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我国催化裂化技术
我国催化裂化技术进展现状及前景
左丽华
（石油化工科学研究院，北京，100083）
归纳论述了我国催化裂化进展现状和世界FCC技术的最新进展水平，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进展前景。
关键词：
催化裂化现状最新水平差距前景
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式。
据统计，截止到1999年1月1日，全世界原油加工能力为4Mt/a，其中催化裂扮装置的加工能力为Mt/a，约占一次加工能力的%，居二次加工能力的首位。
美国原油加工能力为Mt/a，催化裂化能力为271Mt/a，居界第一，催化裂化占一次加工能力的比例为%。
我国催化裂化能力达Mt/a，约占一次加工能力的%，居世界第二位。
我国石油资源中，原油大部份偏重，轻质油品含量低，这就决定了炼油工业必需走深加工的线路。
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、掏出多余热量、催化剂再生、能量回收等方面的技术有了较大进展。
2现代催化裂化技术进展特点及趋势
阻碍FCC以后进展的重要因素将是：
原油价钱、知足环保要求、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技术进展的要紧推动力。
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要紧体此刻两个方面：
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RFCC）；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MIO技术和最大量生产汽油、液化气的MGG技术。
RFCC工艺技术
1980年世界上专门设计用于RFCC的生产能力几乎为零，而到1996年其生产能力已达Mt/a，约占催化裂化总能力（约650Mt/a）的16%，进入90年代，RFCC的势头有增无减，专门是亚太地域更显得强劲。
如1993-1995年打算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RFCC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Narco炼油厂外，其余的多数建在东亚地域的中国、日本、韩国、新加坡和泰国。
以后世界FCC装置的能力将继续以1%的速度增加，其中RFCC生产能力也将随之增加。
RFCC原料特点
世界RFCC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别离达到8%和20μg/g。
而国内渣油催化裂化原料的残炭一样达到6%，金属15μg/g，与国外水平相较，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%增至%。
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%，金属为7μg/g，因此大庆减压渣油能够直接进行催化裂化。
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导。
RFCC工艺技术及硬件设备
目前世界上RFCC的要紧工艺有Kellogg公司的HOC、UOP公司的RCC、S&W公司的RFCC、Shell公司的RFCC、IFP/Total公司的R2R和Exxon公司的Flexicracking等。
各类工艺特点见表1。
这些工艺虽各有特点，但在解决RFCC问题的技术方法上却大致相近。
整体而言，重油FCC关键设备和工艺的要紧改良情形列于表2。
表1国外几家公司RFCC技术特点
公司名称
工艺技术名称
第一套装置
技术特征
地点
开工日期
UOP
RFCC
挪威CatlettsburgAshland炼厂
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、催化剂冷却器
Shell
RFCC
英国Stanlow炼厂，95Mt/a
