两段提升管催化裂化系列技术

1、两段提升管催化裂化系列技术杨朝合山红红张建芳石油大学重质油国家重点实验室（东营257061）摘要 面对催化裂化原料重质化和高目的产品收率、高产品质量的要求，以及多产丙烯等低碳烯烃的 要求，两段提升管催化裂化（TSRFCC）具有极大的优越性。通过调整操作方案和反应条件，TSRFCC技术可 以根据原料性质和生产目的，以非凡的灵活性高效完成各种生产任务，形成了 TSRFCC的系列技术。关键词催化裂化反应工艺TSRFCC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，在相当长的一段时期内仍将是石油加工企业最重要的蜡油和渣油 转化为高价值轻质油品的重

2、油轻质化手段1-2。目前我国车用汽油的80%、柴油的三分之一 左右来自于催化裂化过程。1936年建成世界上第一套固定床催化裂化工业装置，20世纪60 年代由于分子筛催化裂化催化剂的出现，发展了提升管催化裂化技术并沿用至今。近年来， 研制出了各种类型的催化裂化催化剂以适应于不同的原料和不同的加工方案，甚至可以做到 “量体裁衣”；围绕着提升管反应器，在进料雾化喷嘴、预提升段及终端气固分离设备等方面也有较大的改进。这些技术进步都对提高催化裂化过程的目的产品产率做出了重要贡献，但 在过去的近半个世纪中一直存在着“重”催化剂开发“轻”工艺技术研究的倾向。由于石油资源的重质化和劣质化，以及对轻质油品需求的

3、迅速增加，催化裂化所加工的 原料越来越重，因此，提高目的产品产率和改善产品分布一直是催化裂化技术进步的主旋律。 然而随着环保法规的日趋严格，汽柴油质量升级步伐加快，催化裂化特别是重油催化裂化目 前面临着前所未有的困难，如何在保证目的产品收率和汽油辛烷值不减少的前提下降低催化 汽油烯烃含量是当务之急。石油化工工业的快速发展，对丙烯的需求量大增，通过催化裂化工艺可以高效实现多产丙烯，并已成为炼油 和化工原料生产相结合典范。简单地进行催 化汽油回炼或使用降烯烃催化剂，以及延长 反应物流在反应器中的停留时间实现汽油烯 烃含量的降低，总是以牺牲汽柴油收率、总 液体收率或柴油质量为代价3。两段提升管催化裂

4、化 （TSRFCCTwo-Stage Riser Fluid Catalytic Cracking）技术，在中国石油天然气股份公 司的支持下，由石油大学（华东）开发成功。 与传统催化裂化技术相比，TSRFCC技术具 有极强的操作灵活性，可显著提高装置的加 工能力和目的产品产率，同时增加柴汽比， 提高柴油的十六烷值，或有效降低催化汽油 的烯烃含量，或显著提高丙烯等低碳烯烃产 率。本文将介绍TSRFCCtm系列化技术的特 点，工业应用和实验室研究结果。1 TSRFCC技术的流程描述TSRFCC技术反应系统的示意图如图1所示，打破了原来单一的提升管反应器型式和反应-再生系统流程，用优化的两段提升管反

5、 应器取代原来的单一提升管反应器，构成两路循环的新的反应-再生系统流程。TSRFCC技 术与在常规催化裂化反应-再生系统基础上再设一个单独处理汽油的反应器的“双提升管图1 TSRFCC反应系统示意图术”不同，根据对催化裂化过程的化学反应工 程规律的研究句，TSRFCC技术的两段提升管反应器得到优化设计。新鲜催化原料进入第一段提升管反应器与再生催化剂接触进行反应，油剂混合物进入沉降器进行油剂分离，油气去分馏塔，结焦催化剂经汽提后去再生器烧焦再生；循环油（包括 在一段提升管未反应的催化原料，即一段重油，以及回炼油和油浆）进入第二段提升管反应 器与再生催化剂接触反应，油剂混合物进入沉降器进行油剂分离

6、，油气去分馏塔，结焦催化 剂经汽提后去再生器烧焦再生。第二段提升管反应器的进料除循环油外，根据生产目的不同 可以包括部分催化汽油，如果生产目的为多产低碳烯烃或最大程度降低汽油烯烃含量时，催 化汽油进料喷嘴在下，循环油进料喷嘴在上；当生产目的为多产汽柴油，适度降低汽油烯烃 含量时，喷嘴设置则相反，汽油进料喷嘴在循环油之上。2 TSRFCC技术的基本原理TSRFCC技术通过催化剂接力、分段反应、短反应时间和大剂油比操作，可有效强化催 化裂化过程的催化反应，抑制不利的二次反应和热裂化反应。所谓催化剂接力是指当原料经过一个适宜的反应时间、由于积炭致使催化剂活性下降到 一定程度时，及时将其与油气分开并返

