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[1-2]。
中东作为世界上最主要的石油原产国，其石油储量仍旧为全球一半以上，但其主要的油田开采已经进入开发的中后期[3-6]。
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。
原油资源紧缺制约着国内炼油行业的发展，自1993年，中国成为原油净进口国，且进口量逐年加大，在我国进口大量中东原油后，如何更经济、高效地处理高硫、高金属渣油是我国炼油工业的战略性问题。
我国原油中常压渣油占全部原油的60%～75%，而减压渣油占其中的38%～45%，将重油轻质化，进行合理有效的利用将会节省大量能源。
同时，我国炼油企业也面临一系列问题：化工产品需求量不断提升；原油资源对外依存度不断增加；原油劣质化加剧，加工难度逐渐增大；环保要求日益严格；化工产品出口门槛高等，这些问题促使国内炼厂逐步重视重质油轻质化技术。
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[6]。
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[7-10]，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[11]。
通常可以用重油特征参数K H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： （1）KH＞7.5时，表明该重油二次加工性能良好，6.5＜K H ＜7.5时，表明二次加工性能中等，K H< 6.5时，表明重油二次加工性能较差，重油特征参数K H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，渣油加氢工艺的现状及研究前景宋官龙1，2 赵德智2 张志伟2 许茜31.东北大学 冶金学院 辽宁 沈阳 1108192.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部 辽宁 抚顺 1130013.上海大学 材料科学与工程学院 上海 200444摘要：随着世界原油的重质化和劣质化，渣油的高效加工利用是渣油加工的重大挑战，目前渣油加氢技术是实现渣油清洁高效转化的关键技术。
本文详细介绍了渣油的基本结构、重要的理化性质指标，并综述了不同渣油加氢工艺的方法、特点及其研究现状，根据原料油的不同性质和生产产品的不同而选择不同的加工工艺，最后对未来渣油加氢工艺发展前景进行分析。
关键词：渣油 加氢 固定床 移动床 沸腾床 悬浮床Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙSong Guanlong1，2，Zhao Dezhi2，Zhang Zhiwei2，Xu Qian31.School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang Liaoning 110819，ChinaAbstract：With the heavy and poor quality of world crude oil，the high efficiency processing and use of residue is the great challenge to the residue processing，currently residue hydrogeneration is the key technology to realize the residue cleanliness high efficiency convert. This paper detailed introduces the basic structure of residue，important physicochemical property index，and describe the methods，features and research current situation of different residue hydrogeneration processing，then select different processing technic according to different nature of crude oil and different manufactured product. At last，analyze the development prospect of future residue hydrogeneration processing.Keywords：Residue； Hydrogenation； Fixed bed； Moving bed； Ebullated bed； Slurry bed黏度变大[12]。
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[13]。
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SO 2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[14]。
