重油临氢/供氢热裂化技术中国专利总览

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摘要：借助专利信息服务平台的专利分析工具，从申请趋势、来源国分布、技术布局、申请人、专利功效矩阵等角度分析了重油临氢/供氢热裂化技术的相关专利文献。分析结果表明，临氢/供氢热裂化技术已进入了衰退期，专利技术大部分集中在中国石化、中国石油和部分国内私企手中，而国外大公司在中国的专利布局意识不强烈；目前研究开发的重点是临氢/供氢热裂化与其他炼油工艺的组合工艺技术以及催化剂体系的改进技术，中国石化在该领域布局早、申请量大，综合实力较强。

在重油加工领域早期，热裂化技术是一种重要的二次加工技术，可把重质油料转化成汽油、柴油等轻质油品。而减粘裂化是一种苛刻度相对较浅的热裂化技术，主要目的是降低重质油料的粘度和倾点，以减少生产商品燃料油时的轻质油掺入量。临氢/供氢热裂化技术与常规热裂化工艺相比可进一步加大反应苛刻度和转化率，从而降低燃料油的产率，提高轻质油品的收率，而且还能有效抑制焦炭的形成，充分压榨减压渣油的经济价值。因此从技术角度，特别是专利技术角度来看，目前减粘裂化与热裂化技术并无本质区别，本文研究内容中所述临氢/供氢热裂化同样包含了临氢/供氢减粘裂化技术。

临氢/供氢热裂化从技术工艺角度一般可分为临氢热裂化、供氢剂热裂化和供氢剂临氢热裂化三种，后期某些技术商又开发了添加催化剂（可活化氢气）的临氢/供氢热裂化技术，使减压渣油的转化率进一步提高。由于临氢/供氢热裂化工艺流程相对简单，操作费用低，是重油热裂化最热门的技术之一，国内大小公司专利布局的愿望也比较强烈。因此分析临氢/供氢热裂化专利文献不但可以了解该技术的发展脉络和热点，对国内相关企业发展热裂化相关技术也具有很高的参考价值。

本文对临氢/供氢热裂化技术的中国专利申请状况进行综合分析，理清重要公司的技术开发倾向、专利保护力度与布局范围，以期从专利角度为临氢/供氢热裂化技术方面的研究投入与项目部署提供参考。

1  临氢/供氢热裂化专利技术分析

本文采用知识产权出版社开发的专利信息服务平台数据库为数据来源，在对相关领域充分文献调研和专家咨询的基础上，综合考虑临氢/供氢热裂化技术关键词和IPC分类号，设定检索策略，并对数据进行手工筛选和整理，共获得与临氢/供氢热裂化有关的专利文献226项，据此构建国内临氢/供氢热裂化技术领域的相关专利数据库并进行分析。

1.1  申请趋势

临氢/供氢热裂化领域的中国专利申请趋势如图1所示。由图可知， 1985、1989年临氢/供氢热裂化技术还处于萌芽初期，经初步探索性的申请以后，直到1998年才有相关的专利更新。2000年前后，更多的研发机构看到了临氢/供氢热裂化技术的市场前景，但因该技术尚未达到成熟的状态而保持谨慎并关注的态度，因此这个时期每年只有少量专利陆续出现，申请数量起伏不定。从2004年开始临氢/供氢热裂化技术走出了萌芽期，正式进入了申请量的高速增长时期。该时期市场上先后出现了临氢热裂化和供氢热裂化的改进型技术，催化临氢/供氢热裂化技术也研发成功，供氢剂临氢热裂化的技术也出现在各科技刊物上，因此专利申请数量保持稳定的高速增长状态。经过2013年的爆发式增长以后，专利申请量明显回落并出现一个平台期，技术发展后续乏力，很可能已进入了瓶颈期。另外，2019年申请的专利有一部分还处于未公开状态，其专利申请量数据仅作为参考，存在被低估的可能。

