新形势下催化裂化技术进展与趋势.docx

新形势下催化裂化技术进展与趋势在“双碳”和“减油增化”背景下，催化裂化呈现原料适应性增加、产品分布灵活性增强、绿色低碳发展等新特点，重点介绍并分析了新形势下催化裂化工艺、催化剂和装备等相关技术的最新进展，并对发展趋势进行了展望。催化裂化作为石油加工的核心过程，既生产轻质油品也为下游化工产业链提供原料。2018-2022年初期间，全球催化裂化能力年均增速1.05%,其中亚太地区（5.32%）、中东地区（4.76%）、拉丁美洲和加勒比地区（2.07%）及西欧（0.34%）均有增长，产能中心持续东移。受全球经济下行、新能源快速发展，以及市场需求变化、原料多元化和碳减排需求迫切等因素影响，催化裂化工艺、催化剂和装备也呈现新的发展趋势。1、催化裂化技术面临的新形势1.1市场需求不断变化2022年全球石油消费量49.95亿t,其中汽油1131亿t,柴油14.29亿3煤油3.37亿t,石脑油3.30亿t,相比于2019年，运输燃料降低L5%,石脑油增幅10.2%据国际能源署预测，以2019年需求为基准，2030年世界石化原料（石脑油）需求增幅将超过运输燃料需求增幅，占总需求增量的60%。终端产品市场的需求变化对炼油产业链产生重要影响，催化裂化作为产品结构调整的重要环节之一，目的产品从最初的汽油扩展到多产柴油、液化气、高辛烷值汽油、低碳烯煌以及芳煌等。未来，交通领域的变革和市场需求的不断变化,对催化裂化技术产品方案灵活性提出了更高要求。1.2原料结构发生改变一方面，随着技术进步和原油重质化，催化裂化原料适用范围逐步拓宽，从柴油储分和减压储分油到掺炼脱沥青油、焦化储分油、减黏裂化重油、页岩油、煤焦油甚至常压渣油或减压渣油等，重质原油加工研究依然是很多公司的重要研究方向；另一方面随着绿色低碳转型推进，共处理/100%处理生物质原料成为催化裂化重要研究方向之一，2019年以来，催化裂化相关专利近7%涉及生物原料共处理相关催化剂与技术的研究工作。1.3绿色发展成为刚性要求无论是燃料型、燃料-化工型（炼化一体化型）还是燃料-润滑油型炼厂，催化裂化装置都是C02排放量最大的装置之一，约占炼油碳排放总量的20%35%。2023年10月，国家发改委发布关于促进炼油行业绿色创新高质量发展的指导意见中，对催化裂化提出多个指导意见一鼓励应用催化裂化余热发生超高压蒸汽技术，探索开展催化裂化烟气二氧化碳直接转化技术示范，提升原油（重油）催化裂解，加快研发催化裂化节能降碳技术等，绿色发展已成为刚性要求。2、催化裂化技术新进展尽管全球对传统化石燃料的投资日趋谨慎，但催化裂化项目依然是石化行业投资重点，这也成为催化裂化技术进步的重要推动力之一。据不完全统计，截至2023年初，全球有61个催化裂化在建项目，其中亚太地区最为活跃，有20个在建项目，其次是中东（11个在建项目）和美国（8个在建项目）。从近几年专利申请情况来看，20202022年催化裂化相关专利申请总数为169件（如表1所示），多产低碳烯煌依然是最关注的研究热点之一，占比达到25.5%。热度上升最快的是生物原料共处理，主要包括新型催化剂开发和进料系统等装备改进研究。表12020-2022年国内外催化裂化相关专利申请情况年份主题多产汽油多产LCO多产低碳烯烧塔底油和渣油处理环保型催化剂及载体制备可再生能源处理过程优化与控制装置芳½废催化剂0收合计202071219455122538320213/745534734120223/155/922513452.1工艺新进展近年来，催化裂化工艺的进展主要集中在降低汽油烯燃、多产低碳烯煌等方面，其中以国内企业研究机构和高校为主要代表。2.1.1清华大学开发的多级逆流下行催化裂解技术（MDCPTM）该技术采用两级气固逆流接触的下行式反应器，通过逆流接触的方式，先将重质原料油在较低苛刻度下于二级下行床反应器中和催化剂接触，实现率先吸附和分离原料中芳煌组分。