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。
1.2.3 渣油的四组分王继乾等[15]认为，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。
张强等[16]认为渣油胶体结构如图1、2所示。
图1 以SARA四组分为基础的渣油胶体结构示意（a ）饱和分（b ）芳香分（c ）沥青质（d ）胶质图2 饱和分、芳香分、沥青质和胶质的结构式2 渣油加氢工艺的现状2.1 渣油加氢工艺的方法渣油加工手段通常包括脱碳、加氢和气化。
脱碳包括热裂化、催化裂化和脱沥青；加氢包括加氢裂化、加氢处理和加氢精制[17]。
不同的加工手段以不同的速度向前发展，目前的渣油加工工艺和各种组合工艺多种多样，但无论何总加工手段，都必须考虑渣油性质、产品需求和环保要求等一系列条件。
按照反应器的不同，渣油加氢可分为：固定床加氢、移动床加氢、沸腾床加氢和悬浮床加氢[18-24]。
固定床作为目前使用最广泛、技术最成熟的工艺，以生产低硫燃料油和为下游工艺装置提供优质原料为目的，精制程度高。
其中以Chevron公司的RDS/VRDS工艺、IFP 公司的Hyvahl-F工艺以及UOP公司的RCD-Unibon工艺等为代表。
固定床加氢处理渣油装置结构简单，在反应器中填充多层、数种催化剂，当原料油至上而下流入反应器时，原料首先流经加氢脱金属催化剂，然后依次经过加氢脱硫、加氢脱氮催化剂。
固定床反应器转化率一般不高，若提高其脱金属率、脱硫率及残炭脱除率和渣油转化率，那么氢耗也会随之增加，提高温度虽然也能够提高渣油转化率和反应速度，但是会造成大量焦炭沉积，使得开工周期进一步缩短。
由于固定床转化率低、运行周期短，不能加工某些劣质渣油，壳牌公司荷兰分公司提出移动床加氢工艺，其特点为：对原料质量要求不高，能够加工金属含量高的劣质渣油；催化剂可以持续加入和取出，保持了催化剂的活性，因此也可以加工沥青质。
在反应器内部，催化剂至上而下移动，金属和焦炭通常可以沉积在催化剂上，若使用逆流式工艺，则金属脱除率更高。
以Shell石油公司的顺流式Hycon工艺和Asvahl公司的逆流式HYVAHLM工艺为代表。
移动床加氢装置设备复杂，对工人的操作水平要求较高，工业应用经验并不丰富。
据悉，将移动床工艺与固定床工艺相结合是一种较为优良的渣油加氢处理工艺，Chevron公司的OCR反应器就是这种组合模式。
沸腾床又叫膨胀床，该工艺效率高，操作灵活性好，可加工高残炭、高金属劣质渣油。
在沸腾床内部，自下而上流动的是氢气和原料油，这种流动模式能够保证催化剂的膨胀和沸腾状态，使得反应物更好地接触催化剂，传质传热更好，保证了反应器内温度均匀，对加氢反应有直接的促进作用。
目前，沸腾床加氢工艺应用较多的是Chevron公司的LC-Fining过程和Axens公司的H-Oil过程。
沸腾床相比于固定床来说，压降变小，操作条件更加严格，温度高导致渣油转化率高，催化剂与流量为返混状态，虽然有利于温度控制，但与催化剂接触较少，因此脱硫、脱金属效率不高，产品质量也较差，很难生产精制产品。
悬浮床又叫浆态床，是在催化剂和氢气共同作用下的热裂化过程，包括了热裂化和加氢两种工艺的特点，是目前直接深度加工高金属、高残炭值的劣质重油的最前沿技术手段，是世界各国石油公司竞相研发并相继实施的一种高效转化技术。
其典型代表为意大利Eni公司的EST过程[25]、德国Veba公司的VCC过程[26-28]以及日本Asashi公司的SOC过程[29]等。
该技术加工原料范围大，不但可以加工劣质渣油，甚至可以加工渣油和煤的混合物，其转化率可达到95%以上，且其轻质化产物硫含量低，成为经济效益最大化的不二选择而得到迅速发展。
几种渣油加氢工艺特点如表1所示，在原油加工时，根据原油的不同性质和生产产品的不同而选择不同的加工手段。
表1 几种渣油加氢工艺特点项目固定床移动床沸腾床悬浮床原料油常规渣油较劣质重油较劣质的重渣油劣质重渣油反应温度/℃370～420370～450400～450450～480压力/MPa＞ 13＜ 15＞ 15＜ 15体积空速/h-10.2～0.5—0.2～0.8＞ 1.0渣油转化率/%20～50＜ 5050～90＞ 90脱硫率/%＞ 9060～9060～9060～70脱氮率/%50～7050～9030～5030～40脱残炭率/%70～9070～8570～9580～95脱金属率/%50～7080～9560～8070～90产品质量深加工原料低硫轻、重油产品燃料油或后加工原料需进一步精制氢耗/（m3·m-3）～150200～250200～300200～300反应历程催化反应催化+热裂化催化+热裂化临氢热裂化催化剂浓度较大较大中等较小技术难易程度设备简单易操作较复杂复杂较复杂技术成熟性成熟基本成熟较成熟开发中装置投资中等较高较高较高2.2 渣油加氢工艺的现状最近几年，渣油固定床加氢工艺的研究方向逐渐转向催化剂的创新方面，Nippon Ketjen公司研制的新型催化剂KFR15和KFR93[30]对于固定床加氢工艺有良好的性能，前者对于金属杂质的脱除效果良好，而后者对降低渣油中的硫含量有不俗的表现；先进炼油技术公司通过加入缓和加氢裂化催化剂能够实现最佳的脱硫、脱氮和裂化活性[31]。