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（Total）
RFCC
在Ardmore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USY催化剂生焦量很低
Kellogg
HOC
Phillips石油公司的Borger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%、（Ni+V）>30μg/g时，进行预加氢
IFP/Total
R2R
1981
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（MTC）技术，提升管末端装置（Ramshorn），待生剂汽提，两段再生，催化剂冷却器
Exxon
Flexicracking
BP公司的Espana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良
FCC反应器
FCC再生器
其他
短接触时间提升管裂化
高效再生，低藏量
新型高通量立管
原料油分布和雾化质量的提高，雾化蒸汽的应用
低NOX排放
高旋风分离器
多点进料，急冷技术
低过剩氧含量（CO部分燃烧）
油气快速分离（直联式旋风）
空气分布板设计的改进
三、四级旋风分离系统
高效汽提
烟气能量回收
新开发的RFCC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（MSCC）工艺、下流式反映器与上流式再生器组合构型和NEXCC新型催化裂扮装置、双提升管加工高康氏残炭的重量油FCC和FCC短接触时刻的改良。
FCC与加氢技术相结合也是一种进展方向。
渣油两段改质技术，用于多产汽油、柴油和喷气燃料。
其优势是液体产物增加，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反映。
移动床的改质是在气相短时刻的热转化条件下进行。
MSCC反映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，反映产物与催化剂水平沿着反映区穿过，实现剂气快速分离。
快速的剂气分离和小空间的反映区，减少了非理想的二次反映，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，Ni和V对催化剂的阻碍减轻，投资费用较低。
目前MSCC的应用情形：
150kt/a验证装置于1993年运行。
第一套工业装置（2800kt/a），位于美国新泽西州，将CoastEaglePointOilCo（ECPOC）传统的FCC装置改造成MSCC设计。
1994年11月开始运转，到1998年1月已运转37个月，动工率达%。
第二套工业装置（设计能力5000kt/a）建在路易斯安那州的TransAmerican公司的炼油厂中，1999年动工。
国外在80年代初就有下流式反映器的专利及设计构思，如美国Mobil公司在1983年5月31日发布的专利-带有下流式反映器提升管的FCC反映器；美国Texaco公司1985年4月30日通过公告的专利-催化裂化系统（即下流式弹射反映器和分散相提升管再生器）；Kellogg公司催化裂化专家撰文中假想的以后型FCC/HOC装置。
UOP公司发表的最新专利，提出了下流式反映器与上流式再生器的组合构型。
下流式反映器与常规上流式反映器相较的优势是：
由于催化剂在反映器内依托重力下行，没有催化剂最小提升速度的问题，因此无返混、无偏流，油剂接触均匀、混合迅速、易于实现高温、短接触时刻裂化以改善产品散布。
原料适应性强，操作上有更大灵活性。
在采纳多个小直径下流式反映器时，不仅能保证固体催化剂散布好，也能对不同质量的进料别离进行裂化。
由于幸免了催化剂返混，减少了油气的再裂化，因此能减轻催化剂受金属中毒的不良阻碍。
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。
可改良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映器中完成反映的油料中分离出来，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反映将重质烃在催化剂存在下裂化成低沸点产物；FCC反映器--再生器构型安排合理，减少了大型反映器和再生器；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。
