目录
摘要 .................................................................................................................................................. 2 1 前言 .............................................................................................................................................. 3
1.1 炼油工业中催化裂化的地位及作用 ................................................................................ 3 1.2 催化裂化工艺技术的发展 ................................................................................................ 3
1.2.1 催化裂化工艺技术的发展概况 ............................................................................. 3
2 国内外催化裂化技术的发展 ....................................................................................................... 5
2.1 世界炼油工业发展现状 .................................................................................................... 5 2.2 国内外催化裂化技术的发展 ............................................................................................ 5
2.2.1 国内催化裂化技术的发展 ..................................................................................... 5 2.2.2 国外催化裂化技术的发展 ..................................................................................... 6 2.2.3 渣油催化裂化的特点 ............................................................................................. 6
3 催化裂化的反应机理 ................................................................................................................... 7 4 催化裂化催化剂 ......................................................................................................................... 8
4.1 催化剂的研制与发展 ...................................................................................................... 8 4.2 裂化催化剂的种类 ............................................................................................................ 9
4.2.1 无定形硅酸铝催化剂 ............................................................................................. 9 4.2.2 分子筛催化剂－结晶型硅酸铝 ............................................................................. 9 4.2.3 工业上用做催化剂 ............................................................................................... 10
5 催化裂化的新技术 ..................................................................................................................... 10
5.1 毫秒催化裂化（MSCC）工艺 ....................................................................................... 10 5.2 两段提升管催化裂化工艺 ............................................................................................ 11 6 我国的催化裂化技术与国外先进技术的差距 ......................................................................... 11
6.1 催化剂性能的差距 .......................................................................................................... 11 6.2 FCC 催化剂生产技术的差距 ......................................................................................... 11 6.3 FCC 装置运转水平 ......................................................................................................... 11 6.4 工艺技术及设备制造、自动化技术水平不高 .............................................................. 12 6.5 汽油辛烷值较低 .............................................................................................................. 12 6.6 我国企业平均规模和单套装置能力偏低 ...................................................................... 12 6.7 工艺技术及设备制造、自动化技术水平不高 .............................................................. 12 7 未来我国催化裂化的发展方向 ................................................................................................. 13 8 FCC 面临的挑战 ..................................................................................................................... 13 参考文献......................................................................................................................................... 15
