催化裂化工艺介绍

催化裂化工艺介绍
催化裂化是原油二次加工中最重要的加工过程，是液化石油气、汽油、煤油和柴油的主要生产手段，在炼油厂中占有举足轻重的地位。

催化裂化一般以减压馏分油和焦化蜡油为原料，但是随着原油的日趋变重的增长趋势和市场对轻质油品的大量需求，部分炼厂开始掺炼减压渣油，甚至直接以常压渣油作为裂化原料。

下面将从七个方面对催化裂化展开介绍。

(1) 催化裂化的一般特点
①轻质油（包括汽油、煤油和柴油）收率高，可达70～80wt%，而原油初馏的轻质油收率仅为10～40wt%。

②催化裂化汽油的辛烷值较高，研究法辛烷值可达85以上，汽油的安定性也较好。

③催化裂化柴油的十六烷值低，常与直馏柴油调合使用，或者加氢精制提高十六烷值。

④催化裂化气体产品约占10～20wt%，其中90%是液化石油气，并且含有大量的C3、C4烯烃，是优良的石油化工和生产高辛烷值汽油组分的原料。

(2) 重油催化裂化的特点
①焦炭产率高。

重油催化裂化的焦炭产率高达8～12wt%，而馏分油催化裂化的焦炭产率通常为5～6wt%。

②重金属污染催化剂。

与馏分油相比，重油含有较多的重金属，在催化裂化过程中这些重金属会沉积在催化剂表面，导致催化剂受污染或中毒。

③硫、氮杂质的影响。

重油中的硫、氮等杂原子的含量相对较高，导致裂化后的轻质油品中的硫、氮含量较高，影响产品的质量；另一方面，也会导致焦炭中的硫、氮含量较高，在催化剂烧焦过程中会产生较多的硫、氮氧化物，腐蚀设备，污染环境。

④催化裂化条件下，重油不能完全气化。

重油在催化裂化条件下只能部分气化，未气化的小液滴会附着在催化剂表面上，此时的传质阻力不能忽略，反应过程是一个复杂的气－液－固三相催化反应过程。

(3) 单体烃的催化裂化反应
①烷烃主要发生分解反应，生成较小分子的烷烃和烯烃。

②烯烃除发生分解反应外，还发生异构化、氢转移和芳构化等反应。

③环烷烃可以发生开环反应生成链状烯烃，也可以发生氢转移反应生成芳香烃。

④芳香烃不发生开环反应，只发生断侧链反应，且断裂的位置主要发生在侧链同芳香环连接的键上。

(4) 烃类催化裂化反应机理和产物分布规律
绝大多数学者认为烃类的催化裂化反应遵循碳正离子反应机理。

按照碳正离子反应机理，烃类催化裂化的反应性能和产物分布规律如下：
①裂化原料中，烯烃裂化的速度和芳香烃断侧链的速度都很快，而环烷烃和异构烷烃的反应速度较慢，正构烷烃的分解速度最慢。

②汽油中的烯烃含量很高，芳香烃含量也比较高，汽油的辛烷值较高。

③柴油中烷烃含量较低，十六烷值较低。

④裂化气体中C3和C4产物的含量很高，并且主要是丙烯和丁烯，在C4
产物中，异构烃类的含量较高。

(5) 催化裂化的影响因素
催化裂化的影响因素主要包括原料油的性质、催化剂性质、操作条件以及反应装置。

①裂化原料油性质的影响。

一般来说，原料油的H/C比越大，饱和分含量越高，则裂化得到的汽油和轻质油收率越高。

原料的残炭值越大，硫、氮以及重金属含量越高，则汽油和轻质油收率越低，且产品质量越差。

②催化剂的性质。

催化裂化催化剂分为硅酸铝催化剂和分子筛催化剂两种，催化剂的活性、选择性、稳定性、抗重金属污染性能、流化性能和抗磨损性能都对催化裂化有着不同程度的影响。

一般来说，催化剂的活性越高，原料的转化率也越大；而催化剂的选择性越高，则轻质油品的收率也越高。

分子筛催化剂的活性和选择性一般都优于硅酸铝催化剂，可提高汽油产率15～20%。

③操作条件的影响。

操作条件包括原料的雾化效果和气化效果、反应温度、反应压力、反应时间、剂油比、水蒸汽量和催化剂的停留时间等。

原料的雾化效果和气化效果越好，原料油的转化率越高，轻质油品的收率也越高；反应温度越高，剂油比越大，则原料油转化率和汽油产率越高，但是焦炭的产率也变大；油气停留时间不能太短，也不宜过长，一般在2～4秒；催化剂停留时间越长，则意味着单位催化剂上发生的反应数越多，催化剂的平均活性下降，会导致原料油的转化率下降；而反应压力的影响相对较小。