NEXCC被称为下一代的催化裂扮装置，将由位于芬兰Porvoo的NesteOY公司实现工业化。
与常规FCC装置相较，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%）。
NEXCC工艺采纳两台组合在一路的循环裂化床反映器，其中一台为反映器，另一台为催化剂再生器。
在同一受压壳体内，反映器在再生器内。
另外采纳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NEXCC装置的下部进入裂化反映器。
在环形反映器中，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。
NEXCC采纳较苛刻的条件，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、反映温度600～650℃（常规FCC为530～550℃）、剂油接触时刻只有1～2s（常规5～7s）。
在如此的条件下操作才能许诺有利的反映进行。
在催化裂扮装置部份结构的革新方面涉及：
多点进料改良产品性质，再生剂与待生剂预混合系统，用下流式反映器加工高碱原料，侧向安装的FCC二段汽提器，FCC待生催化剂散布管。
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、MGG、MIO技术。
这些新工艺的显现为炼油和石化相结合和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VGO、VGO掺脱沥青、VGO掺焦化蜡油及VGO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DCC-Ⅰ型，采纳石蜡基原料时，丙烯产率可达23%；而以多产异构烯烃为目的的DCC-Ⅱ型，在用石蜡基原料时，异丁烯加异戊烯产率接近13%，同时取得14%丙烯。
目前已有多套工业装置在中国国内投产，国内尚有几套FCC装置正预备改造为DCC装置。
泰国也已建成700kt/a催化裂扮装置，并顺利投产。
MGG是以减压渣油、掺渣油和常压渣油等为原料的最大量生产富含烯烃的液态烃，同时最大生产高辛烷值汽油的工艺技术，与其他同类工艺的不同在于它在多产液态烃下还能有较高的汽油产率，而且能够用重油作原料（包括常压渣油）。
反映温度在510～540℃时，液化气产率可达25%～35%（摩尔比），汽油产率40%～55%（摩尔比）。
液化气加汽油产率为70%～80%。
汽油RON一样为91～94，诱导期为500～900min。
这一技术是以液化气富含烯烃、汽油辛烷值高和安宁性好为特点的，现已有多套装置应用。
MIO技术是以掺渣油为原料，较大量地生产异构烯烃和汽油为目的产物的工艺技术。
1995年3-6月在中国兰州炼化总厂实现了工业化。
以石蜡基为原料时，缩短反映时刻和采取新的反映系统，异构烯烃的产率高达15%（摩尔比）。
催化裂化家族技术的进展与建设将为下游化工装置提供宝贵的化工原料。
近来，国外在这一领域的研究也相当活跃，估量在21世纪这种技术会取得普遍应用。
现代FCC催化剂技术水平及进展趋势
FCC催化剂的技术进步转向开发新沸石及沸石的改性、特定性质的基质及新的制备技术。
FCC催化剂的活性组分已由单组元转向双多沸石复合组元，FCC催化剂技术已从传统的化学制备转变成现代的多种功能组件的物理组装。
由于原油的日趋重质化和劣质化，金属污染物、高分子的沥青和胶质和硫、氮等杂原子化合物的总量有明显增加的趋势，给渣油裂化带来了一系列困难，专门是对裂化催化剂性能的要求愈来愈高。
因此加速改良和研制开发更高性能的渣油裂化催化剂是摆在炼油界眼前的重大课题之一。
开发渣油裂化剂的重点放在解决加工渣油时，催化剂的金属污染，降低生焦量，操纵硫、氮化合物排放等，目前的要紧方法有：
继续开发新型USY沸石催化剂，改善基质，渣油裂化助剂和FCC添加剂的开发与应用。
一大量适合加工渣油的裂化催化剂纷纷问世。
国内外催化剂厂商不断推出各自系列的催化剂。
国外闻名的催化剂公司，如Grace-Davison、Engelhard、Akzo-Nobel等，在重油催化剂方面进展专门快，不管是高岭土基质，或是分子筛活性组分都有专门大进展，系列化地一代一代推出新的裂化催化剂。
