《武汉工程大学学报》  2012年2期 28-31   出版日期：2012-03-10   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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催化裂化两段提升技术的现状及应用


0引言　　石油是一种重要的能源形式，石油和石油产品的生产关系到国民经济的发展、社会稳定的维系、以及国家能源安全的维护.统计显示［1］，截至2010年底，全球石油产量达到3605亿吨/年，中国为203亿吨/年.重油轻质化，炼油化工一体化，燃料油清洁化等是石油炼制工业的发展趋势.世界范围内，随着原油日益变重，市场对轻质油的需求日益增加，如何将重质原油轻质化是炼油工业今后发展的重要方向.催化裂化是重油轻质化最重要的手段之一，传统的催化裂化存在两个方面的不足：一是催化柴油的十六烷值低，催化汽油烯烃含量高［2-3］，产品硫含量高；二是传统的催化裂化工艺不能避免劣质催化原料在催化剂上的恶性吸附竞争，而且原料反应时间较长，容易造成二次反应，导致干气和焦炭收率过高，而轻收和液收较低.为有效解决传统催化裂化工艺的不足，近年来提出的两段提升催化裂化技术（简称TSRFCC）［4-5］已成为许多专家学者研究的热门方向.本研究对催化裂化两段提升技术的现状及其应用作出以下综述. 1两段提升管装置的作用及优势  　　提升管反应器是催化裂化装置的核心，常规提升管反应器是将原料油预热后经喷嘴送入提升管底部，与来自再生器的高温催化剂接触，然后迅速汽化，汽化后的油气分子进入催化剂孔道进行反应，反应时间约为3 s.反应过程中，焦炭不断在催化剂表面沉积，这样会降低催化剂的活性和选择性.研究表明［6］，提升管出口处的催化剂活性仅有初始活性的1/3左右，反应1 s后活性会下降50％左右，所以在提升管的后半段，由于催化剂活性低导致热裂化反应，影响催化裂化产品分布，进而影响经济效益.　　TSRFCC技术采用两段提升管反应器，构成两段提升管催化裂化反应系统，第一段提升管进新鲜原料，与再生催化剂接触反应一段时间后进入油气和待生催化剂分离系统；未转化的原料（循环油）进入第二段提升管，与再生催化剂接触进一步反应.两段提升管能够及时有效地用新的再生催化剂替换表面已结焦的催化剂，从而可以大幅提高催化剂的活性和选择性，控制催化裂化的反应深度，同时使热裂化反应得到有效抑制，这样能够改善产品分布，提高轻收，降低干气和焦炭的收率.此外，在段间补充新催化剂也有利于氢的转移，在轻收提高的前提下，汽油烯烃含量明显下降；异构化反应增强，能够将辛烷值控制在一个较高的水平，保证了汽油的性能和质量［5-7］.　　TSRFCC技术包含分段反应、催化剂接力［8］、短反应时间［9-10］和大剂油比［10-12］等特点，可以明显促进催化反应和抑制热裂化反应，并在一定程度上克服新鲜原料和循环油在同一反应器内存在的恶性吸附-反应竞争.2我国两段提升技术进料方案的现状　　根据不同企业生产目的的不同，TSRFCC装置的进料方案也会有所不同.21 以降烯烃为目的的进料方案　　TSRFCC常见的进料方案为：催化裂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，循环油(包括在第一段提升管未反应的催化裂化原料，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.当以多产汽柴油，降低烯烃含量为生产目的时，将一段汽油进入第二段提升管回炼，汽油进料口设计在循环油进料口的上方，这样可大幅提高原料油的转化深度，原料处理量能够增加20％以上，轻收提高约3％，干气和焦炭收率有效降低［13］.　　