催化裂化技术的作用及研究进展

催化裂化技术综述

摘要：本文主要介绍了催化裂化的工艺流程，阐述了清洁油品对催化裂化提出的挑战，同时指出催化裂化在未来炼厂中仍将发挥主要作用。本文此外也介绍了重油催化裂化的特点以及其对工艺的要求。

关键词：催化裂化清洁油品地位

1 前言

催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一。催化裂化过程投资少、操作费用低、原料适应性强、轻质产品收率高、技术成熟，是目前炼油厂利润的主要来源。目前我国催化裂化的年加工能力已经超过1亿t，商品汽油构成中，催化裂化汽油占80%左右，柴油占30%左右，而且30%以上的丙烯也来自催化裂化过程。

2003年侯芙生院士和陈俊武院士分别阐述了催化裂化过程在重质油深度加工和炼油厂中的重要地位，认为催化裂化作为主要的重质油轻质化过程，仍将继续发挥骨干作用。

2 工艺介绍

催化裂化装置的核心是反应再生系统，在提升管反应器部分完成强吸热的催化裂化反应，在再生器部分完成强放热烧焦再生反应，恢复催化剂活性，通过催化剂的循环实现反应器和再生器之间的热平衡。尽管不同公司所开发的流化催化裂化(FCC)技术的反应再生系统的具体结构型式不同，但工艺流程没有本质区别。

图1 UOP公司的FCC反应再生系统

以UOP公司的高低并列式反应再生系统为例(图1)，反应部分由提升管反应

器(包括预提升段、进料段、油气分离设备)和沉降器组成。从再生器来的高温(680~730℃)再生催化剂，在预提升气的推动下向上运动，在进料段与经过喷嘴喷入的雾化原料接触汽化，在沿提升管向上运动的过程中于480~540℃下反应，主要是大分子转化为较小分子的裂化反应，同时由于缩合反应生成少量焦炭沉积在催化剂上使其活性迅速降低，经过很短的反应时间(2~4 s)后，油气与大部分催化剂经提升管末端快分设备分离，并经沉降器内的旋风分离器进一步分离后离开反应系统去分馏塔，而结焦的催化剂进入沉降器的汽提段进一步分离油气，经充分汽提的结焦催化剂由待生斜管进入再生器进行再生，在高温(680~730℃)下由空气烧去催化剂上的焦炭，恢复其活性，再生催化剂经再生斜管返回到反应部分，完成催化剂的循环。由此可见，FCC反应再生系统是一个连续循环的系统，原料的转化是一个湍流的多相催化快速反应体系。

3 清洁燃料对催化裂化的挑战

从全球看，汽、柴油的硫含量不可避免地要下降，烯烃和芳烃也要降低。国外由于其所加工的原油和相应加工路径的特点，烯烃的体积分数相对不高，一般不超过15 % ，而国内则要高得多，特别是以催化裂化汽油为主的90 号汽油的烯烃体积分数常超过40 %。[1]

3.1 FCC汽油和柴油的脱硫

在原料基本固定的情况下，要降低FCC 产品的硫含量，可选用多种方法，如FCC 原料的预处理、在FCC 装置中使用合适的催化剂和添加剂、FCC 产品后处理等，这些方法既可单独使用，也可组合使用。

很明显，不同的方法各有优点和不足。进料预处理的投资和操作费用都很高，但其优点也很明显，即在降低产品硫含量的同时，降低了烟气硫含量，更重要的是改进了FCC 产品分布和操作，如提高轻质油收率，降低焦炭产率，降低FCC 催化剂消耗等。。因此，从长远的观点看，进料预处理是非常有吸引力的选择。

优化FCC 操作和催化剂(包括添加剂) 虽然简便易行，费用低，但降低硫含量的效果有限，可作为临时性的措施和特定的装置，如进料硫含量低、产品规格要求不严格等情况。

FCC 油品后处理技术的研究是目前最活跃的领域之一。由于常规的后加氢处理工艺耗氢量高，辛烷值损失大，世界上许多公司都已开发出各具特色的脱硫工艺，且主要是针对催化裂化汽油或柴油(LCO) 。这些工艺根据其采用的脱硫技术主要可分为选择性加氢、吸附、氧化、生物脱硫等及其他技术。

各项脱硫工艺对汽油辛烷值和产率损失的影响见图2。

图2 脱硫率为99%时FCC汽油辛烷值和产率损失

（黑色柱形代表辛烷值损失，白色柱形代表产率损失）

在FCC 汽油的后处理工艺中，S Zorb是一较有代表性的技术，由于采用锌吸附剂，其氢耗量低，辛烷值损失和产率损失也较低。S Zorb工艺的净化学氢耗量与反应温度有很大关系，提高反应温度可降低氢耗量直至零氢耗。对于不需要提高十六烷值的进料，可采用零氢耗操作。降低氢耗量不但可降低操作费用，而且可降低二氧化碳和氧化氮的生成。