生产量最大的一直是美国的Grace-Davison化学分部，年生产量约十几万吨，约占市场销售份额的50%；第二是美国的Engelhard；和荷兰的Akzo-Nobel和日本的触媒化成（Catalysts&ChemicalIndustriesCo.LTD）。
Engelhard公司在高岭土基质质量方面具有较强的优势，该公司拥有高岭土矿，第一将采出的原土进行粗加工，包括配土、粉碎、打浆、振荡分离、旋液分离和沉降等进程，再经细加工，包括离心分离、转鼓过滤、打浆、喷雾干燥和焙烧等进程。
生产的精土送往催化剂制造厂，因此，高岭土质量较纯。
高岭土通过“原位”晶化，开发出含L酸低，可降低自由基裂化反映的Dimention、Reduxion重油催化剂基质。
国外基于渣油原料中高沸点大分子烃类含量高，分子筛的微孔会引发扩散限制，而活性基质孔大、可不能引发扩散限制，能改善渣油裂化性能为起点，从90年代初就开始增强对催化剂基质的开发工作。
FCC装置排放操纵
随着对空气质量法规的日趋严格，和FCC装置加工劣质油、含硫油的比重愈来愈大，以便对炼厂利润有更大的奉献，各国对FCC装置排放作出了必然的限制。
表3别离列出了世界不同国家对新建FCC装置最大排放操纵指标。
表3不同国家FCC装置排放规格
项目
美国
日本
德国
印度
颗粒物/g·（kg焦炭燃烧）－1
SO2，10－6
50
50～250
420
1000
3我国FCC技术水平现状及差距
3．1我国FCC技术现状
3．1．1我国FCC工艺及工程的技术水平
我国由于在催化剂细粉流化态技术的进展，两器结构显现多种形式的组合：
带外循环管的烧焦罐高效再生、带预混合管的烧焦高效再生、带预混合管的烧焦罐再生、管式烧焦、后置烧焦罐两段再生、高速床两段串联再生、并列式两段再生、同轴式两段再生。
与此同时，高效雾化原料油注入系统及急冷油操纵提升管中部温度（MTC）技术、新型Y型结构的提升管出口快速分离结构、新的汽提段结构和分段汽提也接踵应用于工业装置，另外还研制了灵敏度高、推动力大的耐磨冷壁式电液操纵滑阀，高热阻单层和双层耐热耐磨衬里、无泄漏盘式三旋单管，卧管式三级旋风分离器，高效旋风分离器，油浆旋风除尘和烟气能量回收机组等一系列具有先进水平的新设备。
3．1．2我国FCC催化剂的技术水平
我国催化裂化催化剂的科研开发和生产是从60年代开始的，30连年来在科研、设计、生产、应用各方的紧密配合和一起尽力下，取得了长足的进步。
到1997年，全国催化裂化催化剂生产能力已达65kt/a。
基于我国原油资源的特点，决定了必需走深加工的线路，催化剂研究开发的指导思想即为多加工渣油为目标。
开发的催化剂较好地知足了不同的需要，达到了多掺炼重油，多产轻质产品的目的。
国内近期在催化裂化催化剂的研制和生产上要紧取得了两大成绩：
一是裂化催化剂的制造技术取得了冲破，兰州炼油化工总厂催化剂实现了过去作坊式的生产制备为现代化的生产；从过去小群体设备过渡到大型规模经济生产，催化剂的制造水平有了专门大的提高，使NaY分子筛的硅利用率、改性沸石收率和催化剂收率均达到了95％以上。
二是渣油裂化催化剂的开发取得了专门大的进展。
开发了许多渣油裂化催化剂新品种，采纳双多沸石复合组分制备催化剂的进展也专门快。
3．2我国FCC技术与国外先进技术的比较和差距
尽管历经几代人的不懈尽力，我国FCC技术已取得长足进步，并为世人注视，但基础的薄弱、投入的不足、自主创新技术的缺乏、设备的掉队、治理机制的陈腐、劳动生产率低等诸多因素，仍致使我国FCC技术和国外先进水平存在很多差距。
（1）催化剂性能
我国催化裂化催化剂和国外产品相较，催化剂的活性、选择性、水热稳固性等性质均在同一水平，各有所长，而且配方大体相同，均采纳超稳Y型分子筛、高岭土和粘合剂制成，1987-1990年，国内开发的超稳Y型催化剂和国外催化剂处于一样水平，但从1996-1997年以后，国产新催化剂性能明显优于国外同时期的新产品，国产渣油催化剂具有更好的重油裂化能力，抗金属污染，优良的焦炭选择性，而且在催化剂单耗上也低于国外。
我国开发的催化裂化家族技术所用的催化剂具有世界水平。
在尔后裂化催化剂与国外的竞争中，关键是要开发新一代的分子筛裂化活性组分，从近期看，国内外在新型分子筛方面均难有冲破。
催化助剂，专门是环保助剂与国外差距明显拉大。
多功能型助剂在国外已工业化，如NO还原和CO氧化助剂、脱SOx剂等，国内只有CO助燃剂在工业装置上应用。
（2）FCC催化剂生产技术
我国裂化催化剂生产的规模经济不如国外，只有20～30kt/a，使本钱处于劣势。