图1  临氢/供氢热裂化技术中国专利

申请趋势图

1.2  专利来源国分布

各国申请人历年在中国的专利布局情况如表1所示。在临氢/供氢热裂化领域，中国本土申请人的专利总量占绝对优势，在历年的专利分布也是最密集的，主要申请人是中国石化、何巨堂、中国石油等。此外，历年专利布局较为平均的是美国申请人，来自美国的专利主要分布在1985—2011年间，主要申请人为埃克森美孚和鲁姆斯科技公司。沙特阿拉伯的主要申请人是沙特阿美公司，其在华专利申请基本集中在2013年间。而日本和法国申请人在中国申请的专利非常少，似乎并不重视在中国的相关专利布局。值得关注的是，2015年以后国外主要技术商极少在中国申请专利，可能与世界临氢/供氢热裂化技术研发活动整体退热有关。

表1  临氢/供氢热裂化中文专利申请人

国籍分布趋势

申请人国籍	1985	1989	1998	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019
中国			3	4	2	3		3	1	2	8	6	3	2	19	5	36	12	9	17	16	23	4
美国	4	2	2			1	2			2		2		1	2						2
沙特																	11	2
日本												2			2
法国										2

注：表格中的数字代表专利申请量，空白处表示申请量为0。

1.3  技术布局分析

本文采用IPC（国际专利分类号）对临氢/供氢热裂化领域专利进行统计分析，然后根据分析结果对照专利原文进行人工分析，在临氢/供氢热裂化领域对IPC代码含义进行进一步解读，详见表2。

表2  IPC分类号及其含义

IPC分类号	代码含义	热裂化领域含义	专利数量
C10G67	用至少1个加氢处理工艺过程和至少1个仅在不存在氢的情况下的精制过程处理烃油	临氢/供氢热裂化与溶剂脱沥青、延迟焦化等组合工艺技术	61
C10G69	用至少1个加氢处理工艺过程和至少1个其他的转化步骤处理烃油	临氢/供氢热裂化与蒸汽裂解等组合工艺技术	36
C10G65	仅用2个或多个加氢处理工艺过程处理烃油	临氢/供氢热裂化与加氢精制、加氢裂化等组合工艺技术	31
C10G47	在存在氢或存在生成氢的化合物的情况下，为获得低沸点馏分的烃油裂解	临氢或供氢剂存在下的热裂化技术	24
C10G9	在不存在氢的情况下，烃油的非催化热裂化	不存在氢和催化剂的热裂化技术	21
C10G45	用氢或生成氢的化合物精制烃油	临氢或供氢剂存在下，精制烃油	18
C10G55	在不存在氢的情况下，用至少1个精制过程和至少1个裂解过程处理烃油	供氢热裂化及供氢热裂化与其他烃油加工组合工艺	12
C10G1	由油页岩、油砂或非熔的固态含碳物料或类似物制备液态烃混合物	劣质重油或油、煤共炼相关的热裂化技术	12
C10G11	在不存在氢的情况下，烃油的催化裂化	催化剂存在下的热裂化或热裂化与催化裂化组合工艺	3

由表2可知，临氢/供氢热裂化领域专利的申请方向排名前3位分别为C10G67、C10G69和C10G65，说明该技术领域研究的热点是临氢、供氢热裂化技术与其他炼油工艺的组合工艺技术，如临氢热裂化-加氢改质、减压蒸馏-加氢精制-临氢热裂化-延迟焦化、常减压蒸馏-临氢热裂化-溶剂脱沥青-加氢处理、供氢热裂化-焦化等。根据专利文献深度研究发现，临氢/供氢热裂化设备工艺方面主要涉及固定床加氢（上流式反应器居多，部分是下流式反应器）、流化床加氢、移动床加氢和悬浮床加氢技术，其中涉及悬浮床加氢技术的专利近年呈明显增长趋势。

根据基于专利全文检索的人工分析可知，该领域技术热点除了各种炼油组合工艺以外，在热裂化工艺中加入各种类型的催化剂也是研究热点之一。催化剂的功能以活化氢气为主，其次是加氢脱硫、脱氮和脱金属，也有部分专利报道了采用具有氢气活化和烃油裂化双功能的催化剂等，具体情况如表3所示。