7、回再生器，需要继续进行反应的中间物料在第二段提 升管与来自再生器的另一路催化剂接触，形成两路催化剂循环。显然，就整个反应过程而言， 催化剂的整体活性及选择性大大提高，催化反应所占比例增大，有利于降低干气和焦炭产率。常规催化裂化的一个致命弱点就是不同性质的反应物在同一个提升管反应器内进行反 应，富含芳烃、难于裂化的循环油容易汽化、扩散、吸附到催化剂的活性位上，而容易反应 的新鲜原料却因难以汽化而抢占催化剂的活性位的能力较弱，二者混合物在同一个反应器内 进行反应必然存在恶性竞争；此外，不同的反应物需要的理想反应条件是不同的，混在一起 难以进行条件选择。所谓分段反应就是让不同的反应物在不同的场所和条

8、件下进行反应。 TSRFCC技术的第一段提升管只进新鲜原料，目的产物从段间抽出作为最终产品以保证收率 和质量，而循环油单独进入第二段提升管。这样以来，可以优化不同反应物的反应条件；同 时新鲜原料排除了油浆的干扰，大大增加了反应物分子与催化剂活性中心的有效接触；对油 浆而言，不再有新鲜原料和先期所产汽、柴油与之竞争，反应机会也大大增加，从而可以提 高原料转化深度、改善产品分布。TSRFCC技术采用分段反应，但要求每段的反应时间比较短，两段反应时间之和小于常 规催化反应的时间，总反应时间一般为1.63.0 s。因为催化裂化是一种催化剂迅速失活的 反应过程，反应时间缩短可有效控制热反应和不利二次反应

9、，抑制干气和焦炭的生成。TSRFCC技术采用两段反应，为提高目的产品，尤其是中间产物柴油的收率，需要控制 第一段反应的转化程度，从而进入分馏塔再返回第二段提升管反应器的循环油的量明显增 加，加之部分汽油回炼，故使循环催化剂对新鲜进料的剂油比得到大幅度提高，反应过程的 催化作用进一步得到强化。3提高汽柴油收率的 TSRFCC技术催化裂化装置提升 管反应器的在线取样研 究表明，在传统提升管 反应器的前部已经达到 柴油的最大收率。由于 重油催化裂化为复杂的 平行连串反应，中间目 的产物柴油馏分中易裂 化部分的进一步裂化反 应将使其收率降低，由 于不易进行裂化反应的 组分为芳香烃，最终还 导致柴油十六

10、烷值的降 低。通过控制催化原料 在提升管内的转化程度，可获得最大柴油产率，并使柴油的十六烷值提高。图2 TSRFCC MDG技术示意图提高汽柴油收率的 TSRFCC 技术，即 TSRFCC-MDG (TSRFCC-Maximizing Diesel and G asoline)技术根据原料和催化剂性质优化两段提升管的尺寸和操作条件，其反应再生系统的 示意流程如图2所示。新鲜催化原料进第一段提升管反应器，循环油(回炼油和部分油浆) 进第二段提升管反应器。使用该技术，可明显提高柴油产率和轻质油产率，降低干气和焦炭 产率，并提高柴油的十六烷值，降低其后续加氢精制装置的负荷；对于新建装置，该技术还 可

11、以降低反应-再生系统的标高，减少投资和能耗。该技术在某炼厂0.16 Mt/a催化裂化装置 上应用前后产品分布见表1。表1 TSRFCC-MDG与常规催化裂化产物分布对比顼目常规催化裂化TSRFCC-MDG干气+焦炭产率，%基准-1.5总液体产品收率，%基准+1.5轻质油收率，%基准+2.0柴油收率，%基准+3.0柴油十六烷值基准3 TSRFCC-MF技林意图_4提高液收适度降烯烃的TSRFCC技术采用提高液体产品收 率和适度降低催化汽油烯 烃含量的两段提升管催化 裂化技术(TSRFCC-MF, Multiple Functions for ma ximizing liquid product

12、yie ld and improving gasoline and diesel quality )可以在 一定程度上解决改善产品 分布和提高产品质量的矛 盾。基础研究表明，汽油中 的烯烃化合物具有极强的 化学反应活性，即使在已经 沉积一定焦炭的催化裂化 催化剂的作用下，仍可以在 短时间内得到有效转化。因 此，以TSRFCC技术为基 础，兼顾目的产品产率提高和汽柴油质量改善，开发了 TSRFCC-MF技术。TSRFCC-MF技术反再系统的示意流程如图3所示，根据原料和催化剂性质，可以优化 两段提升管的尺寸和操作条件。新鲜催化原料进入第一段提升管反应器，循环油(回炼油和 部分油浆)进第二段提升管

