我国催化裂化技术发展现状及前景左丽华(石油化工科学研究院,北京,100083) 概括论述了我国催化裂化发展现状和世界FCC 技术的最新发展水平,分析和比较了我国FCC 技术与世界先进水平的差距,初步提出我国催化裂化技术的发展前景。

关键词:　催化裂化　现状　最新水平　差距　前景本文于1999209220收到。

1　概况流化催化裂化(FCC )是现代化炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术,是炼厂获取经济效益的一种重要方法。

据统计,截止到1999年1月1日,全球原油加工能力为4015148M t a ,其中催化裂化装置的加工能力为668137M t a ,约占一次加工能力的1616%,居二次加工能力的首位。

美国原油加工能力为821113M t a ,催化裂化能力为271M t a ,居世界第一,催化裂化占一次加工能力的比例为3310%。

我国催化裂化能力达66108M t a ,约占一次加工能力的3811%,居世界第二位。

我国石油资源中,原油大部分偏重,轻质油品含量低,这就决定了炼油工业必须走深加工的路线。

近十几年来,催化裂化掺炼渣油量在不断上升,已居世界领先地位。

催化剂的制备技术已取得了长足的进步,国产催化剂在渣油裂化能力和抗金属污染等方面均已达到或超过国外的水平。

在减少焦炭、取出多余热量、催化剂再生、能量回收等方面的技术有了较大发展。

2　现代催化裂化技术发展特点及趋势影响FCC 未来发展的重要因素将是:原油价格、满足环保要求、新燃料规格、石油化工原料需求和渣油加工。

环保法规已成为FCC 技术发展的主要推动力。

FCC 已从简单解决诸如汽油、柴油、液化气、抗金属等其中的一、二个问题转向要同时解决多个矛盾的组合。

80年代以来,催化裂化技术的进展主要体现在两个方面:①开发成功掺炼渣油(常压渣油或减压渣油)的渣油催化裂化技术(称为渣油FCC ,简写为R FCC );②催化裂化家族技术,包括多产低碳烯烃的DCC 技术,多产异构烯烃的M I O 技术和最大量生产汽油、液化气的M GG 技术。

211　RFCC 工艺技术1980年世界上专门设计用于R FCC 的生产能力几乎为零,而到1996年其生产能力已达10015M t a ,约占催化裂化总能力(约650M t a )的16%,进入90年代,R FCC 的势头有增无减,特别是亚太地区更显得强劲。

如1993-1995年计划进行新建和改建的装置就有42套,其中新建17套。

新建装置中R FCC 占大多数,共有12套,除一套为Shell 石油公司在美国路易斯安那州的N arco 炼油厂外,其余的大都建在东亚地区的中国、日本、韩国、新加坡和泰国。

未来世界FCC 装置的能力将继续以1%的速度增长,其中R FCC 生产能力也将随之增长。

21111　R FCC 原料特征世界R FCC 装置原料中渣油的平均量为15%～20%。

从国外各大公司对原料的要求来看,残炭与金属两个指标已分别达到8%和20Λg g。

而国内渣油催化裂化原料的残炭一般达到6%,金属15Λg g,与国外水平相比,尚有潜力。

中国石化集团公司FCC装置中约80%都掺炼不同比例的渣油,平均掺渣比约为26%,1989-1997年,掺炼重质油的比例从18152%增至43164%。

我国大庆石蜡基原油具有残炭低、金属含量低的特点,其减压渣油的残炭为8195%,金属为7Λg g,所以大庆减压渣油可以直接进行催化裂化。

前郭炼油厂已进行了大庆全减压渣油催化裂化的尝试,但未见国外全减压渣油催化裂化的报道。

21112　R FCC工艺技术及硬件设备目前世界上R FCC的主要工艺有Kellogg公司的HOC、UO P公司的RCC、S&W公司的R FCC、Shell公司的R FCC、IFP To tal公司的R2R和Exxon公司的F lex icrack ing等。

各种工艺特点见表1。

这些工艺虽各有特点,但在解决R FCC问题的技术措施上却大致相近。

总体而言,重油FCC关键设备和工艺的主要改进情况列于表2。

表1　国外几家公司RFCC技术特征公司名称 工艺技术名称 第一套装置地点开工日期技术特征UO P R FCC挪威CatlettsburgA sh land炼厂198313催化剂提升及原料油注入从提升管下部通过干气和蒸汽,提升管弹射式快速分离、效率达95%,二段再生、催化剂外冷却器Shell R FCC英国Stanlow炼厂,95M t a198815原料及催化剂高效混合系统、提升管短接触,多段汽提,高温高效再生S&W(To tal)　R FCC在A rdmo re炼厂1981两个再生器同轴安装、两段再生,新型高效雾化喷嘴,新型U SY催化剂生焦量很低Kellogg HOCPh illi p s石油公司的Bo rger炼厂1961原装置为并列式,现最新设计为叠置式、有内和外催化剂冷却器。

在加工原料的残炭量>10%、(N i+V)>30Λg g时,进行预加氢IFP To tal R2R1981原料与催化剂泥流接触的下流式原料注入系统,混合温度控制(M TC)技术,提升管末端装置(R am sho rn),待生剂汽提,两段再生,催化剂冷却器Exxon F lexicrack ingBP公司的E spana装置1994提升管终止、高效分段汽提、紧接式旋风器、进料喷注系统。

