渣油催化裂化技术进展

摘　要：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，本文概括介绍了渣油的特点和加工难点和国内外围绕重油催化裂化开发了许多新技术，如毫秒催化裂化工艺、下行床反应器催化裂化工艺、两段提升管催化裂化工艺、油剂混合温度控制技术等。并对重油催化裂化工艺的发展趋势进行了展望。

关键词：渣油 催化裂化 反应器 进展

　　近些年来，由于我国大部分原油中渣油含量高而轻质油含量低，重质原油的产量不断增长，且随我国经济的快速发展，市场对轻质油的需求量又上升很快，这就要求我国的炼油工业把更多的重油，特别是渣油进行深度加工。作为重油轻质化的主要手段之一，重油催化裂化得到广泛的重视。在下行床反应器中，进料和催化剂在反应器的顶部进入，并且混合均匀。然后，一起向下运动、接触、反应。最后，在反应器底部进行分离。清华大学化工系从1985年起就开始了气固短接触反应器的工程基础研究，并取得了一系列的研究成果。这些研究结果表明，与上行式提升管相比，下行床在气固浓度、速度的径向分布均匀程度和气固混合行为方面均有显著改善，更接近于平推流反应器。与传统的提升管反应器相比, 其下行床反应器的工艺特点是：（1）反应器总压降小；（2）气固接触时间短；（3）气固分离效率高；（4）气固轴向返混明显减少；（5）可以在较高的剂油比下操作等。由于这些优点，实现了生焦量低，在相同的转化率下，轻质油收率高，而干气、液化气收率下降，汽油辛烷值提高。该工艺需要解决的问题是，由于气体和颗粒在下行床内的反应时间控制在1s以内，如何实现气固的快速混合和快速分离是需要解决的问题。
      2.3.两段提升管催化裂化工艺
　　对于传统的提升管催化裂化工艺，预热的原料油经喷嘴进入提升管反应器，与经过再生的高温催化剂接触、汽化并进行反应，油气和催化剂在提升管中上行流化，边接触边反应，反应过程中不断有焦炭沉积在催化剂表面上，使催化剂的活性及选择性急剧下降，反应过程如图2a所示，为单段提升管反应示意图。研究表明，提升管出口处的催化剂活性只能达到初始活性的三分之一左右，反应进行1s左右之后，催化剂的活性下降了50%左右。因此，在提升管反应器的后半段，进行的催化反应是在催化剂性能损坏较大的情况下完成的。另一方面，受催化原料油和初始反应中间物的反应性能各不相同的影响，而在提升管反应器中，都会经历同样的反应条件(时 间、剂油比和温度等)，这些就不能根据初始反应物的不同，改变反应条件，从而对改善产物分布及强化操作条件是非常不利的。为了解决这些问题，中国石油大学（华东）重质油加工国家重点实验室的张建芳、山红红等人提出了全新的两段提升管催化裂化工艺技术[8,9]。两段提升管催化裂化反应系统由两段提升管反应器串联构成，如图2b所示，为两段提升管反应示意图。进料与再生的催化剂先在第一段提升管上行流化，边接触边反应。经过中部的分离设备，实现反应油气与催化剂的分离。催化剂去再生器再生，反应油气进入第二段提升管反应器，与再生来的催化剂在第二段提升管继续进行反应，在提升管顶部，通过分离设备实现反应油气与催化剂的分离。在采用了两段提升管反应技术之后，能够及时的用新再生剂更换结焦的催化剂，在总停留时间相同的情况下，能够使催化剂的平均活性和选择性有很大提高。两段提升管反应系统的基本特点是：（1）分段反应，分段再生，利用催化剂“性能接力”原理。即在两段分别注入再生的催化剂，使反应在催化剂具有较强的活性和选择性的条件下进行。（2）便于控制反应条件(时间、剂油比和温度等)，即两段可分别进行条件控制，便于进行反应条件的优化；（3）由传统提升管反应器改为两段串联以后，减少返混，使反应器更接近活塞流流型。
　　  
　　                                         图2 单段与两段提升管反应器结构示意图

　　在实验室研究的基础上，中国石油大学（华东）胜华炼油厂建成了世界上第1套两段提升管催化裂化工业装置，并一次开车成功，运转状况良好。工业试验表明，采用两段提升管催化裂化技术，可大幅度提高原料转化深度，同比加工能力增加20%～30%，显著改善产品分布，产品质量明显提高，硫含量显著降低，诱导期增加，十六烷值提高。两段提升管催化裂化技术是一种全新的具有开创性的催化裂化技术，它将使催化裂化工艺获得新的生命力，具有非常广阔的应用前景。
2.4.油剂混合温度控制技术
　　对于渣油催化裂化，还有一个需要解决的问题就是：减少提升管下游部位的热裂化与非理想二次反应。这样就需要控制住提升管下游部分的反应温度。然而，为了使提升管的渣油进料能够尽量气化，需要改善进料喷嘴雾化效果，要提高油剂混合温度。过高的油剂混合温度使得热裂化反应和提升管中上部过度裂化反应加剧。针对这样的问题，法国IFP公司提出MTC(Mixed Temlaeramre Control Technology)技术[10,11]，如图3所示，为MTC技术原理流程，即在提升管新鲜原料喷射区的下游注人冷馏分油来降低提升管出口温度，实现最佳温度分布。由此提升管被分成两个反应段，上游段的特征是高的混合温度、高的剂油比和非常短的接触时间，有利于进料的气化和大分子的裂化；下游段在更接近常规催化裂化条件下进行操作，避免过度裂化，以达到改进原料油的气化，并相应减少焦炭产率的目的。
　　                                

　　MTC技术的优点在于：（1）在维持或降低提升管出口温度条件下，可以提高混合区的温度，实现了混合区温度和提升管出口温度的独立控制。（2）高的混合区温度增加了原料油的气化率，降低了生焦率。（3）MTC技术允许同时增加原料油温度和催化剂循环量，从而可增加剂油比，增加转化率，降低油浆产率。
3.结束语
　　在渣油催化裂化技术方面取得的进步很大一部分是以经验和半理论为基础,人们对渣油催化裂化的反应历程的认识仍处于一个不断发展和进步的阶段。渣油的催化裂化在一些关键的设备和技术方面已取得了令人鼓舞的成绩。随着研究的深入，渣油催化裂化技术的发展还应该注意与自动控制和生产过程的优化相结合，以便稳定操作，给炼制者带来最大的经济效益。增加掺渣比同时生产清洁燃料的新催化裂化工艺以及炼油与石油化工一体化的新催化裂化工艺将是近期技术开发的热点。
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