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慧正資訊：進入二十一世紀，全球?qū)τ诃h(huán)境、油品的標準日趨嚴格，加氫裝置占整個煉油裝置的比例越來越大，但是，至少在10年內(nèi)，都不能改變?nèi)虼呋鸦a(chǎn)的汽油占比較高的事實。在二十世紀，催化裂化裝置生產(chǎn)的汽油最高占汽油池的70--80%，進入二十一世紀后，才降至40--60%。各煉油商、專利商都在不斷地完善催化裂化技術(shù)、開發(fā)裝置間的雙向組合技術(shù)，適合新時代的要求。

較為經(jīng)典的技術(shù)有，中國石化開發(fā)的DCC、FDFCC、MIP、CPP技術(shù)；UOP公司開發(fā)的毫秒催化裂化MSCC技術(shù)、PetroFCC技術(shù)；Kellogg和Mobil公司合作開發(fā)的Re-genMax技術(shù);KBR公司開發(fā)的ACO技術(shù)等等。

圖一 國內(nèi)汽油調(diào)和組分構(gòu)成

一、催化裂化發(fā)展史

     催化裂化技術(shù)是由法國人E.J.胡德利研究成功，1936年美國索康尼真空油公司和太陽石油公司合作實現(xiàn)工業(yè)化，1938年，太陽石油公司創(chuàng)辦者阿瑟.皮尤宣布了催化裂化工藝的成功，標志著催化裂化工藝正式誕生。 

     1941年2月11日，新澤西標準石油公司宣布，催化研究協(xié)會開發(fā)成功了流化催化裂化工藝。三座處理量為每天12000桶(約60萬噸/年)的流化催化裂化裝置相繼建成。其中第一套是凱洛格公司設(shè)計、建造在巴吞魯日煉油廠的那一套。投產(chǎn)日期是1942年5月25日。

     我國第一套催化裂化裝置的建成與古巴有一定的關(guān)聯(lián)。1959年，古巴成功后，中國在1960年與其建交，1961年便派人考察古巴的洛佩茲煉油廠的TV型催化裂化裝置——該裝置是由美國設(shè)計，技術(shù)水平很高。1962年6月完成國內(nèi)第一套同高并列流化床催化裂化裝置設(shè)計——規(guī)模56萬噸/年，1965年5月5日正式建成投產(chǎn)，該裝置位于撫順石油二廠。

圖二 國內(nèi)第一套催化裂化裝置       圖片來源:新華網(wǎng) 圖三 密相床催化裂化

     1973年石油化工科學研究院（以下簡稱“石科院”）建成了一套中型提升管流化催化裂化實驗裝置。1974年8月，石科院與玉門石油管理局煉油廠、石油化工規(guī)劃設(shè)計院等單位合作，建成/改成了國內(nèi)第一套高低并列式提升管流化催化裂化裝置，該裝置處理量12萬噸/年。

圖四 提升管催化裂化

     二十世紀80年代，受中東石油危機影響，各大催化裂化專利商開發(fā)、發(fā)展了渣油催化裂化技術(shù)。1983年洛陽院采用重油催化裂化技術(shù)（RFCC），在石家莊建設(shè)了國內(nèi)第一套渣油催化裂化技術(shù)，后面陸續(xù)建成了九江、濟南、錦州等渣油催化裂化裝置。

     1986年，國內(nèi)引進石偉公司技術(shù)改造、新建南京、長嶺、鎮(zhèn)海、廣州、武漢煉油廠的渣油催化裂化裝置。在充分消化、吸收石偉技術(shù)后，國內(nèi)陸續(xù)新建了吉林、前郭、遼河等渣油催化裂化裝置。

     1990--2000年國內(nèi)開始自主開發(fā)新工藝、新技術(shù)，1990年的DCC技術(shù)，多產(chǎn)丙烯；1998--2001年的FDFCC技術(shù)，多產(chǎn)丙烯和異構(gòu)烯烴，兼顧汽油。

      2002--2010年，國內(nèi)開始自主開發(fā)新工藝TSRFCC，兩段提升管，輕柴油收率高；MIP技術(shù)，多產(chǎn)異構(gòu)烯烴，降低汽油烯烴；MIP-CGP技術(shù)，多產(chǎn)丙烯；