3.2 国内FCC汽油和柴油的其它质量标准问题

对于国内的油品标准，在借鉴国外标准的同时，应充分考虑国内的实际情况。在新的汽油标准中，对国内炼油企业影响最大的是规定汽油的烯烃体积含量不超过35 % ，而标准规定的芳烃体积含量上限达40 % ，超过作为国内主要油品组分的FCC 汽油1倍以上。

与中国经济快速增长相适应的是炼油工业的快速发展，加上炼油厂的大型化，在发展中调整炼油厂的装置构成，逐步提高除催化裂化外其它工艺装置(重整、

加氢等) 的比例。若FCC 汽油占到总调合汽油的50 %～60 % ，则调合汽油的

烯烃体积含量降到25 %以下是可行的。

国内外都在开发用于劣质FCC 柴油的改质技术，国外如UOP 的Redar，国内开发的MCI 技术和RICH 技术已有成功的工业应用。国内这两种催化裂化柴油加氢改质技术都能在脱硫脱氮的同时，发生芳烃开环，在保证柴油收率高于95%的前提下，提高柴油十六烷值10个单位以上，油品密度下降约01035g/cm3。

4 催化裂化的地位

从现有的二次加工工艺看，主要有催化裂化、加氢裂化、重整、焦化。催化裂化的主要产品是汽油、柴油、液化气(丙烯) ，其产品优点是汽油辛烷值高，

芳烃含量不高；缺点是汽油烯烃含量高，柴油十六烷值低，产品硫含量高。加氢裂化主要产品是石脑油、喷气燃料、加氢裂化柴油和尾油，其最大优点是柴油的十六烷值高，硫含量低，但石脑油辛烷值低，一般不能直接用作汽油调合组分，

需要进行重整。重整汽油虽然辛烷值高，但芳烃和苯含量高，也限制了其在总调合汽油中的调合比例。

对于VGO 加工，用加氢裂化代替催化裂化至少存在两方面的问题，一是加氢裂化投资高，操作费用高，二是加氢裂化生产的重石脑油的出路问题。加氢裂化生产的轻汽油馏分( < 80℃) 的RON 一般为75～85 ，中重汽油馏分(80～200℃) 的RON 一般为60～70 ，远低于催化裂化汽油的88～94 。石脑油用作重整原料，可生产大量的重整汽油，但重整汽油的芳烃含量太高，掺入过量也不符合清洁汽油的要求。在我国，采用加氢裂化工艺还存在氢源的问题，由于重整原料不足，难以为加氢裂化提供足够量价格相对低廉的氢气。而且加氢裂化一般仅能加工类似VGO一样的原料，它所产生的10 %～40 %的加氢尾油，还需要进一步加工。使用劣质原料将缩短加氢裂化的生产周期，严重影响其经济性，并且减压渣油难以加氢裂化。虽然加氢裂化加工渣油技术正在开发之中，但要实现大规模运行并与催化裂化技术相抗衡尚需时日。

加氢裂化和催化裂化技术不能代替，但是可以合作。特别是在加工高含硫原料和生产优质柴油方面，加氢裂化有其独特的优势。如UOP 公司提出的部分加氢裂化与催化裂化相结合的工艺，不但可生产更多的优质柴油，还可改进催化裂化装置的产品分布。

用加氢处理与催化裂化的组合工艺加工高硫原料是国外较为常用的加工路线。加氢处理是20 世纪90年代炼油厂中加工能力增长最快的装置，短短10 年中，加工能力增长超过4 倍。

我国的催化裂化更多地作为渣油加工的手段，这是适应国内原油组成的一种必然选择。但随着中国进口原油量的增加，特别是环烷基类原油和硫含量的增加，需要增加与催化裂化相配套的劣质渣油加工能力。

劣质渣油的加工，国内同样有加氢和焦化两种路线。有关经济性的评价表明，两种路线各有利弊。焦化路线投资少，在目前油价较低时具有优势，但当原油价格上涨时，由于其主要产品之一的石油焦价格基本不变，影响整体收益的提高，未来还面临更严格的环境保护方面的挑战，占地面积大也是一个重要的问题。加氢路线投资高，但总液体产品收率高，在适应高油价和环境保护方面具有优势。

当前催化裂化在化工方面的贡献主要是生产丙烯，美国炼油厂生产的丙烯约占总丙烯产量的50 % ，乙烯约占1 %。我国丙烯产量中40 %以上由催化裂化生产。预计未来的20 年，丙烯需求增长率将超过乙烯，催化裂化装置(含我国开发的DCC、MGG、FDFCC 等工艺) 将是重要的丙烯生产装置。应用催化裂化的

基本原理，采用特制催化剂，我国率先开发成功了将大庆常压渣油裂解为乙烯、丙烯等产品的HCC 和CPP 工艺，加上乙烷裂解，乙烯产率达25 %左右，有望形成一条结合我国国情较为经济的重油制乙烯技术路线。在高苛刻度转化条件下，催化裂化汽油芳烃含量高，印度Jamnagar 炼油厂从催化裂化汽油中间馏分提取

C7～C9 芳烃，进一步转化为对二甲苯，产量可观。预期催化裂化将是炼油/ 化工一体化的核心装置。