于志敏,張艷梅,付興國(guó)

(中國(guó)石油石油化工研究院,北京100195)

1 前 言

延遲焦化技術(shù)具有工藝成熟、原料靈活性大和投資低等特點(diǎn),是眾多煉油廠特別是劣質(zhì)重油加工廠首選的渣油加工手段。近年來(lái),延遲焦化技術(shù)在我國(guó)發(fā)展十分迅速,在渣油加工中的比重越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì),1995年我國(guó)延遲焦化裝置的加工能力為13.28Mt／a,占原油一次加工能力的6.64%;2005 年 加 工能 力 為 42.45Mt／a,占12.94%;2010年已經(jīng)達(dá)到90Mt／a,占原油一次加工能力超過(guò)20%。而隨著常規(guī)石油資源日益減少和重油開(kāi)采技術(shù)日臻成熟,以及原油性質(zhì)日趨重質(zhì)化和劣質(zhì)化,市場(chǎng)對(duì)交通運(yùn)輸燃料如汽油和柴油的需求日益增長(zhǎng),可靈活加工劣質(zhì)渣油多產(chǎn)輕質(zhì)餾分油的先進(jìn)延遲焦化技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

目前,比較成熟的延遲焦化技術(shù)以Foster Wheeler,Lummus,Conoco,Kellogg公司以及中國(guó)石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)石化)的技術(shù)為代表。世界上多數(shù)延遲焦化裝置均采用這些專利、專有技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。在新形勢(shì)下,為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全面科學(xué)發(fā)展、形成具有國(guó)際領(lǐng)先水平和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的延遲焦化技術(shù),有必要對(duì)我國(guó)延遲焦化技術(shù)的相關(guān)專利進(jìn)行分析,提出未來(lái)先進(jìn)延遲焦化技術(shù)的研究方向和保護(hù)重點(diǎn)。

2 延遲焦化技術(shù)相關(guān)中國(guó)專利

2.1 檢索的范圍和方法

此次專利分析的數(shù)據(jù)源于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索的“中國(guó)專利全文數(shù)據(jù)庫(kù)”,檢索范圍包括從1985年起至今公開(kāi)的延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利。

2.2 檢索的結(jié)果

通過(guò)檢索,共計(jì)得188件有關(guān)延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利。其中發(fā)明專利149件,實(shí)用新型39件,無(wú)外觀設(shè)計(jì)專利。圖1顯示了1985年至今在中國(guó)公開(kāi)的延遲焦化專利數(shù)量。從圖1可以看出,專利申請(qǐng)數(shù)量大體上呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì),尤其在2000年以后申請(qǐng)數(shù)量有了較大的進(jìn)展,且2008年申請(qǐng)數(shù)量最多,達(dá)到24件。

圖1 相應(yīng)年份申請(qǐng)和公開(kāi)的專利數(shù)量■—申請(qǐng)數(shù)量;●—公開(kāi)數(shù)量

3 延遲焦化技術(shù)中國(guó)專利的分析

3.1 申請(qǐng)專利的類型分析

世界延遲焦化技術(shù)早在20世紀(jì)初就已經(jīng)出現(xiàn),我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始建設(shè)延遲焦化裝置,并陸續(xù)展開(kāi)相關(guān)技術(shù)的研究和探索。有關(guān)延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利分類構(gòu)成見(jiàn)表1。從表1可以看出:①申請(qǐng)的有關(guān)延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利所涉及的類型有17類(根據(jù)IPC國(guó)際專利分類表);②申請(qǐng)數(shù)量較多的有兩類C10G(105件,占總數(shù)量的55.9%)和C10B(42件),其中C10G主要包括各種延遲焦化的新工藝和組合過(guò)程工藝,還包括一些焦化助劑和添加劑的配方;C10B主要是焦炭形態(tài)的研究包括針焦的制備方法和工藝。

表1 延遲焦化專利技術(shù)分類構(gòu)成

3.2 專利權(quán)人分析

專利作為一種知識(shí)產(chǎn)權(quán),具有地域性。在中國(guó)申請(qǐng)有關(guān)延遲焦化的專利的專利權(quán)人絕大部分是中國(guó)的,達(dá)到85%以上,具體見(jiàn)表2。主要的申請(qǐng)單位有:中國(guó)石化專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到 113件(60.1%),中國(guó)石油天然氣股份有限公司有8件,外國(guó)公司主要是埃克森美孚研究工程公司和康諾科有限公司,分別有9件和6件。由此可以看出,中國(guó)石化在延遲焦化技術(shù)研究和知識(shí)產(chǎn)權(quán)上在中國(guó)市場(chǎng)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表2 主要的專利權(quán)人構(gòu)成