④目前炼油厂催化裂化装置普遍采用提升管作为反应装置，提升管的长短对裂化有一定的影响，提升管越长，则二次反应加剧，气体和焦炭产率较高。

另外原料油雾化喷嘴和旋风分离器的性能也对裂化产品分布有着一定的影响。

(6) 催化裂化的工艺流程
催化裂化装置一般由三部分组成：反应－再生系统、分馏系统和吸收－稳定系统。

其中，反应－再生系统是催化裂化装置的核心部分，其装置类型主要有床层反应式、提升管式，提升管式又分为高低并列式和同轴式两种。

尽管不同装置类型的反应－再生系统会略微有所差异，但是其原理都是相同的，下面就以高低并列式提升管催化裂化为例进行简单介绍，其反应－再生系统的工艺流程如下图所示。

反应－再生系统工艺流程示意图
①反应－再生系统
新鲜原料油经过换热后与回炼油混合，经加热炉加热至300～400℃后进入提升管反应器下部的喷嘴，用蒸汽雾化后进入提升管下部，与来自再生器的高温催化剂（600～750℃）接触，随即气化并进行反应。

油气在提升管内的停留时
间很短，一般2～4秒。

反应后的油气经过旋风分离器后进入集气室，通过沉降器顶部出口进入分馏系统。

积有焦炭的再生催化剂（待生催化剂）由沉降器进入下面的汽提段，用过热水蒸汽进行汽提，以脱除吸附在待生催化剂表面的少量油气，然后经过待生斜管、待生单动滑阀进入再生器，与来自再生器底部的空气接触反应，恢复催化剂的活性，同时放出大量的热量。

②分馏系统
该部分的作用是将反应－再生系统的产物进行初步分离，得到部分产品和半成品。

③吸收－稳定系统
该部分包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔和相应的冷却换热设备，目的是将来自分馏部分的富气中C2以下组分与C3以上组分分离以便分别利用，同时将混入汽油中的少量气体烃分出，以降低汽油的蒸气压。

(7) 催化裂化工艺技术研究进展
随着人们对催化裂化认识的逐步加深和相关研究的不断进展，开发出了多种催化裂化技术和工艺。

如预提升技术、新型喷嘴进料技术、混合温度控制技术、提升管急冷油技术、反应终止剂技术、提升管分路进料技术、急冷技术、油剂快速分离技术、毫秒催化裂化技术、高温短时间接触催化裂化技术。

另外，也出现一些新型的催化裂化工艺（催化裂化家族工艺），如两段提升管催化裂化工艺、多产气体烯烃和优质汽油的MGG工艺、多产异丁烯和异戊烯的MIO工艺、以常压渣油为原料多产液化气和汽油的ARGG工艺等。

重质油国家重点实验室的张建芳教授、山红红教授等人开发了两段提升管催化裂化工艺。

该工艺可以实现催化剂接力、分段反应、短反应时间和大剂油比，可有效强化希望的催化反应，抑制不利的二次反应和热裂化反应。

这里，催化剂接力是指当裂化原料经过一段适宜的反应时间、催化剂活性由于积炭而下降到一定程度时，失活催化剂及时与油气分开，并返回再生器再生，油气在第二段提升管与再生后的另一批催化剂接触，继续反应。

就整个反应过程而言，催化剂的平均活性和选择性均高于普通的催化裂化过程，催化反应所占比例增大，有利于提高柴油产率和十六烷值，并降低干气和焦炭产率。

重质油国家重点实验室的高金森教授等人开发了辅助提升管反应降烯烃技术。

该技术依托常规重油催化裂化装置，装置改动小，投资低，易于实现；不用对改质汽油进行额外分离，操作稳定，易于控制；将改质油气与主提升管油气混合后进入主分馏塔分离，辅助提升管反应器采用单独的沉降器。

该工艺在华北石化公司100万吨/年重油催化裂化装置和滨州石化公司20万吨/年重油催化裂化装置上成功应用，催化汽油烯烃含量从45v%至55v%降到35v%以下，且辛烷值保
持不变。

适当调节改质反应条件，可以将汽油的烯烃含量降低到18v%以下，能够满足欧Ⅲ汽油的烯烃含量要求。

利用该技术可直接生产出合格的高品质汽油，实现了汽油产品的升级换代，满足当前汽油新标准，经济和社会效益显著。