13、反应器底部，部分粗汽油在循环油喷嘴上方的合适位置也进入第 二段提升管反应器。使用该技术，可提高柴油产率和柴油的十六烷值，提高目的产品产率， 降低干气和焦炭产率，并可降低汽油的烯烃含量10个百分点左右；对于新建装置，该技术 还可以降低反应-再生系统的标高，减少投资。表2为在实验室中型装置上得到的TSRFCC-MF与常规催化裂化产物分布对比结果。表2 TSRFCC-MF与常规催化裂化产物分布对比项目常规催化裂化TSRFCC-MF干气+焦炭产率，%基准-1.0总液体产品收率，%基准+1.0轻质油收率，%基准+0.5柴油收率，%基准+3.0柴油十六烷值基准+3.0汽油烯烃含量，%基准-105催化汽油降

14、烯烃的TSRFCC技术由于我国特殊的石油加工工艺流程，降低催化汽油的烯烃含量成为一些炼油企业生产的 瓶颈问题，两段提升管催化裂化技术与适宜的降烯烃催化剂配合，可以在大幅度降低催化汽 油烯烃含量(降低幅度最高达25个百分点)的前提下，同时保证目的产品产率不受损失， 并使柴油的质量得到改善，该技术称为TSRFCC-LOG (TSRFCC- Low-Olefin Gasoline)。TSRFCC-LOG技术根据原料和催化剂的性质，可以优化两段提升管的尺寸和操作条件， 其反-再系统示意流程如图4所示。新鲜催化原料进入第一段提升管反应器，部分粗汽油进 第二段提升管反应器底部，循环油(回炼油和部分油浆)在

15、粗汽油喷嘴上方的合适位置进入 第二段提升管反应器。使用该技术，可有效降低汽油的烯烃含量20个百分点以上，同时提 高柴油产率和柴油的十六烷值，降低干气和焦炭产率；对于新建装置，该技术还可以降低反 应-再生系统的标高，减少投资。该技术在某炼厂0.80 Mt/a催化裂化装置上应用前后的产品 分布和主要质量指标变化见表3。表3 TSRFCC-LOG与常规催化裂化产物分布对比项目常规催化裂化TSRFCC-LOG干气+焦炭产率，%基准-0.5总液体产品收率，%基准+0.5柴油收率，%基准+2.0柴油十六烷值基准+2.0汽油烯烃含量，%基准-206多产低碳烯烃的TSRFCC技术由于我国特殊的石油加工工艺流程

16、，降低催化汽油的烯烃含量成为各炼油企业生产高质 量汽油产品所必需解决的问题，同时我国某些地区汽油产量过剩，而目前对低碳烯烃的需求， 尤其是丙烯的需求呈持续增长趋势。利用两段提升管催化裂化工艺所具有的非凡灵活性，对 流程及操作条件进行合理调整，并与专用催化剂配合，可以实现多产低碳烯烃，尤其是多产 丙烯的目的，同时得到低烯烃含量、高辛烷值的汽油组分，这种技术称为多产低碳烯烃|坦 SRFCC技术，即TSRFCC-MPE (TSRFCC- Maximizing Propylene and ethylene)技术。图图4 TSRFCC-LOG技术示意图烯和乙烯产率。该技术与目前生产低碳烯烃的催化裂化技术

17、相比，根据原料和催化剂 性质，TSRFCC MPE 技 术可以优化两段提升管 的尺寸和操作条件，其 反-再系统的示意流程如 图5所示。新鲜催化原 料仍进入第一段提升管 反应器，在优化柴油生 产的条件下反应。粗汽 油进第二段提升管反应 器下部，在较苛刻的反 应条件下进行转化；循 环油在粗汽油喷嘴上方 的合适位置进入第二段 提升管反应器；有条件 的企业可以在第二段提 升管的底部进行。4组分 回炼，以进一步提高丙 丙烯产率可以提高2%5%，同时提高柴油的十六烷值；对于新建装置，该技术还可以降低反应-再生系统的标高，减少投资。在实验室中型实验装置上进行的对比实验结果见表4。表4 TSRFCC-LOG与

18、常规催化裂化产物分布对比项目对比技术TSRFCC-MPE干气+焦炭产率，%基准-0.5总液体产品收率，%基准+0.5丙烯收率，%基准+3.0柴油收率，%基准+3.0柴油十六烷值基准+2.07结束语基于对催化裂化这一多相湍流、伴随催化剂失活的、平行连串快速复杂反应的机理研究， 以及对工业提升管内反应物流产物分布沿程变化的认识，开发成功了 TSRFCC新技术，由 于其非凡的灵活性，通过操作方案和操作条件的调整可以实现不同的生产目的，同时实现目 的产品收率的提高和产品质量的改善。2002年5月，第一套两段提升管催化裂化工业装置在石油大学（华东）胜华炼油厂0.10 Mt/a催化裂化装置上改造建成投产。工业装置生产操作平稳，参数控制灵活，各项技术经 济指标先进：与改造前相比，装置加工能力提高了 20%以上；汽柴油收率提高3个百分点 以上，液收率（汽油+柴油+液化气）提高2个百分点；柴油密度降低，十六烷值提高。至 今，TSRFCC技