      1999--2010年國內(nèi)開始裝置大型化設(shè)計，350萬噸/年的催化裂化裝置已經(jīng)是常態(tài)。

圖五 國內(nèi)催化裂化發(fā)展史

二、國內(nèi)催化裂化產(chǎn)能

截止2014年，國內(nèi)催化裂化裝置約有150套，總產(chǎn)能接近1.5億噸/年，其中可處理渣油的催化裂化占總產(chǎn)能的40%左右。

根據(jù)“大地”的不完全統(tǒng)計，國內(nèi)催化裂化裝置達到197—210套，總產(chǎn)能接近2.4—2.5億噸/年。根據(jù)催化裂化裝置所屬集團分布來看，中國石化下屬的產(chǎn)能最大，占全國產(chǎn)能的35%左右，相應(yīng)的其汽油產(chǎn)量也是國內(nèi)最大的；其次為中國石油下屬的產(chǎn)能，占全國產(chǎn)能的24%左右，相應(yīng)的其汽油產(chǎn)量也是國內(nèi)第二大的；再次為中海油下屬的產(chǎn)能，占全國產(chǎn)能的7%左右。但是，地煉合計的產(chǎn)能占全國產(chǎn)能的24%，也是一股不可忽視的力量。

圖六 國內(nèi)催化裂化產(chǎn)能

從產(chǎn)能分布來看，山東省的催化裂化產(chǎn)能占了全國總產(chǎn)能的26%左右，是國內(nèi)第一大汽油生產(chǎn)省份；其次是廣東，催化裂化產(chǎn)能占了全國總產(chǎn)能的9%左右，是國內(nèi)第二大汽油生產(chǎn)省份；再次是遼寧，催化裂化產(chǎn)能占了全國總產(chǎn)能的8%左右，也是國內(nèi)不可忽視的汽油生產(chǎn)省份。

圖七 國內(nèi)催化裂化產(chǎn)能二

三、主要工藝技術(shù)

催化裂化裝置一般由三個單元組成，反應(yīng)與再生單元、分餾單元、吸收穩(wěn)定單元，多數(shù)裝置還有再生煙氣回收單元或煙氣脫硫、脫硝單元。

上游加氫裝置或者蒸餾裝置來的蠟油或者渣油經(jīng)過換熱器換熱、提溫后，與霧化蒸汽一起混合進入提升管下部，與再生器來的高溫催化劑（600--750°C）接觸后，進行反應(yīng)。一般油氣在提升管的停留時間為2--4秒。反應(yīng)后的油氣經(jīng)過旋風分離器、沉降器分離催化劑與油氣后，油氣進入分餾單元；催化劑進入再生器后再循環(huán)至提升管入口。

進入分餾單元的油氣，在分餾單元切割、分離。液體產(chǎn)品主要是粗汽油、輕柴油、循環(huán)油或者油漿，氣體產(chǎn)品主要是干氣。

粗汽油進入吸收穩(wěn)定單元，主要產(chǎn)品干氣、液化氣、穩(wěn)定汽油。

1 、RFCC工藝

在二十世紀80年代，受中東石油危機影響，主要的工藝商、專利商Phillips、UOP、石偉、道達爾等等，開發(fā)了渣油催化裂化工藝（RFCC）。國內(nèi)五家煉油廠，南京、長嶺、鎮(zhèn)海、廣州、武漢煉油廠引進石偉技術(shù)，新建、改造了催化裂化裝置。RFCC工藝流程、技術(shù)特點與常規(guī)的催化裂化裝置類似。

洛陽院于1983年設(shè)計了國內(nèi)第一套渣油催化裂化裝置，位于石家莊。

2 、DCC工藝

DCC工藝是石科院開發(fā)的多產(chǎn)烯烴工藝，工藝流程與常規(guī)的重油催化裂化裝置類似，主要的原料有脫瀝青油、減壓蠟油、減壓渣油等，裝置的丙烯產(chǎn)量最高可達20%（WT）左右。

工藝的特點，1）建議加工石蠟基的原油；2）需要配比專門的催化劑；3）提升管停留時間較長；4）反應(yīng)溫度約為530--564°C；5）劑油比是普通工況的1.5--2倍。

圖八 DCC裝置收率

DCCC工藝的優(yōu)點，1）丙烯產(chǎn)量較高，最高可達20%；2）汽油中甲苯、二甲苯含量較高，簡單處理后，就是很好的重整裝置原料；3）汽油辛烷值RON高達98，抗暴指數(shù)約為92。

圖九 DCC技術(shù)反再系統(tǒng)

3 、FDFCC工藝

FDFCC工藝與常規(guī)的重油催化裂化工藝類似，唯一的區(qū)別是在反應(yīng)器單元增加了一根單獨的汽油改質(zhì)提升管，裝置分餾單元的粗汽油循環(huán)至汽油改質(zhì)提升管，在高活性催化劑、大劑油比的操作條件下，汽油進行二次反應(yīng)，實現(xiàn)了汽油改質(zhì)、增產(chǎn)丙烯的目的。