表3  临氢/供氢热裂化领域采用的催化剂

活性成分类型

	催化作用类型	氢气活化类	氢气活化+烃油裂化双功能类	氢气活化+脱硫、脱氮类	氢气活化+脱金属类
	技术效果	降低结焦	降低结焦、提高转化率	降低S、N含量	脱除Ni、V等金属杂质
催化剂活 性 组 分	类型1	IVB族～VIB族和非贵金属VIII族过渡金属组合，助剂是C、S、P等非金属元素的化合物	IVB族～VIB族和非贵金属VIII族过渡金属组合，载体为含Si、Al的多孔材料，如无定型硅铝和各类分子筛	VIB族和VIII族过渡金属的组合	VIB族和VIII族过渡金属的组合
	类型2	IVB族～VIB族和非贵金属VIII族过渡金属以及稀土金属的组合	-	-
	类型3	Pt、Pd等贵金属+铁系金属组合	-	-	Pt、Pd等贵金属
	类型4	IVB、VB和VIB族的元素组成的配位化合物	-	-	-
载体	主要类型	氧化铝	无定型硅铝和各类分子筛	氧化铝，改性高岭土等	氧化铝，改性高岭土等

1.4  申请人分析

专利申请量可以大致反映一个公司在某领域的科研活动动向，通常来说，企业对专利的战略为“数量布局、质量取胜”。虽然专利数量并不能完全与技术实力挂钩，但在侵权诉讼、市场竞争中拥有大量专利会处于非常有利的局面。临氢/供氢热裂化领域中国专利申请人申请量排名情况如表4所示。

表4  中国专利申请人申请量排名情况

申请人	申请量/件
中国石化	78
何巨堂	38
中国石油	22
洛阳瑞华新能源	13
沙特阿美	12
鲁姆斯科技公司	5
任相坤	4
北京中科诚毅科技	4
埃克森美孚	4
中国石油大学	4
何艺帆	3
艾尼股份公司	2
飞力士石油公司	2
昭和电工株式会社	2
凯洛格·布朗及鲁特公司	2
总计	195

由表4可知，中国专利申请量排名前15位的申请人中大多数来自中国本土，虽然也有7个申请人来自境外，但其申请量总和只有29件，只占前15位申请人申请总量的15%左右。可以说在临氢/供氢热裂化技术领域，专利申请量占绝对优势的是中国本土申请人，其中以中国石化最为突出，其78件的申请量达到了前15位申请人申请量总和的40%。

表5  中国专利申请人申请趋势表

申请量/件	中国石化	何巨堂	中国石化抚顺研究院	中国石化石油化工科学研究院	中国石油	洛阳瑞华新能源	沙特阿美	中石化炼化工程公司		中国石油大学	任相坤
2000	4
2001	2
2002	2
2003
2004	2
2005
2006					2
2007	6									2
2008	6		6
2009		2	1
2010					2
2011	6		4		11					3	5
2012	4		2	2	1
2013	24	2	2	22	2		11	4
2014	8	2	2	4	1
2015		2			2			2
2016		14
2017	2	10
2018	1	8		1		9
2019						4
2020

注：表格中空白处代表的数值为0。

表5是中国专利申请人历年申请趋势情况。总体上看，申请活跃度最高的2个申请人为中国石油化工股份有限公司和中国石油化工股份有限公司石油化工研究院，2个申请人都隶属于中国石化。由此可见，中国石化在临氢/供氢热裂化领域属于国内申请专利的先驱者和领头羊，从2000年就开始进行相关的专利布局，一直到2012年为止，每年保持2～6项专利申请。中国石化2013、2014年专利申请的爆发式增长主要是石油化工研究院（石科院）所贡献的；申请量排名第2的个人申请人何巨堂主要专利申请活跃期在2016—2018年；排名第3的中国石油的专利布局从2006年开始，2011年达到顶峰，2012年申请量又急速回落，到2015年为止一直不温不火保持少量的申请；排名第4的洛阳瑞华新能源公司的13件专利全部来源于2018、2019年度，属于该领域的后起之秀或者搅局者；另外，由表5可见，国外申请人沙特阿美（沙特阿拉伯国家石油公司）在中国布局的11项专利全部于2013年所申请，而2011—2014是中国石化和中国石油这2家公司的专利爆发年。因此可以看出沙特阿美近年对中国市场相对比较重视，对上述2家国内石化巨头科研动态的关注较为密切。申请量排名前5名的主要申请人具体专利布局分析如表6所示。