1995年末改建成短接触(SCT)装置,如此装置有74套表2　重油FCC关键设备和工艺的改进FCC反应器 FCC再生器 其 他短接触时间提升管裂化原料油分布和雾化质量的提高,雾化蒸汽的应用多点进料,急冷技术油气快速分离(直联式旋风)高效汽提高效再生,低藏量低NO x排放低过剩氧含量(CO部分燃烧)空气分布板设计的改进烟气能量回收新型高通量立管高旋风分离器三、四级旋风分离系统 新开发的R FCC技术和装置包括:两段渣油改质技术——移动床+流化床、毫秒催化裂化(M SCC)工艺、下流式反应器与上流式再生器组合构型和N EXCC新型催化裂化装置、双提升管加工高康氏残炭的重量油FCC和FCC短接触时间的改进。

FCC与加氢技术相结合也是一种发展方向。

渣油两段改质技术,用于多产汽油、柴油和喷气燃料。

其优点是液体产物增加,而气体和 或焦炭产率减少。

第一段降低渣油的康氏残炭和金属含量,第二段进行FCC反应。

移动床的改质是在气相短时间的热转化条件下进行。

M SCC反应器的进料垂直注射于由催化剂向下流动所形成的帘子,实现了毫秒接触,反应产物与催化剂水平沿着反应区穿过,实现剂气快速分离。

快速的剂气分离和小空间的反应区,减少了非理想的二次反应,提高目的产物的选择性,汽油和烯烃产率增加、焦炭产率减少,能更好地加工重质原料,N i和V对催化剂的影响减轻,投资费用较低。

目前M SCC的应用情况:150k t a验证装置于1993年运行。

第一套工业装置(2800k t a),位于美国新泽西州,将Coast Eagle Po in t O il Co1 (ECPOC)传统的FCC装置改造成M SCC设计。

1994年11月开始运转,到1998年1月已运转37个月,开工率达9812%。

第二套工业装置(设计能力5000k t a)建在路易斯安那州的T ran s Am erican公司的炼油厂中,1999年开工。

国外在80年代初就有下流式反应器的专利及设计构思,如美国M ob il公司在1983年5月31日发布的专利——带有下流式反应器提升管的FCC反应器;美国T exaco公司1985年4月30日通过公告的专利——催化裂化系统(即下流式弹射反应器和分散相提升管再生器);Kellogg公司催化裂化专家撰文中设想的未来型FCC HOC 装置。

UO P公司发表的最新专利,提出了下流式反应器与上流式再生器的组合构型。

下流式反应器与常规上流式反应器相比的优点是:由于催化剂在反应器内依靠重力下行,没有催化剂最小提升速度的问题,因而无返混、无偏流,油剂接触均匀、混合迅速、易于实现高温、短接触时间裂化以改善产品分布。

原料适应性强,操作上有更大灵活性。

在采用多个小直径下流式反应器时,不仅能保证固体催化剂分布好,也能对不同质量的进料分别进行裂化。

由于避免了催化剂返混,减少了油气的再裂化,因而能减轻催化剂受金属中毒的不良影响。

可提高装置中催化剂的利用率,从而增加汽油选种性,提高汽油辛烷值并使催化剂系统藏量减少1 5～1 10。

由于不用高速气化喷嘴,可显著减少对催化剂和设备的磨耗和磨损。

可改进装置中催化焦的选种性,从而相对降低焦炭的生成量。

能使催化剂迅速从下流式反应器中完成反应的油料中分离出来,并用最少的汽提量完全脱除可汽提烃。

该专利发明的优势在于:FCC反应将重质烃在催化剂存在下裂化成低沸点产物;FCC 反应器—再生器构型安排合理,减少了大型反应器和再生器;改善了进料和催化剂的接触,也改善了产物与催化剂的分离。

N EXCC被称为下一代的催化裂化装置,将由位于芬兰Po rvoo的N este O Y公司实现工业化。

与常规FCC装置相比,具有费用低、性能优良的特点。

而且汽油加轻质烯烃的转化率可达85%～90%(常规FCC装置转化率只有70%～75%)。

N EXCC工艺采用两台组合在一起的循环裂化床反应器,其中一台为反应器,另一台为催化剂再生器。

在同一受压壳体内,反应器在再生器内。

此外采用多入口旋风分离器取代了常规的旋风分离器。

进料油、催化剂和输送气体从N EXCC装置的下部进入裂化反应器。

在环形反应器中,催化剂裂化油料。

待生剂送到装置的下部进再生器,待生剂烧焦再生,同时使催化剂升温,并借助燃烧用的空气将催化剂提升到再生器的顶部。

据称,该新装置操作较容易、灵活,也易改换催化剂和原料油。

N EXCC采用较苛刻的条件,以超过常规FCC的产物产率。

如催化剂循环量比常规FCC 多2～3倍、反应温度600～650℃(常规FCC为530～550℃)、剂油接触时间只有1～2s(常规5～7s)。

在这样的条件下操作才能允许有利的反应进行。

在催化裂化装置部分结构的革新方面涉及:多点进料改进产品性质,再生剂与待生剂预混合系统,用下流式反应器加工高碱原料,侧向安装的FCC二段汽提器,FCC待生催化剂分布管。

212　催化裂化家族技术80年代末我国进行了多种低碳烯烃技术的开发,目前开发成功并实现工业应用的技术有: DCC、M GG、M I O技术。

这些新工艺的出现为炼油和石化相结合以及生产清洁燃料开辟了经济可行的途径。

DCC技术以重质烃为原料,如V GO、V GO 掺脱沥青、V GO掺焦化蜡油及V GO掺渣油等。

以流化催化裂化为基础进行延伸,在工艺、工程和催化剂配方上进行革新,以多产丙烯为目的的DCC2 型,采用石蜡基原料时,丙烯产率可达23%;而以多产异构烯烃为目的的DCC2 型,在用石蜡基原料时,异丁烯加异戊烯产率接近13%,同时得到14%丙烯。