3.3 專利內(nèi)容分析

檢索到的延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利包括工藝過(guò)程、操作方法、設(shè)備改進(jìn)、過(guò)程控制、環(huán)境治理以及各種增液劑、阻焦劑、阻垢劑等添加劑。外國(guó)申請(qǐng)人中,康諾科有限公司早在1985年就開(kāi)始在中國(guó)占據(jù)市場(chǎng)。6件專利主要是針對(duì)加入烴類稀釋劑來(lái)提高液體收率和質(zhì)量以及設(shè)備部位性能改進(jìn)來(lái)提高操作性能,如CN97193162.3,CN85103235等。世界上有關(guān)延遲焦化技術(shù)的主要專利商中,?？松梨谘芯抗こ坦旧暾?qǐng)的延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利最多,為9件,主要是有關(guān)一種生產(chǎn)自由流動(dòng)細(xì)粒焦炭的延遲焦化方法,如 CN200680006976.3, CN200480013463.6,CN02824005.7等?？捣剖凸緝H有1件專利(CN02816101.7):用于生產(chǎn)更均勻和更高質(zhì)量焦炭的方法。

中國(guó)石化申請(qǐng)專利的主要貢獻(xiàn)單位有石油化工科學(xué)研究院、撫順石油化工研究院和洛陽(yáng)石化工程公司,其中石油化工科學(xué)研究院的延遲焦化技術(shù)研究成果最為顯著,不僅表現(xiàn)在申請(qǐng)了有關(guān)新的焦化工藝過(guò)程方法和生產(chǎn)針狀焦的方法上,而且許多專利已經(jīng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)有形化。如基于專利CN1176287A開(kāi)發(fā)了高液體收率延遲焦化成套技術(shù)(MDDC),基于專利CN1087665的生產(chǎn)乙烯原料延遲焦化技術(shù)(PEFDC),基于專利CN1246512A和CN1246514的緩和熱轉(zhuǎn)化-焦化組合工藝,基于專利CN1297980A的瀝青延遲焦化技術(shù),基于專利CN1289819A的焦化消泡劑(CDF-10)技術(shù)等。洛陽(yáng)石化工程公司專利內(nèi)容涉及較廣,但比較突出的成果是可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比的延遲焦化工藝,專利CN1396236A。撫順石油化工研究院的專利研究?jī)?nèi)容主要涉及針狀焦的生產(chǎn)方法、提高輕質(zhì)油收率的添加劑、加氫工藝和延遲焦化工藝的有機(jī)組合,如CN03133538.1和CN200710012681.3。

縱觀我國(guó)申請(qǐng)的有關(guān)延遲焦化技術(shù)專利,科研工作者一直致力于工藝改進(jìn)、針狀焦生產(chǎn)、提高液體收率和產(chǎn)品質(zhì)量的方法的研究。

4 延遲焦化技術(shù)專利申請(qǐng)方向的展望

石油作為一種社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展必需的能源,需求量的增加和其不可再生性的矛盾日益突出。最大限度地提高石油的利用率勢(shì)在必行。一般意義上延遲焦化技術(shù)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)液體收率的最大化,因?yàn)槠洚a(chǎn)品中含有固體的焦炭,在滿足現(xiàn)有對(duì)焦炭需求的情況下,應(yīng)大力降低焦炭收率,提高液體收率。根據(jù)物料碳?xì)淦胶?實(shí)現(xiàn)這一想法的根本途徑是加氫。隨著材料設(shè)備技術(shù)發(fā)展和對(duì)清潔燃料需求的巨大推動(dòng)下,延遲焦化技術(shù)的研究方向與加氫技術(shù)結(jié)合的可能性極大。針對(duì)目前延遲焦化技術(shù)專利申請(qǐng)狀況和發(fā)展趨勢(shì),提出未來(lái)先進(jìn)技術(shù)的研究方向和保護(hù)重點(diǎn):

(1)提高裝置的靈活性和原料適應(yīng)性。專利中涉及了一些如超稠油、高酸原油等非常規(guī)原料的焦化工藝,這都有利于拓寬原料范圍,提高裝置的靈活性。同時(shí),我國(guó)境內(nèi)出現(xiàn)的比較特殊的油品有遼河超稠油、風(fēng)城超稠油、塔河油等,經(jīng)過(guò)刻苦攻關(guān),已經(jīng)分別在中國(guó)石油遼河石化分公司、烏魯木齊石化分公司等實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),形成了自己的專有技術(shù)。但是與國(guó)外技術(shù)相比還有差距,國(guó)外焦化裝置加工的原料油的康氏殘?zhí)靠梢愿哌_(dá)45%,甚至可以加工減壓深拔后的減壓渣油和更劣質(zhì)的渣油。