FDFCC工藝的主要特點，1）增加一根汽油提升管，反應(yīng)系統(tǒng)為雙提升管；2）適合中等烯烴含量的汽油改質(zhì)，部分汽油需要循環(huán)；3）根據(jù)不同煉油商的不同情況及汽油烯烴要求，可以設(shè)置單沉降器、單分餾塔或者雙分餾塔等；4）汽油中烯烴含量11—20%，最高丙烯收率可達20%左右；5）裝置的干氣、焦炭收率較高；6）裝置能耗會比常規(guī)的RFCC工藝增加13.5—18%，如果是按照最大量丙烯模式操作，裝置能耗將比常規(guī)操作或者工藝高17.76%；7）一般改造的裝置多數(shù)是重油催化裂化裝置。

圖十 DCC裝置收率二

FDFCC的優(yōu)點很多，1）在不降低汽油辛烷值的前提下，可以大幅度降低催化裂化汽油的烯烴含量；2）提高催化裂化裝置柴汽比，少量降低汽油產(chǎn)量；3）可以提高丙烯、液化氣產(chǎn)品的收率；4）略微降低催化裂化汽油硫含量。

圖十一 FDFCC反再系統(tǒng)

已知的采用FDFCC工藝的國內(nèi)煉油廠有，清江石化、長嶺煉化、大慶煉化、濟南煉化等等。

4 LTAG技術(shù)

LTAG技術(shù)是石科院研究、開發(fā)的將劣質(zhì)LCO（催化裂化輕循環(huán)油或者輕柴油）轉(zhuǎn)化汽油或者芳烴的技術(shù)，該技術(shù)可以降低煉油廠的柴油產(chǎn)品產(chǎn)量，提高汽油產(chǎn)品產(chǎn)量。一般需要改造或者新建一套柴油加氫裝置，并對催化裂化的提升管進行改造（新增特殊的噴嘴等等）。根據(jù)石科院在安慶的改造及標定結(jié)果，LTAG技術(shù)可以增加催化裂化裝置7--9%的汽油收率，降低催化裂化裝置13--17%的輕柴油收率，增加催化裂化裝置3--6%的液化氣收率。

    按照“大地”的初步估算，在汽油高于柴油約300—400元/噸的時候，該技術(shù)性價比較高；此外，還要注意，如煉油廠可以通過調(diào)整切割點或者調(diào)整加氫裂化裝置操作，減產(chǎn)柴油的，可以增設(shè)加氫裂化裝置，性價比更佳。反之，如一些小型煉油廠，催化裂化裝置負荷不高、氫氣成本便宜，比較適合該技術(shù)。

圖十二 LTAG技術(shù)改造

5 其它

國外增產(chǎn)丙烯的催化裂化工藝，KBR的AOC技術(shù)，采用KBR專有的FCC反應(yīng)器，其丙烯/乙烯產(chǎn)量約為1:1，催化劑由SK公司獨家提供；UOP公司IFA的PetroFCC工藝、ABB Lummus公司開發(fā)的SCC工藝、芬蘭NesteOy公司開發(fā)的NEXCC工藝等等。

四、操作參數(shù)及能耗

1、操作參數(shù)

催化裂化裝置有三大平衡，即物料平衡、壓力平衡、熱量平衡。本文主要說說壓力、“熱量”。

一般而言，在條件許可的情況下，催化裂化裝置操作盡量是：高的反應(yīng)溫度、低的壓力以及大的劑油比。

圖十三 催化裂化操作參數(shù)

一般的催化裂化反應(yīng)溫度都是500—520°C左右，反應(yīng)溫度越高，裝置的汽油收率就越高，但是，這里要注意，受催化劑活性及劑油比等因素影響，反應(yīng)溫度與汽油收率在某個溫度下，會達到峰值，之后，再隨著反應(yīng)溫度的增加，汽油收率有可能下降。

操作壓力類似，隨著操作壓力的增加，催化裂化裝置的能耗降低、投資成本降低；但是，高的操作壓力不利于增加裝置汽油、液化氣產(chǎn)量，并導致裝置燒焦增加。綜合裝置輕油收率、能耗后，選擇適當?shù)牟僮鲏毫Γ欣谘b置效益最大化。一般的反應(yīng)壓力為0.138Mpa左右，受此影響，國內(nèi)特大型催化裂化裝置的再生壓力可確定為0.28—0.42Mpa。

大的劑油比能夠促進催化裂化反應(yīng)、強化氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、抑制熱裂化反應(yīng)，降低裝置的干氣收率，提高裝置的輕油收率。國內(nèi)的催化裂化裝置，劑油比相對較低，僅有6—9。

