生物费托（Fischer–Tropsch，FT）蜡在工业加氢裂化中协同加工的技术评估：一条通向低碳燃料的可放大路径

《Renewable Energy》：Technical evaluation of bio-Fischer-Tropsch wax co-processing in industrial hydrocracking: a scalable pathway to lower-carbon fuels

　　

将可再生原料整合进常规炼油厂操作是加速燃料部门脱碳的关键路径之一。在现有选项中，生物基费托（FT）蜡提供了一条化学相容且可放大的炼油厂协同加工路线。实践中，此类整合最有效的方式是在加氢裂化（hydrocracking）装置中实现，因为该装置对进料性质高度敏感。因此，清晰理解可再生FT蜡如何影响装置性能与产品质量，对可靠部署至关重要。研究人员采用经工厂运行数据验证的高级模拟，在工业规模加氢裂化装置上对生物FT蜡协同加工进行了严格评估，以确保高保真度与实际相关性。研究人员考察了全面的掺混情景集，量化了生物FT蜡对未来实施路线图中进料杂质缓解、反应器热力学、氢耗及产品分布的影响。结果表明，提高生物FT蜡含量可大幅降低进料污染物、减少氢需求并缓和放热反应器剖面，同时将产品收率与性质维持在规格限值内。这些发现证明了将生物衍生FT蜡整合进现有加氢裂化基础设施的技术可行性与运行稳健性，凸显其作为可放大、近中期路径生产适用于航空等高需求部门低碳燃料的潜力。

研究背景方面，炼油行业是最大的工业能耗源之一，也是工艺过程与下游燃料燃烧温室气体排放的重要来源，约81%的石油需求经过炼油厂，该部门脱碳至关重要。尽管可再生能源加速渗透，油基能源在航运与航空等难电气化交通段仍具关键作用。炼油商采取碳捕集与封存（CCS）、在现有燃料流中协同加工可再生进料、可行处电气化、提升能效及减少火炬等多项策略，其中协同加工因复用现有基础设施、单位产能资本支出低于专用可再生装置而尤为吸引人。协同加工指生物源进料与石油中间馏分同步转化为低碳强度燃料，可选插入点包括原油蒸馏、流化催化裂化（FCC）、加氢裂化及终端调和，而FCC偏汽油、加氢裂化更适产航煤与柴油。费托（FT）合成由合成气（H₂+CO）制合成原油，低温FT（LTFT）钴基催化剂主产石蜡质FT蜡，高温FT（HTFT）铁基主产烯烃与含氧化合物；LTFT蜡经加氢裂化可升级为中馏分。已有少量批次或流动釜实验研究FT蜡与减压蜡油（VGO）协同加氢裂化，但缺乏经工厂数据校验的工业规模全流程模型。为此，研究人员使用Aspen HYSYS建立工业加氢裂化装置模型，评估生物FT蜡与VGO协同加工。

关键技术方法上，研究人员以芬兰VTT Bioruukki中试中心森林残留生物质经LTFT钴基（217–222°C，20 bar）合成的bio-FT蜡（石蜡97.9 wt%，硫0.0007 wt%，氮0.0024 wt%，馏程333–676°C）与实厂LVGO/HVGO混合VGO（硫2.89 wt%，氮897 ppm）为进料，在Aspen HYSYS中搭建两段式加氢裂化流程（前三床加氢处理、后余床加氢裂化，内置循环氢回路，外接高低压分离与脱丁烷塔-分馏塔-石脑油分割塔），采用97组分177反应路径的LHHW动力学（含HDS、HDN、芳烃饱和、开环、石蜡加氢裂化、烯烃饱和），以实厂床层温升、产品收率与性质校准全局活性因子等半经验参数，随后在0%、10%、20%、30%、40%、50%五种bio-FT蜡掺比下做灵敏度计算。

研究结果部分，3.1节基准工况中模型成功复现实厂氢耗、循环氢纯度、进料加热负荷与总转化率，加氢处理床氮穿透3.2 ppm达标，各段床温剖面与实厂趋势吻合，石脑油收率偏低约5%但产品性质均在规格内。3.2节生物FT蜡掺混分析中，3.2.1反应器性能显示随掺比升高，因芳烃/环烷少、硫氮低致饱和反应放热量下降，处理段与裂化段床温升逐步降低；补氢量较基准降约25%（约61吨/天），按SMR制氢8.4 kg CO₂/kg H₂计相应避免CO₂排放；处理段氮穿透显著下降近乎可忽略。3.2.2产品收率表明石脑油、柴油、航煤收率总体略降，50%掺比时航煤回升，与进料石蜡超65 wt%使重柴油中间体向航煤转移有关；LPG与轻气升、未转化油升因总转化降。同节产品性质显示重石脑油RON与RVP升，航煤闪点微升（47.08至48.75°C）、烟点>22 mm、密度略降，柴油云点升、十六烷值与指数改善、密度降至820 kg/m³，各馏分石蜡含量升、芳烃/环烷降，全在规格内。

讨论与结论翻译：研究人员用Aspen HYSYS开发工业加氢裂化模型考察农业残留衍生LTFT蜡协同加工，经实厂数据校验。生物FT蜡引入使处理与裂化床温因洁净高石蜡特性而下降，氢耗较基准降约25%；石脑油/柴油/航煤略减而LPG与未转化油增；产品密度更低、冷流改善、石蜡占比升而芳烃环烷降，但均合规。结果印证生物FT蜡整合进常规加氢裂化为产低碳燃料（尤其航空）的实用可放大路径。未来工作将考察含氧化合物对反应器与产品影响，并以全生命周期评价（LCA）量化脱碳收益。