以轻质小分子为主的烷烧、烯燃气体由第二级快分后逆流进入第一级下行床反应器与新鲜催化剂进行接触，实现活泼组分的深度裂化，有效防止多环芳烽对新鲜催化剂活性位的吸附。2.1.2中国石化开发的LTAG技术LTAG（LCOtogasolineandaromatics）技术针对轻循环油富含芳煌的特点，设计加氢轻循环油（LCO）催化裂化转化区和单独反应器,优化工艺并开发专用催化剂，实现催化裂化轻循环油高值利用，进一步降低柴汽比、增产高辛烷值汽油。工业测试结果表明，约80%转化为高辛烷值汽油，汽油收率增加。2.1.3中国石化开发的劣质重油高效催化裂解技术（RTC）该技术以劣质重油为原料，采用自主开发的独特结构、可控性优异的反应器，反应过程选择性提高，可提高乙烯和丙烯收率，同时降低焦炭产率，提升了汽油品质。2020年，RTC技术在中石化安庆分公司65X1（）4t/a催化裂解装置在高掺渣比原料情况下开车成功，产物中的乙烯和丙烯产率比现有工艺提高，焦炭产率下降，辛烷值提高，碳排放更低，生产过程每年可减排二氧化碳1.5万t。2023年6月，全球首套300万t/aRTC装置在安庆石化全面开车。2.1.4中国石油开发的重质柴油分区反应催化裂化技术（DCP）该技术在现有催化裂化装置提升管反应器上设置专门用于柴油转化的重质柴油反应区，在提升管中先进行重质柴油的裂化反应，后进行催化原料的催化裂化反应，实现重质柴油和催化原料的分区反应,工业应用结果表明，在催化原料加工量不变的前提下，重质柴油回炼比（占催化原料）提高10%,催化汽油产率增加2%以上，辛烷值增加05个单位，总液收基本保持不变。可掺炼常减压装置直储柴油、加氢催化柴油、加氢改质柴油、渣油加氢柴油、焦化柴油、饱和燃含量高的催化柴油。2.1.5中国石油开发的深度降低汽油烯燃灵活催化裂化技术(CCOC)CCOC(catalyticcrackingolefincnversion)技术采用新型专用催化剂和优化工艺，与常规FCC工艺相比，采用以降烯燃为主的CCoC-I工艺(采用降烯燃专用催化剂)回炼2.5%6%的轻汽油，催化混合汽油RON下降01个单位；采用以增产丙烯为主的CCOC-IIZ艺(采用增产丙烯专用催化剂)回炼2.5%6%的轻汽油，丙烯产率可增加1.4%3%,催化混合汽油(轻汽油和加氢脱硫重汽油的混合汽油)烯燃含量下降2%65%,催化混合汽油RON下降01个单位。2.1.6美国格雷斯和法国德希尼布能源公司联合开发的PMcc技术PMcc(propylenemaximizationcatalyticcracking)技术最新优化主要包括2个方面，一是专用“蘑菇分布器”提升管终止装置升级，使煌类蒸汽在反应器床中停留更长时间，促进烯煌收率，尤其是丙烯和乙烯；二是开发新一代VIP-RTM高丙烯配套催化剂。在某炼厂应用表明，优化后丙烯收率增加3%。基于2020年东南亚产品和原油定价进行分析，与常规FCC相比，模式一以获得较高的丙烯和汽油产量为目标，利润可增加1美元/桶，模式二以获得高丙烯和乙烯产量为目标，利润可增加2.60美元/桶。2.2催化剂和助剂新进展全球催化裂化催化剂研发生产机构的市场占有率变化不大，主要由美国格雷斯（GraCe）、美国雅保（Albe三rle）和德国巴斯夫（BASF）3大公司垄断，分别约为35%、28%和17%,合计产能约90万t/a。国内产能主要集中在中石油和中石化，合计产能在25万t/a以上，近年来也出现了多家民营催化剂生产厂家。庄信万丰（JohnSOnMatthey）是全球最大的催化裂化助剂供应商，市场占有率80%以上。