国外催化剂厂生产规模为每一年十几万吨至几十万吨。
兰州炼油化工总厂催化剂通过三年奋斗尽管已经取得了“三个95％”的功效，使生产技术与国外差距缩短了一些，但仍存在催化剂制备的原材料不稳固、不精细和生产本钱高等问题，在原材料的处置和加工、成品的贮存、调配和包装上，需要继续完善并改造。
（3）FCC装置运转水平
我国催化裂扮装置运转水平不高，表此刻催化裂扮装置的要紧经济技术指标上有明显的差距包括：
FCC装置的能耗高、催化剂单耗高、装置加工损失率偏高、动工周期短、装置利用率低等。
（4）汽油辛烷值较低
国外FCC汽油辛烷值全馏分平均为MON，RON92，最高MON83，RON96；最低MON78，RON89。
我国FCC汽油辛烷值MON为78～8一、RON为88～92；大部份加工石蜡基原油的厂家，FCC汽油MON一样为78～79，RON在88以下。
这将给汽油升级换代带来困难。
（5）我国企业平均规模和单套装置能力偏低
全世界FCC单套装置平均规模为2000～3000kt/a，我国为900～1000kt/a。
（6）工艺技术及设备制造、自动化技术水平不高
国内MSCC类的新工艺需下功夫加以开发应用。
进料喷嘴尚需进一步改良和正确有效，直联封锁式旋风分离器、多段汽提和混合温度操纵、别离进料的技术国内尚是空白，有待开发。
FCC装置设备和自动化水平较低，研究开发能力不足，工程能力不强。
运算机在线、离线调优，先进操纵及专家系统等的差距更大。
4FCC技术“十五”进展打算和前景
基于我国原油资源的特点和FCC在二次加工能力中占绝对照重的现状，以后FCC仍然是我国重油轻质化和生产汽油的要紧加工技术。
增强技术创新，注重现有工艺、催化剂、工程技术和生产技术的改良和现有装置的改造。
FCC装置将会在高苛刻度下运转，尽可能掺炼更多的渣油，实现炼油工业尽可能低的投资把原油转变成符合环保法规要求的石油产品。
提高FCC综合技术水平，缩小同先进水平的差距，具有同国外大公司竞争的能力。
4．1FCC技术进展目标
以环保和市场为导向，继续完善和开发重油催化裂化和FCC家族技术的工艺和催化剂，提高FCC装置的重油加工能力，开发具有更高性能的渣油裂化催化剂。
“十五”期间，大幅度降低FCC汽油中的烯烃含量，通过对工艺、催化剂的改良和装置的改造，达到FCC装置在少投资，快生效前提下，生产符合新环保标准的清洁汽油产品。
提高FCC技术对市场需要的适应和调变能力，降低FCC产品的生产本钱。
到2021年，随着环保法规的日趋严格和对汽油中烯烃、芳烃含量的进一步限制，FCC在提高汽油辛烷值方面的作用将下降，将会进展成为生产汽油和组分和为生产汽油调和组分提供生产原料的手腕。
慢慢伐整原油加工工艺的结构，为炼厂获取最大经济效益，知足我国实现经济可持续进展战略。
4．2采取的方法和需要的政策
我国目前原油加工工艺中催化裂化占有的比重具有绝对优势，82％～85％的汽油组分来自FCC，加工工艺结构不合理。
在国外此比例虽因地而异，但一样占30％～40％。
从久远看，应改变我国原油加工工艺结构不合理的状况。
为此，还要尽可能地发挥FCC加工技术的作用，加上FCC加工方式具有灵活性大，装置投资和操作本钱相对不高的优势。
因此还应强调对FCC装置进行必要的技术改造，以生产清洁汽油，知足市场的需求，同时FCC还可成为提供化工原料的重要途径。
PresentSituationandProspect
forFCCTechnologyDevelopmentinChina
ZuoLihua
（SINOPECResearchInstituteofPetrochemicalProcessing）
ABSTRACT
ThepapersummarizesthepresentdevelopmentsituationforFCCtechnologyinChinaandthenewestdevelopmentlevelintheworld,andanalysesthegapsbetweenChina’sFCCtechnologyandglobaladvancedlevel.ItalsoputstheprospectofFCCtechnologyforChina.
Keywords:
catalyticcracking,present,developmentsituation,gap,prospect
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