我国催化裂化技术

1、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4 015.48 Mt/a，其中催化裂化装置的加工能力为668.37 Mt/a，约占一次加工能力的16.6%，居二次加工能力的首位。美国

2、原油加工能力为821.13 Mt/a，催化裂化能力为271 Mt/a，居界第一，催化裂化占一次加工能力的比例为33.0%。我国催化裂化能力达66.08 Mt/a，约占一次加工能力的38.1%，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

3、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： 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）； 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。2.1 RFCC工艺技术   1980年世界上专门设计用于RFCC的生

4、产能力几乎为零，而到1996年其生产能力已达100.5 Mt/a，约占催化裂化总能力（约650 Mt/a）的16%，进入90年代，RFCC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RFCC生产能力也将随之增长。2.1.1 RFCC原料特征   世界RFCC装置原料中渣油的平均量为15%20%

5、。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20 g/g。而国内渣油催化裂化原料的残炭一般达到6%，金属15 g/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18.52%增至43.64%。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8.95%，金属为7 g/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。2.1.2 RFCC工艺技术及硬件设备  

6、目前世界上RFCC的主要工艺有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。各种工艺特点见表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 技术特征 地点 开工日期 UOP RFCC 挪威Catlettsburg Ashland 炼厂 1983.3 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

7、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 1988.5 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）>30g/g时，进行预加氢 IFP/Total R2R 1981 原料与催化剂泥流

8、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进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

9、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、下流式反应器与上流式再生器组合构型和NEXCC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

10、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，Ni和V对催化剂的影响减轻，投资费用较低。目前MSCC的应用情况：150 kt/a验证装置于1993年运行。第一套工业装置（2800 kt/a），位于美国新泽西州，将Coast Eagle Point Oil Co(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，开工率达98.2

11、%。第二套工业装置（设计能力5000 kt/a）建在路易斯安那州的Trans American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Mobil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。UOP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

12、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1/51/10。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

13、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。NEXCC被称为下一代的催化裂化装置，将由位于芬兰Porvoo的Neste OY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%）。   NEXCC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

14、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NEXCC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。   NEXCC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23 倍、反应温度600650（常规FCC为530550）、剂油接触时间只有12 s（常规57 s）。在这样的条件下操作才能允许有利

15、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。2.2 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

16、上进行革新，以多产丙烯为目的的DCC-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DCC-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。目前已有多套工业装置在中国国内投产，国内尚有几套FCC装置正准备改造为DCC装置。泰国也已建成700 kt/a催化裂化装置，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，与其他同类工艺的差别在于它在多产液态烃下还能有较高的汽油产率，并且可以用重油作原料（包括常压渣油）。反应温度在510540时，液化气产率可达25

17、%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一般为9194，诱导期为500900 min。这一技术是以液化气富含烯烃、汽油辛烷值高和安定性好为特点的，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，缩短反应时间和采取新的反应系统，异构烯烃的产率高达15%（摩尔比）。   催化裂化家族技术的发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，预计在21世纪

18、这类技术会得到广泛应用。2.3现代FCC催化剂技术水平及发展趋势 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为现代的多种功能组件的物理组装。   由于原油的日益重质化和劣质化，金属污染物、高分子的沥青和胶质以及硫、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，特别是对裂化催化剂性能的要求越来越高。因此加快改进和研制开发更高性能的渣油裂化催化剂是摆在炼油界面前的重大课题之一。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

19、污染，降低生焦量，控制硫、氮化合物排放等，目前的主要措施有：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。一大批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。   国外著名的催化剂公司，如Grace-Davison、Engelhard、Akzo-Nobel等，在重油催化剂方面发展很快，无论是高岭土基质，或是分子筛活性组分都有很大进展，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%；其次是美国的Engelhard；以及荷

20、兰的Akzo-Nobel和日本的触媒化成（Catalysts & Chemical Industries Co. 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，首先将采出的原土进行粗加工，包括配土、粉碎、打浆、振荡分离、旋液分离和沉降等过程，再经细加工，包括离心分离、转鼓过滤、打浆、喷雾干燥和焙烧等过程。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应的Dimention、Reduxion重油催化剂基质。   国外基于渣油原料中高沸点大分

21、子烃类含量高，分子筛的微孔会引起扩散限制，而活性基质孔大、不会引起扩散限制，能改善渣油裂化性能为出发点，从90年代初就开始加强对催化剂基质的开发工作。2.4 FCC装置排放控制   随着对空气质量法规的日趋严格，以及FCC装置加工劣质油、含硫油的比重越来越大，以便对炼厂利润有更大的贡献，各国对FCC装置排放作出了一定的限制。表3分别列出了世界不同国家对新建FCC装置最大排放控制指标。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 1.0 2.0 0.67 0.67 SO2，106 50 50250 420 1000 3

22、 我国FCC技术水平现状及差距31 我国FCC技术现状311 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发展，两器结构出现多种形式的组合：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控制提升管中部温度（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相继应用于工业装置，另外还研制了灵敏度高、推动力大的耐磨冷壁式电液控制滑阀，高热阻单层和双层耐热耐磨衬里、无泄漏盘式三

23、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。312 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多年来在科研、设计、生产、应用各方的密切配合和共同努力下，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65 kt/a。基于我国原油资源的特点，决定了必须走深加工的路线，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满足了不同的需要，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主要取

24、得了两大成就：一是裂化催化剂的制造技术取得了突破，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很大的提高，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很大的进展。开发了许多渣油裂化催化剂新品种，采用双多沸石复合组分制备催化剂的发展也很快。32 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努力，我国FCC技术已取得长足进步，并为世人瞩目，但基础的薄弱、投入的不足、自主创新技术的缺乏、设备的落后、管理机制的陈旧、劳动生产率低

25、等诸多因素，仍导致我国FCC技术和国外先进水平存在不少差距。（1）催化剂性能   我国催化裂化催化剂和国外产品相比，催化剂的活性、选择性、水热稳定性等性质均在同一水平，各有千秋，而且配方基本相同，均采用超稳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同等水平，但从1996-1997年以后，国产新催化剂性能明显优于国外同时代的新产品，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，并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。在今后裂化催化剂与国外的竞争中，关键是要开发新

26、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突破。   催化助剂，特别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2030 kt/a，使成本处于劣势。国外催化剂厂生产规模为每年十几万吨至几十万吨。兰州炼油化工总厂催化剂经过三年奋斗虽然已经取得了“三个95”的成果，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定、不精细和生产成本高等问题，在原材料的处理和加工

27、、成品的储存、调配和包装上，需要继续完善并改造。（3）FCC装置运转水平   我国催化裂化装置运转水平不高，表现在催化裂化装置的主要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、开工周期短、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 80.5，RON 92，最高MON 83，RON 96；最低MON 78，RON 89。我国FCC汽油辛烷值MON为7881、RON为8892；大部分加工石蜡基原油的厂家，FCC汽油MON一般为7879，RON在88以下。这将给汽油升级换代带来困难

28、。 （5）我国企业平均规模和单套装置能力偏低  全球FCC单套装置平均规模为20003000 kt/a，我国为9001000 kt/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进和正确实用，直联封闭式旋风分离器、多段汽提以及混合温度控制、分别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。计算机在线、离线调优，先进控制及专家系统等的差距更大。4 FCC技术“十五”发展计划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比重的现状，未来FCC仍然是我国重油轻质化和生产汽油的主要加工技术。加强技术创新，注重现有工艺、催化剂、工程技术和生产技术的改进以及现有装置的改造。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。41 FCC技术发展目标   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