2.2.1增产低碳烯燃催化剂（1）德国巴斯夫（BASF）BASF开发的多骨架拓扑（MFT）平台技术，采用多个骨架拓扑结构共同调整催化剂选择性来提高催化剂性能，目前已开发FourteFoUrtUneTM、Fourtitude3代催化剂。2020年推出的第二代催化剂Fourtune,与FOUrteTM相比,采用了特殊分子筛骨架拓扑结构，优化酸位密度和强度，并提高孔隙度，在马拉松石油某炼厂应用结果表明,丁烯与丙烯比例提高10%,盈利能力增加了L96美元/桶。2022年推出的第三代催化剂Fourtitude,结合MFT技术和金属钝化技术的优点，通过采用一种可以更有效地将小分子烯燃裂解为丁烯的特殊分子筛骨架实现了更加优异的丁烯选择性，同时提高了抗金属性能。最新开发的MPS-RDMS组合催化剂（Y型分子筛和ZSM-5助剂组合），在处理VGO和渣油进料时，与传统组合相比，丙烯收率显著增加，同时可避免收率随ZSM-5含量的增加而递减。工业试验结果表明，在操作条件基本不变的前提下，采用该系列催化剂，剂油比有所提高，焦炭、干气收率明显降低，丙烯收率达到105%,同时塔底油质量得以改善。（2）美国雅保（Albemarle）Albemarle开发的最新一代多产丙烯DENALIAFXTM渣油催化裂化催化剂，将DENALl分子筛技术与AFX平台结合，在提高稳定性和活性的同时，降低氢转移。DENALIAFXTM在某北美炼厂应用中，针对较重的原油进料时，进料铁含量从9X1（升至i5XKr6,利润率可提高0.36美元/桶，其中0.11美元/桶来自于较低的再生器温度带来的更高产量，0.25美元/桶来自于更高的包括丙烯、丁烯的收率。2021年AenONTM催化剂推出最新一代ACTlON+tm催化剂，通过择形ZT-400结合ZT-500,创新稳定的丫型沸石体系实现最大化生产丁烯。ZT-500催化剂能够最大限度降低氢转移反应，实现液化气中丁烯、丙烯选择性和收率最大化，同时保证汽油辛烷值不降低。2.2.2抗金属污染催化剂（1）美国格雷斯（GraCe）针对银和钢金属污染，Grace推出了FUSIONTM催化剂，采用GraCe先进基质结合最新一代的机捕集技术（IVT）。该设计使进料在塔底进行预裂化，缩短扩散路径，孔口不被结焦堵塞，裂化后产物可快速并畅通地从催化剂孔道扩散，减少孔内发生氢转移、缩合生焦等二次反应，大大提高了焦炭选择性。此外，Grace将MIDAS平台升级为MIDAS-Pro平台，能够保证重油深度裂解且具有优异的干气和焦炭选择性及抗重金属污染尤其是铁污染的优势。最新一代MIDASGOLD催化剂，通过引入特殊的镇捕集组分，抗重金属污染能力增强、焦炭选择性更好。依托MIDAS平台，2023年GraCe开发PARAGONTM催化剂，在某工业测试中，该催化剂抗铁污染能力大幅增加，不仅可加工更重、更高金属含量的原料，在降低催化裂化每单位碳排放同时炼厂效益增加0.65美元/桶。(2)德国巴斯夫(BASF)BASF推出用于中度掺渣条件的新一代催化剂AItriUnI,将先进新型载体技术(AlM)和改进丫沸石技术(IZY)结合，其中AIM整合了几种新型载体技术，可微调分子筛与载体比例的灵活性。AItriUm催化剂的载体和分子筛采用原位处理，使载体形态具有最大的灵活性和可控性，从而使催化剂具有更高的耐磨性、不含氯和最低的钠含量。在德国Bayernoil炼厂应用结果表明，AItriUnI催化剂有助于促进重油转化,油浆降低2.5%30%,利润率提高0500.60美元/桶。(3)中国石油中国石油开发的催化裂化催化剂LZR-30,以低晶胞超稳Y型分子筛为主活性组分，采用特殊元素优化催化剂酸性强度和密度，构建了催化剂梯级孔道分布，降低了装置柴汽比。催化剂原料成本可降低20%以上，已进行工业应用。开发的抗重金属重油催化剂LB-5催化剂与常规催化剂复合使用，当平衡催化剂上的重金属含量(N