼制技术的目的与作用是将原油转化为市场需求的轻馏分段的产品。原油最初通过蒸馏装置提炼成煤油，作为灯油使用。原油蒸馏装置是石油炼制过程首先出现的装置，现在仍是石油炼制过程中的第一个单元。随着汽油需求量的增加，热裂化和催化裂化生产汽油技术相继出现，热裂化技术虽然实现了对原油中重组分的利用，但热裂化汽油的烯烃含量过高，在贮存过程中易生成胶质。为了提升汽油品质，由热裂化技术转为催化裂化技术，催化裂化产物中富含大量异构化产物，有效提升了汽油的辛烷值及安定性。随着社会发展和技术进步，对汽油和柴油品质的要求越来越高，同时对化工产品需求越来越大，烷基化、催化重整、加氢精制、加氢裂化等技术纷纷出现，炼油厂从主要生产汽油和柴油逐渐转移至兼产化工原料，石油加工流程日趋复杂化，流程优化的重要性日渐突出。我国石油炼制工业迅速发展是从1947年新中国成立后，尤其1959年发现并开始开发大庆油田，原油产量大幅度增加。基于国内原油产量、国防建设与国民经济对石油产品的迫切需求，燃料工业部组织全国各方面力量，齐头并进地同时展开石油炼制技术开发、装置建设和生产等方面的工作。在石油炼制技术开发方面，侯祥麟、闵恩泽、陈俊武、武宝琛等科学家各自带领石油炼制技术开发、工程设计等团队，开启了超英赶美的长征，在较短的时间内，成功地开发出催化裂化、催化重整、延迟焦化、尿素脱蜡和催化剂、添加剂“五朵金花”，使得国内石油炼制技术逐渐赶上欧美发达国家水平，解决了国防对油品种类和数量的迫切需求，满足了国民经济发展。1990年催化裂解技术（DCC）的出现，标志着中国石油炼制技术自主创新时代的开启，此后，技术开发主要为了满足严格的汽柴油质量标准与化工原料需求。我国石油炼制工业从无到有，从弱到强，从跟踪模仿到自主创新，这是几代人经过几十年持续努力的结果，石油炼制能力已处于全球第一位。

2产品高选择性的石油炼制技术开发

2.1采用防腐蚀材料

为了加强石油炼制设备腐蚀的防护，我们可以选择适当的合金材料。不同的合金材料具有不同的耐腐蚀性能，例如，具有高耐蚀性的不锈钢、镍基合金等能够在恶劣的腐蚀环境下保持较好的性能。这些合金材料中添加了耐蚀性元素，如铬、镍、钼等，可以有效地提高材料的抗腐蚀性能，减缓金属表面的腐蚀速率。选择合适的合金材料不仅可以提高设备的耐久性，还可以降低维护和更换成本。与此同时，我们可以使用涂层技术。涂层可以在金属表面形成一层保护膜，隔绝金属与腐蚀性介质的直接接触，从而延缓腐蚀的发生。例如，防腐蚀涂层如环氧涂层、聚合物涂层等可以在金属表面形成一层坚固的保护层，阻隔腐蚀性物质的渗透。另外，金属钝化技术也可以通过在金属表面形成致密的氧化膜来提高耐腐蚀性能。涂层技术在不改变原材料性质的同时，有效地提高了设备的抗腐蚀性能，是防护措施中的重要一环。除此之外，我们还可以采用复合材料。复合材料由两种或更多种不同材料组成，具有综合性能优势。例如，玻璃钢复合材料在石油工业中得到广泛应用，因其优异的耐腐蚀性能和机械性能。这些复合材料能够在腐蚀性环境中保持较好的性能，同时具有较低的维护成本。复合材料的应用不仅可以提高设备的抗腐蚀性能，还可以减轻设备的重量，降低能耗。

2.2新型液体生物燃料的合成途径

基于微生物细胞工厂高效合成具有不同碳链长度、不同碳饱和度的化合物，是第四代生物燃料发展的重要方向。利用合成生物学技术，除生物乙醇外，与汽油、柴油、高密度航空用油性质类似的C3～C20的化合物，均可通过不同的途径进行生物合成。根据产物的合成途径差异，大致可分为五类：①酮酸途径（Ketoacid，KD）：C8以内的直链或支链的高级醇（正丁醇、异丁醇、丙醇）；②类异戊二烯途径：C10的萜烯类化合物（松萜、柠烯），C15的萜烯类化合物（红没药烯、法呢烯）；③辅酶A依赖的逆β氧化途径：短链或中链醇（丁醇、己醇、辛醇）；④脂肪酸生物合成途径：长链脂肪酸（棕榈酸，硬脂酸，亚油酸），长链脂肪醇（脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯）；⑤聚酮生物合成途径：短链烃（丁烯，己烯），短链酮（C6和C7乙基酮，C5和C6甲基酮），高级醇（戊醇，己醇）。为了提高上述产物的产量，多种代谢工程的研究策略已经被应用，包括：①利用酶工程、蛋白质工程、启动子工程提高提高关键酶的活性，如在大肠杆菌中表达多种氨基酸合成途径，实现了正丁醇、正丙醇、3-甲基丁醇等的生物合成；在大肠杆菌中通过加强HWLS途径有关酶的表达（甲酸脱氢酶，甲酰四氢叶酸环水解酶等），加入金属蛋白、分子开关等工程酶及强效启动子，利用有氧和无氧发酵结合的形式培养菌株，从而达到丁酸（0.79mol/mol葡萄糖）高产的目的；加强关键蛋白表达，如在链霉素中通过多结构域融合表达聚酮合成酶的方式生产了甲基酮和乙基酮（>1g/L和250mg/L）；或挖掘来源于不同物种的蛋白，如在酵母中表达多种来源的HMG-CoA还原酶从而提高法呢烯产量；②区域化表达产物合成途径：定位至线粒体、过氧化物酶体等细胞器中，如在酿酒酵母中异丙醇的合成需要将胞质丙酮酸通过线粒体酶催化成2-KIV，2-KIV输出到胞质中通过Ehrlich途径转化为异丁醇。为了克服这一限制步骤，通过引入线粒体定位或胞内定位来合成乙醇；研究表明将Ehrlich途径表达到线粒体中使异丁醇的产生增加了260%；③降低产物的毒性：有研究报道利用适应性进化解决了中链脂肪酸细胞毒性问题，研究者通过定向进化设计膜转运体Tpo1，提高其活性，增强细胞对C10脂肪酸的抗性，并利用适应性进化获得对C8脂肪酸耐受性更高的菌株，然后通过对高耐受性菌株进行系统设计，将脂肪酸产量提高了250倍。

结语

综上所述，随着对可再生燃料需求的扩大,加氢催化剂的需求可能会增长。加氢处理装置将改变用途,催化剂将被重新设计用于生物燃料,特别是生物柴油的生产。对车用润滑油的需求将下降,但工业和商业应用仍将需要大量润滑油。随着各国逐渐减少石油使用,润滑油将更多是合成或生物基的。

参考文献

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