杨朝合等［14］采用新鲜原料油进入第一段提升管，而循环油单独进入第二段提升管的方法，当企业需要对汽油降烯烃时，可以在第二段提升管进行部分汽油回炼.　　中国石化为了降低液化气中的烯烃，设计了一种双提升管流化催化裂化装置，第一段提升管内进行的是催化裂化反应，第二段提升管内进行的是轻烯烃的催化裂化转化反应，将含有大量轻烯烃的气体引入第二段提升管的底部，与来自共用再生器的再生催化剂接触，并上行进行催化转化反应［15］.22以增产柴油为目的的进料方案　　李毅等［16］将原两段提升管催化裂化装置加以改进，在段间增设一个分馏塔，该TSRFCC新工艺是在段间将生成的柴油组分通过增设的分馏塔分离出来作为最终产物，分离后的汽油和重油组分混合后引入第二段提升管与再生剂接触反应.该工艺能够最大限度地保留一段提升管反应生成的柴油产物，避免使其在第二段发生过裂化反应，提高了柴油收率；另外它能降低第二段提升管内的柴油分压，有利于柴油的生成，并降低干气收率.23 以增产丙烯为目的的进料方案　　为增产丙烯，李晓红等［17］用大庆掺渣蜡油作为原料，配合多产丙烯催化剂，将一段各液体产物的混合物在第二段提升管中反应，通过对比产品分布情况得出：二段提升管回炼一段“汽油+油浆”时，配合多产丙烯催化剂，可在生产丙烯的同时兼顾轻油收率和品质.　　龙军等［18］通过将预热后的原料油引入双提升管反应再生系统的主提升管内，与热的催化剂接触并进行催化裂化反应，将产物进行分离，分离出丙烯的液化气产物作为原料气注入辅助提升管内反应，先后在不同的反应段进行叠合反应、催化裂化反应和烷烃脱氢反应，这样可有效提高丙烯收率.　　Eng C N和Miller R B［19］提出将轻质（碳数小于12的烃）的烯属原料和重质（碳数大于12的烃）原料分别引入两段不同的提升管进行反应，针对两段提升管不同进料的特点，采用不同的反应条件，这样可以有效提高一段提升管中丙烯的收率，有效改善产品分步.第2期刘巍，等：催化裂化两段提升技术的现状及应用
武汉工程大学学报第34卷
24以增产液化气为目的的进料方案　　袁培林等［20］发明了一种用劣质油最大限度生产烯烃和轻芳烃的生产工艺，该工艺主要是由劣质油焦化得到的焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油构成的焦化生成油作为双提升管催化裂化主提升管的进料，催化汽油、C4组分作为辅助提升管的进料，在苛刻条件下进行裂解反应，可大幅增产液化气.　　中国石油大学［21］以胜华VGO为催化裂化原料，对掺炼动植物油催化裂化反应进行了研究，实验结论表明：掺炼223%（质量分数）的动植物油后，液化气收率比VGO单独催化裂化高出045%，且汽油收率不变，焦炭收率下降.3两段提升技术装置的改进　　近年来，TSRFCC技术不断完善.不少专家学者对TSRFCC装置进行改进，不仅有效改善了催化裂化的产品分布情况，而且精简了某些设备，节约了能耗，进一步提高了油品的质量，实现了设备结构简单化、操作灵活化和石油产品清洁化，为企业创造了经济效益.31结构简单化　　两段提升管催化裂化装置其结构相对来说更为复杂.将两段提升管装置的某些结构进行一定的改进，从而使其结构简单，不仅节约设备投资成本，有利于实际操作，同时也有利于检修，减少故障的发生.　　石宝珍［22］发明的一种烃类原料双提升管催化裂化转化装置（如图1）包括重油提升管反应器10和汽油提升管反应器20，该发明精简了一些设备装置，只使用了一个沉降器和常规再生器，装置简单，节约了投资成本.图1一种烃类原料双提升管催化裂化转化装置