摘要
20 世纪80 年代以来，石油炼制产品的需求结构发生了较大的变化，即 对重质油或渣油的需求量逐步下降。同时，现在原料油的逐渐重质化和劣质化，这就对重油深度加工提出了更高的要求。重油催化裂化技术作为主要的重质油轻质化手段得到了迅速的发展。本文通过介绍了其技术研究进展状况，并从炼油工艺、环境保护等方面分析了炼油用催化裂化技术的现状及发展趋势。
关键词： 重油 催化裂化 技术
1 前言
1.1 炼油工业中催化裂化的地位及作用
自 1859 年人类钻探出世界上第一口油井以来，石油便逐渐取代了煤成为世界上最重要的应用能源和化工原料。到目前为止，石油依然是促进社会经济发展和提高人类生活水平的重要能源之一。在石油取代了煤成为主要的能源以后，其在能源的消费结构比例中始终保持在50%左右。根据国际能源署（IEA）的预测，未来30 年化石燃料在能源的消费结构中仍将占有不可取代的地位。预测在未来半个世纪内，石油需求量仍将在整个世界的一次能源消费中所占比例将接近50%，所有这一切都表明石油依然在全球能源消费中起到非常重要的作用。几年，催化裂化（FCC）技术已经逐渐成为石油深加工的重要手段，在石油炼制工业中依旧占有重要的地位。在该技术的应用过程中，原油经过常、减压蒸馏后的产物将近一半是汽油、柴油等轻质油，剩下的便是重质油和渣油。如果不进行二次再加工的话，就不能完全发挥其应有的作用，只能用作润滑油、重质燃料油和沥青，大大的降低了石油的价值，而工业生产和我们生活中对它们的需求量却很小。同时，随着内燃机压缩比的提高，对汽油的辛烷值的应用标准提出了更高的要求，这就促使了FCC 工艺的产生与发展。FCC 工艺是将重质油轻质化，需要产物是液化气、汽油和柴油。由于其转化率较高，产品质量好，近几十年以来，FCC 工艺技术有了很大的提升与改进，生产规模也得到了很大的提高。催化裂化工艺技术已经成为我国石油炼制工业当中的核心和石化经济效益的重要支柱。
1.2 催化裂化工艺技术的发展
催化裂化经过多半个世纪的发展，其在工艺水平、催化剂的研发及生产设备制造等各方面都取得了显著的进步。催化裂化装置最显著的特点就是生产原料广、加工深度和难度大、产品种类多，是炼油工业中最为复杂也是最重要的炼油装置之一。
1.2.1 催化裂化工艺技术的发展概况
催化裂化工艺技术是在克服热裂化技术缺点的基础上发展起来的。热裂化以常压重油、减压馏分油、焦化蜡油等为原料，在高压（2.0~4.0MPa）、高温（450~550℃）下裂化生成裂化气、裂化汽油、裂化柴油及燃料油。热裂化汽油成分比较复杂，其烯烃含量比较高，这就造成其辛烷值较低，抗爆性能较差，安定性不够等缺陷。因此，不久热裂化技术就逐渐被催化裂化工艺技术所代替。催
化裂化工艺装置可以分为固定床、移动床、流化床和提升管四种类型，世界上第一套100kt/a 催化裂化装置是由Cross 热裂化装置改组而成的，属于固定床反应器。该装置是将小颗粒球状或片状催化剂预先放在反应器内，等原料油预热到400℃左右时进入反应器内反应，经过几分钟到十几分钟的反应，由于表面积炭而导致催化剂的活性下降，这时要停止进料，经水蒸汽吹扫后，通入空气进行再生。等到催化剂活性恢复后，再通入原料油进行反应。该操作过程属于间歇式操作，即反应和再生是在同一个设备内交替进行。由于其操作比较繁琐，难以控制，且设备结构复杂，用钢材量大，生产能力小，因此工业上早已淘汰。为了简化工艺和提高生产能力，在40 年代初期，工业生产上逐渐出现了移动床和流化床催化裂化，最初的移动床催化裂化反应装置是由Socony Vacuum 石油公司建成的，处理量为500kt/a，定名为TCC。在移动床催化裂化装置中，原料油和催化剂同时进入到反应器顶部，通过接触反应后慢慢向下移动。当移动到反应器的下部时，催化剂表面已经沉积了一定量的焦炭，当催化剂和油气进行分离时，油气从反应器的中下部输出，催化剂则从底部通过气升管中的空气将其提升到再生器的顶部，之后再进入再生器内不间断向下移动，在移动过程中进行再生。TCC 装置使用的颗粒尺寸为φ3~6mm，它在反应器和再生器之间循环流动，实现了连续再生。但是移动床技术也有其应用上的缺陷，设备比较复杂，钢材耗量大，操作控制不方便，特别是处理量大于800kt/a 的大型装置，在经济和效益上都不如流化床优越。因此，后来的流化床催化裂化技术得到了迅猛的发展，从而取代了移动床催化裂化反应装置。流化床催化裂化采用了先进的流化技术，使用的催化剂为φ30~100μm 的微球催化剂，在反应器和再生器内，与反应油气和空气形成流化状态来进行反应与再生。催化剂在两器之间就像流体流动一样，循环起来非常方便。由于在流化状态时，反应器和再生器内分布均匀，且催化剂循环量很大，可携带的热量也多，这就减小了反应器和再生器内温度变化的幅度，从而避免了设置外取热器，使设备结构简单化。流化床催化裂化设备简单、处理量大、操作灵活、产品性质稳定等优点，因而得到了广泛的应用。上个世纪50 年代最具代表性的流化床装置是同高并列式密相床催化裂化。催化剂的巨大发展推动了催化裂化技术的不断提高。在催化裂化工艺技术发展过程中，最早使用的是纯天然的活性白土催化剂。后来人工合成出了硅酸铝催化剂，由于其具有良好的热稳定性和耐磨性，因此，在工业上有了广泛的使用。到了60 年代初，分子筛催化剂问世，它因活性高，选择性好的特点，从一定程度上促进了催化裂化装置流程和设备的重大变革。为了充分发挥分子筛催化剂的优点，于是便发展了现在的提升管反应器，反应器以高温和短接触时间的活塞流反应代替原来的床层反应，大大减少了二次反应，并且克服了返混的缺点，使生产能力大大提高。由于分子筛催化剂对
积炭非常敏感，为了确保它的高活性，就必须得降低其积炭量。为了达到这样的再生要求，在再生设备和工艺方面人们还发展了两段再生、高效再生和高温再生等新型再生技术
2 国内外催化裂化技术的发展
2.1 世界炼油工业发展现状
原油必须经过各种物理及化学加工过程转变为石油产品后才能被有效利用，这些转化过程的组合就构成石油炼制过程。 经过150 年的发展，石油炼制工业已经成为世界石油经济不可分割的一部分，各种炼油技术相继被开发出来，并被成功地应用于工业生产，极大地增加了石油产品的数量和提高了石油产品的质量。
随着世界经济的不断发展，各国对石油产品的需求也不断增加. 世界原油加工能力总体呈现出不断增加的趋势。全球炼厂的结构和规模也处于不断调整之中，一些能耗高、规模小的炼厂被迫关闭，新建炼厂的规模增大，原有炼厂也在不断地进行扩能改造。 到2012 年，分布在全球的炼厂共有757 个，其中美国143 个，中国105 个，俄罗斯52 个。世界炼油能力最大的国家是美国，其原油蒸馏能力约占世界的1/5；其次为俄罗斯和日本，分别占6.6%和5.8%；中国排名第四，占5.5%。 世界前十大炼油国家的原油蒸馏能力就达到了世界原油蒸馏能力的54.2%.世界排名前3 位的炼油公司仍然是ExxonMobil,Shell 和BPAmoco，其原油蒸馏能力分别占世界的6.5%,5.9%和4.0%. 我国的中国石化(SINOPEC)和中国石油(CNPC)分别排在第5 位和第12 位，原油蒸馏能力分别为2.67 和1.79 Mb/d.2003 年，世界上最大的炼油厂是位于委内瑞拉的帕拉瓜纳炼制中心，其原油蒸馏能力为940 kb/d(合4700万t/a). 除此之外，世界排名前16 位的大型炼油厂中有6 座位于亚太地区，3 座位于美国，3 座位于中东地区，其他3 座分别位于俄罗斯、荷兰和维尔京群岛.随着世界炼油厂的规模越来越大，炼油装置的规模也向大型化方向发展，其中单套常减压蒸馏的能力达到了1275 万t/a，单套催化裂化(FCC)能力达到了600 万t/a，渣油催化裂化(RFCC)能力也达到了425 万t/a.
2.2 国内外催化裂化技术的发展
2.2.1 国内催化裂化技术的发展