表6  临氢/供氢热裂化技术重要申请人的

专利技术布局

序号	申请人	主要专利布局领域	专利申请时间/年
1	中国石化	C10G67 C10G69 C10G65 C10G45	1998—2017
2	何巨堂	C10G1 C10G67 C10G65	2009—2018
3	中国石油	C10G69 C10G67 C10G55	2006—2015
4	洛阳瑞华新能源	C10G67 C10G69 C10G65	2018—2019
5	沙特阿美	C10G9 C10G69 C10G47	2013

（1）中国石化

中国石化在重油热裂化领域积累了多年的经验并开发了以劣质渣油为原料，生产化工原料、航煤和蒸汽裂解原料、低硫船燃等的劣质渣油催化临氢热转化（RMAC）技术，该技术可在缓和的反应条件实现劣质渣油高效转化，还可以与加氢改质、催化裂化、加氢裂化等多种烃油加工工艺形成组合工艺。

专利技术布局重点：临氢热裂化及临氢热裂化中催化剂的使用、临氢减粘与催化裂化等重油加工技术的组合工艺等。

（2）何巨堂

个人申请人何巨堂虽然在专利申请总量上排名第2位，但其86%的专利申请于2016—2018年，在临氢/供氢热裂化领域属于新人后来居上的状态。他在该领域专利技术的主要特点是针对煤焦油、含煤渣油的临氢热裂化技术、煤的加氢液化与临氢热裂化组合工艺技术等。

专利技术布局重点：临氢热裂化及临氢热裂化中催化剂的使用、劣质重油或油、煤共炼相关的热裂化技术等。

（3）中国石油

中国石油在临氢/供氢热裂化领域的专利布局始于2006年，2009年与中国石油大学（华东）联合开发出供氢热裂化技术（HDTC）。该技术的特点是在渣油热裂化过程中，掺合一定量的供氢剂（直馏蜡油或直馏蜡油窄馏分），部分终止热裂化过程中生成的大分子自由基，提高渣油转化率，改善渣油胶溶能力，继而提高生成油贮存稳定性。

专利技术布局：供氢热裂化技术、热裂化中催化剂的使用、供氢热裂化与催化裂化组合工艺等。

（4）洛阳瑞华新能源

洛阳瑞华新能源技术发展有限公司2018年入围洛阳市高新技术企业培育库名单，其在临氢/供氢热裂化领域的13件专利申请也都完成于2018、2019年间，且全部处于在审阶段，尚未取得自己的专利技术。

专利技术布局：临氢热裂化及临氢热裂化中催化剂的使用、临氢减粘与催化裂化等重油加工技术的组合工艺等。

（5）沙特阿美

沙特阿美是一个有多年历史的综合国际石油公司，是世界最大的石油生产公司和世界第六大石油炼制商，它在热裂化领域深耕多年，具有多套百万吨级别的减粘裂化装置。沙特阿美在中国申请的12件专利全部为发明专利，其中10件已经授权，2件在审中，授权率为83%。

专利技术布局：临氢热裂化与焦化组合工艺、临氢热裂化与蒸汽热解组合工艺技术等。

1.5  热点技术功效矩阵分析

从中国临氢/供氢热裂化技术的检索结果来看，绝大多数专利涉及的工艺技术方案主要包括4个方面：临氢热裂化工艺、供氢热裂化工艺、临氢与供氢相结合的工艺以及临氢/供氢热裂化与其他重油加工技术的组合工艺。其中组合工艺是临氢或供氢热裂化与常减压蒸馏、加氢处理、加氢裂化、蒸汽裂解、溶剂脱沥青、焦化等加工技术相互组合得到的工艺。而临氢/供氢热裂化的热点研究方向，即用户期待得到的技术效果主要包括7个方面：增产轻质馏分油、抑制结焦或设备长周期运转、降低成本、降低燃料油粘度、提高产物的安定性、产物脱硫脱氮和脱除含金属杂质。图2为以上4种类型的工艺技术方案与7个方面技术效果的功效矩阵图，通过该图可以清楚了解专利中各类工艺技术方案所能解决的重点技术问题。