圖十四 催化裂化物料平衡

受國內(nèi)裝置反應(yīng)溫度、劑油比、催化劑單耗等指標影響，國內(nèi)催化裂化裝置的汽油收率是不同的。一般而言，常規(guī)的催化裂化裝置汽油收率大致為32—45%，丙烯收率6%左右；采用FDFCC技術(shù)的催化裂化裝置，汽油收率為33—43%，丙烯收率達到5—9%；采用DCC技術(shù)的催化裂化裝置，汽油收率23—25%，丙烯收率達到13—18%。

2 裝置能耗

一般的催化裂化裝置，完全費用中折舊是大頭，一套百萬噸規(guī)模的催化裂化裝置，建設(shè)成本從7億到11.77億元不等，相對應(yīng)地其上游需要配置的渣油加氫裝置，其建設(shè)成本大致需要20億元，不過，按照性價比來看，就算投資12個億，在成品油質(zhì)量升級前，煉油商最快半年就可以收回建設(shè)一套催化裂化裝置的投資。折舊大致占催化裂化裝置完全費用的61%左右。

其次為操作費用，主要就是常規(guī)的水、電、氣、風。這塊大致占催化裂化裝置完全費用的16%左右。再次為其它的費用。

圖十五 催化裂化完全費用

在操作費用中，電耗是催化裂化裝置的大頭，一般占整個操作費用的34%左右，尤其是催化裂化裝置的“三機組”，主風機、煙機以及電動發(fā)電機，現(xiàn)在多數(shù)是“四機組”四機組包括、煙機、主風機、汽輪機、電機，如果電機能夠高負荷、滿負荷發(fā)電的話，催化裂化裝置的能耗就能進一步降低。

其次，外取熱器汽包、油漿汽包以及余熱鍋爐汽包的產(chǎn)汽也是占了大頭，一般占整個操作費用的-23%左右，多數(shù)能耗降低的催化裂化裝置，其產(chǎn)汽量都是較高的，一般接近設(shè)計值甚至有的高于設(shè)計值。

圖十六 催化裂化操作費用

五、發(fā)展趨勢

1、高的平衡劑活性

國內(nèi)的平衡劑活性較低，反觀國外的平衡劑活性較高。美國煉油商的平衡劑活性普遍到71.8%（wt），國內(nèi)一般都在60--65%（wt）。按照發(fā)展來看，高的平衡劑活性，裝置的效益更佳。

圖十七 美國煉油商催化劑活性

2、高的催化劑單耗

國內(nèi)催化劑單耗一般為0.92—2.1Kg/t，相對較低；反觀國外，催化劑單耗高達2.6—2.7Kg/t。高的催化劑單耗，裝置的輕油收率較高，整體的降級效益較佳。

3、抗金屬中毒催化劑

由于未來加工的原油越來越“重”，國內(nèi)多數(shù)沿海煉油廠都是按照加工重質(zhì)原油設(shè)計的，蠟油、渣油組分中的金屬含量逐年增加，美國Albemarle公司及國內(nèi)的催化劑專利商開始開發(fā)抗金屬中毒的催化劑。在保持催化劑活性、裂解性能的前提下，提高裝置液體收率。

4、跨裝置技術(shù)

根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，埃克森美孚與沙特阿美開發(fā)的原油裂解技術(shù)，使用的原油API是43;該原油裂解裝置大致有三部分組成，加氫裂化裝置、全餾分分餾裝置以及裂解裝置。

根據(jù)IHS對外宣傳的數(shù)據(jù)，“原油”裂解就是多產(chǎn)石腦油、多產(chǎn)聚烯烴，其聚烯烴產(chǎn)量與原油的比例為40%；而常規(guī)煉化一體化企業(yè)，聚烯烴與原油的比例可能只有10%，多產(chǎn)石腦油的化工型煉油廠最多的才能達到15--25%。“原油”裂解相應(yīng)的噸聚烯烴產(chǎn)量高，那比傳統(tǒng)的石腦油裂解裝置毛利高。

裝置的核心是“原油”裂解裝置及高苛刻度的催化裂化裝置。

圖十八 原油裂解

六、小結(jié)

未來催化裂化技術(shù)的發(fā)展，必然是大型化、一體化及加工原料靈活化，多產(chǎn)烯烴、汽油將是發(fā)展的方向之一。各煉油商根據(jù)自身情況，采取不同的催化裂化技術(shù)，增強自身的競爭力，才能提升企業(yè)的效益，在未來2—5年的低裂解利潤行情下，立于不敗之地。