(2)加快有關(guān)針狀焦的專利創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有形化。有關(guān)針狀焦生產(chǎn)的專利一直是專利申請(qǐng)的熱點(diǎn),但是目前我國(guó)所需的針狀焦主要依賴進(jìn)口,美國(guó)石油系針狀焦市場(chǎng)占有率達(dá)80%,而日本則以煤系針狀焦見(jiàn)長(zhǎng),俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)也有小批量生產(chǎn),我國(guó)目前只有中國(guó)石油錦州石化分公司和山西宏特公司在生產(chǎn)。目前全球針狀焦產(chǎn)量約 1.2Mt／a 左右,我國(guó)產(chǎn)量只有 50kt／a,而每年針狀焦需求量約300～400kt,80%～90%依賴進(jìn)口。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)對(duì)針狀焦的需求日益增加,而國(guó)外對(duì)技術(shù)非常保密,應(yīng)加大投入,打破國(guó)外的技術(shù)壟斷,生產(chǎn)出自己的高品質(zhì)針狀焦,加快針狀焦專利的創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有形化。

(3)增加投入,重視設(shè)備創(chuàng)新,提高自動(dòng)化控制水平。延遲焦化裝置主要設(shè)備包括加熱爐、焦炭塔和水力除焦機(jī)械等,有關(guān)延遲焦化技術(shù)的中國(guó)專利中很少有這方面的內(nèi)容。國(guó)外設(shè)備上的每次創(chuàng)新都帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,比如:①國(guó)外首先發(fā)明雙面輻射爐,不僅使熱強(qiáng)度分布更均勻,而且提高了熱效率,降低了能耗;②采用在線清焦技術(shù),大大提高了加熱爐的運(yùn)轉(zhuǎn)周期;③國(guó)外的水力除焦機(jī)械技術(shù)進(jìn)步較快,部分裝置實(shí)現(xiàn)了密閉除焦,取消了焦池,減少了污染;④部分裝置通過(guò)提高水力除焦的自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)了在地面進(jìn)行除焦操作,降低了除焦的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了除焦操作的安全性。

(4)進(jìn)一步篩選優(yōu)化工藝提高液體收率和質(zhì)量。我國(guó)的科研工作者對(duì)提高液體收率和質(zhì)量的工藝過(guò)程和操作方法的技術(shù)做了大量的探索,并申請(qǐng)了不少的專利。但是無(wú)論從加熱溫度、反應(yīng)壓力還是循環(huán)比來(lái)看與國(guó)外還有差距。在世界原油價(jià)格不斷攀升、對(duì)清潔燃料油需求量越來(lái)越多的情況下,應(yīng)該篩選優(yōu)化合適的操作工藝方法,進(jìn)一步提高液體收率,增大資源利用率,提高經(jīng)濟(jì)效益。

(5)深入研究開(kāi)發(fā)先進(jìn)的焦化技術(shù)。我國(guó)延遲焦化在快速發(fā)展過(guò)程中遇到了一些新問(wèn)題(尤其隨著石油資源劣質(zhì)化),如加熱爐管結(jié)焦嚴(yán)重、產(chǎn)生彈丸焦等。同時(shí),市場(chǎng)對(duì)交通運(yùn)輸燃料如汽油和柴油的需求日益增長(zhǎng),可靈活加工劣質(zhì)渣油多產(chǎn)輕質(zhì)餾分油的先進(jìn)延遲焦化技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。靈活焦化(流化焦化)與延遲焦化比較,原料和操作柔性化程度高、反應(yīng)溫度高、液體收率高,焦炭及氣體收率較低,裝置清潔生產(chǎn)有很大的改善。深入研究解決流化焦化生成的大量焦粉的合適用途,以及由于加工高硫原油造成CO鍋爐煙氣排放嚴(yán)重超標(biāo)等問(wèn)題,有利于增強(qiáng)其在工業(yè)上的推廣和應(yīng)用。靈活焦化投資比一般延遲焦化大,是由于它包括了焦的后處理系統(tǒng),煉油廠不必再配套CFB鍋爐和IGCC等,但是配置有焦粉氣化設(shè)備,可將焦粉轉(zhuǎn)化成低熱值瓦斯,基本上不生成焦粉,可把99%的減壓渣油轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)品和只排出極少量焦粉與延遲焦化加上CFB或IGCC投資比較,靈活焦化的投資相對(duì)較低。