Fig.1An opparatns of two\|stage riser fluid catalytic
cracking by hydrocarbon feeding　　玉门炼油化工总厂在一段提升管末端采用了密闭旋流快分（VQS）技术，保证油气与催化剂快速分离、反应油气快速导出和分离下来的催化剂快速汽提；二段提升管油气与催化剂进入粗旋进行分离，油气经沉降器再进入单级旋分，这样使设备结构简单化，提升管互不干扰，可有效避免开停车及操作波动时造成的催化剂跑损［23］.32操作灵活化　　TSRFCC技术的优势在工业试验及生产中已经得到证明，但由于生产目的的不同，同一TSRFCC装置往往不能满足不同的生产需要.所以改进TSRFCC装置，使其操作灵活化有着其必要性.　　青岛京润石化设计研究院［24］通过对TSRFCC装置的改进，在重质原料提升管反应器中部引入低温催化剂，使整个反应过程中的剂油分成两个区，即剂油接触反应区和增加剂油比的后反应区，通过对两区催化剂循环量和反应温度的调节可控制各区的反应程度，使催化转化具有足够的灵活性，以适应市场对产品需求的变化.　　SURERFLEX Plus双提升管技术［25］是KBR公司为增产丙烯提出的一种工艺方案.它是将原有的SUPERFLEX装置和MAXOFIN装置组合成双提升管反应器，以轻质烯烃为主的轻质组分进入SUPERFLEX装置，以瓦斯油（Gas Oil）为主的重质原料进入MAXOFIN装置分别进行催化裂化反应.有报道指出，在SURERFLEX Plus装置的基础上，增设一个高温裂解炉（Pyrolysis Unit），将常压蒸馏出来的轻质直馏石脑油（LSR）裂解，可得到更多乙烯，而裂解后的C4、C5经过选择加氢后可作为轻质提升管原料.这样改进的好处是：当企业不需要丙烯时，可将高温裂解炉的产物C4、C5（完全加氢后）全部重新循环至高温裂解炉，从而增产乙烯.该方案通过装置上的改进，使企业对产品的控制灵活化，减少装置成本及人力成本.33产品清洁化 　　随着环保法规的日趋严格，石油行业对石油产品中硫、烯烃、芳烃等含量的限定要求也越来越高，石油产品的清洁化是TSRFCC装置今后发展的一个重要方向.　　洛阳石化［26］发明的双提升管催化裂化装置，用于降低汽油产品硫含量.该发明是在汽油提升管反应器提升气进口下方的垂直立管上设置一个扩径结构的圆筒形床层反应器，提升气在床层反应器内与脱硫催化剂反应，催化剂内的改型金属氧化物被还原后，随着提升气进入汽油提升管，与汽油中的硫化物反应，从而达到脱硫的目的.经过改进后的装置，其汽油硫质量分数降低50%~70%，有效提高了汽油质量，使其各项指标达到环保要求.4两段提升技术的经济效益　　TSRFCC技术能够有效改善产品分布，为社会带来经济效益.锦西石化在2003年对催化裂化装置进行双提升管改造，同时掺炼渣油和焦化蜡油.改造后的双提升管装置能够使液化气收率提高24%，柴油收率提高28%，总液收提高25%，干气收率降低16%，汽油烯烃含量得到有效降低，且柴油的十六烷值提高5~6个单位，为企业增加了经济效益［27］.中国石油长庆分公司在2003年采用了双提升管技术，总加工能力提高约12%，液收提高124%，干气和焦炭收率降低155%，为企业带来2500万元的年净增效益［28］.5结语　　催化裂化两段提升技术具有分段反应、催化剂接力、短反应时间和大剂油比等特点，通过促进催化反应、抑制二次反应和克服恶性吸附-反应竞争来改善产品分布，能够带来社会效益和经济效益；催化裂化两段提升技术通过进料的变化来适应不同的产品需求；装置上的改进可实现设备结构简单化、操作灵活化和石油产品清洁化等优点.随着两段提升技术的不断发展与成熟，它将会在石油炼制工业中发挥越来越重要的作用.