注：图中数字为申请专利篇数

图2  中国临氢/供氢热裂化专利功效矩阵图

由图2可知，中国专利涉及最多的是临氢热裂化技术和组合工艺技术，只涉及供氢热裂化技术的专利数量位居第3位，而临氢和供氢结合的工艺技术所涉及的专利数量最少。从专利数量来看，临氢热裂化技术研究的热点问题是增产轻质油方面，其次是脱硫脱氮、抑制结焦和降低成本方面；而供氢热裂化技术最热门的研究方向是降低燃料油粘度和抑制结焦，其次是如何降低工艺成本，而提高增产轻质油、提高安定性方面的专利也占有相当的比例；临氢与供氢相结合的热裂化技术所涉及的专利在所有专利中所占比例较少，主要研究方向集中在如何增产轻质油和抑制结焦方面，也就是如何解决在缓和反应条件下增产轻馏分油的问题；临氢/供氢热裂化与其他炼油技术组合工艺相关的专利数量较多，其中涉及脱硫脱氮技术的专利最多，约占26%，其次是增产轻质油方面。

1.6  行业前景分析

专利的技术生命周期分析是专利定量分析中最常用的方法之一。通过分析某行业专利技术所处的发展阶段，可推测未来的技术发展前景。对年申请量和当年申请人的数量进行分析得到临氢/供氢热裂化的专利技术生命周期图如图3所示。

图3  临氢/供氢热裂化中国专利技术

生命周期图

由图3可知，1998—2007年间，临氢/供氢热裂化技术还处于萌芽期，那时热裂化技术还处于上流式热裂化技术迅速发展并普及的时期，由于该工艺技术产品质量稳定、投资较低，所以市场上关于更高、更新的换代技术的研发情绪不高。这时的临氢/供氢热裂化技术市场不明确，研发风险大，创新主体较少，专利申请量和申请人数较少，且增速缓慢；2007—2011年间该技术进入到了成长期，这个阶段技术不断发展，市场扩大，介入的创新主体增多，专利申请量和申请人数激增；2011—2013年间，该技术进入了成熟期，这个时期创新主体间竞争激烈，技术商品化程度非常高，专利申请量增长缓慢，申请人数也保持稳定。需要注意的是，从2013年开始一直到2017年间，该领域的技术正式进入到了衰退期，此时期的技术发展缓慢，企业收益递减，市场不断萎缩，专利申请量和申请人数出现了负增长，表明该领域的传统和新兴技术已经进入到了狭窄的瓶颈之中，技术相对成熟，市场上已经洗掉了大量的中小型企业，竞争集中在少数行业巨头之间，如果没有革命性的技术进步，该领域很难持续发展。

2  总结与展望

（1）目前，国内临氢/供氢热裂化主要专利技术持有人大部分为本土申请人，而国外竞争者主要来自美国和沙特。中国石化、中国石油除了具备临氢、供氢热裂化工业化技术以外，专利申请量也明显处于行业领先地位，而一些私企的专利市场意识和产业化意识也显著提高，专利权保护意识明显增强。

（2）技术领先的国际大公司在临氢/供氢热裂化领域对中国市场重视不足，在华专利布局相对孱弱，专利壁垒现象不明显，有利于中国本土企业的发展。

（3）国内临氢/供氢热裂化技术的研究热点以催化剂配方、工艺设备研究为主，其中悬浮床加氢技术、临氢/供氢热裂化与其他重油加工工艺的组合工艺研究近年来相对较多 。

（4）国内临氢/供氢热裂化技术已经处于衰退期阶段，传统和新兴技术已经进入狭窄的瓶颈之中，如果没有革命性的技术进步，该领域很难持续发展。在此大环境下，国内企业发展该领域业务不能闭门造车，应该加强与国内公司、大中院校乃至国外大公司之间的交流与合作，促进自主知识产权产业形成和快速发展。