【正文】 還具有非凡的靈活性和可調性，由此可派生出多種適應不同生產(chǎn)要求的專用技術。[4]催化裂化在20世紀里對煉油工業(yè)的貢獻是人所共頌的，面對2l世紀的形勢和任務，催化裂化迎來了新的挑戰(zhàn)。預測其今后的發(fā)展，可能有兩種：沿革性的發(fā)展(1)繼續(xù)改進工藝、設備、催化劑，盡可能多轉化一些重油，提高輕質產(chǎn)品收率。對我國而言，特別要在保證長周期運轉上下功夫。(2)繼續(xù)研究開發(fā)多產(chǎn)低碳烯烴的工藝，為發(fā)展石油化工和清潔燃料組分生產(chǎn)提供原料。(3)繼續(xù)研究開發(fā)能滿足市場產(chǎn)品需求的催化裂化工藝和催化劑。(4)為清潔生產(chǎn)，研究開發(fā)減少排放的工藝、催化劑、助劑，以及排放物的無害處理工藝。(5)催化裂化不要“單打”，需和其它工藝密切配合，同步發(fā)展，包括上游的預處理和下游的二次加工工藝，例如上游的加氫、焦化、脫瀝青工藝及它們的組合；下游的汽油柴油再加工工藝、各種低碳烯烴的利用工藝等。(6)劣質渣油焦化或脫瀝青與催化裂化組合；對焦炭或瀝青作氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)的原料以及費托合成關鍵技術開展研究，為煉油廠達到清潔生產(chǎn)和生產(chǎn)清潔燃料開辟途徑?？缭叫缘陌l(fā)展。在一段時間之內將以沿革性發(fā)展為主，同時為跨越性發(fā)展準備。顧名思義，跨越性的發(fā)展是指有全新的工藝技術出現(xiàn)，或在某個環(huán)節(jié)上有別于現(xiàn)有工藝技術．能較好地解決現(xiàn)有技術不盡人意之處，使催化裂化技術再跨上一個新的臺階歷史上曾有不少這樣的跨越性發(fā)展，例如分子篩催化劑的出現(xiàn)。從美國油氣雜志2001年的統(tǒng)計材料看，全世界現(xiàn)有催化裂化能力已達693Mt／a。催化裂化不但不是“夕陽”工藝，而且還處于“成長”狀態(tài)。我國原油大多屬石蠟基或中間石蠟基，較重、較干凈，比較適合催化裂化，因此催化裂化將仍然是我國煉油的骨干工藝。但由于現(xiàn)有規(guī)模已經(jīng)較大，今后可能是以改造為主，以更先進的工藝技術來代替；同時發(fā)展配套的催化裂化產(chǎn)品后加工工藝，以滿足環(huán)保對產(chǎn)品質量的要求。[5]所謂重油是指常壓渣油、減壓渣油的脫瀝青油以及減壓渣油、加氫脫金屬或脫硫渣油所組成的混合油。典型的重油是餾程大于350℃的常壓渣油或加氫脫硫常壓渣油。與減壓餾分相比，重油催化裂化原料油存在如下特點：①粘度大，沸點高；②多環(huán)芳香性物質含量高；③重金屬含量高；④含硫、氮化合物較多。因此，用重油為原料進行催化裂化時會出現(xiàn)焦炭產(chǎn)率高，催化劑重金屬污染嚴重以及產(chǎn)物硫、氮含量較高等問題[7]重油催化裂化的產(chǎn)品是市場極需的高辛烷值汽油餾分，輕柴油餾分和石油化學工業(yè)需要的氣體原料。重油催化裂化工藝與一般催化裂化工藝的異同點兩工藝既有相同的部分，亦有不同之處，完全是由于原料不同造成的。不同之處主要表現(xiàn)在，重油催化裂化在進料方式、再生系統(tǒng)型式、催化劑選用和SOX排放量的控制方面均不同于一般的催化裂化工藝；在取走過剩熱量的設施，產(chǎn)品處理、污水處理和金屬鈍化等方面，則是一般催化裂化工藝所沒有的。但在催化劑的流化，輸送和回收方面，在兩器壓力平衡的計算方面，兩者完全相同。在分餾系統(tǒng)的流程和設備方面，在反應機理、再生機理、熱平衡的計算方法和反應—再生系統(tǒng)的設備上兩者基本相同[8]。重油催化裂化工藝加氫脫硫一渣油裂化和減壓渣油加氫脫硫一渣油催化裂化常壓渣油加氫脫硫一渣油裂化(ARMS)和減壓渣油加氫脫硫一渣油催化裂化(VRDS)此兩種工藝適合于含硫量較大的重油煉制。常壓渣油加氫脫硫(ARDS)與減壓渣油加氫脫硫(VRDS)是固定床渣油加氫技術中的兩種不同工藝。在加工高硫高金屬原油時，通過ARDS或VRDS工藝對常壓渣油或減壓渣油進行加氫脫硫、脫氮、脫金屬、脫殘?zhí)康龋辜託浜蟮闹刭|餾分可在催化裂化等裝置中進一步輕質化，并滿足一定的產(chǎn)品質量和環(huán)保要求。我國今后進口含硫原油的數(shù)量將不斷增加，為了解決含硫原油深度加工的問題，國內目前正在進行固定床渣油加氫催化劑和工藝的研究與開發(fā)，國內煉油廠也將越來越多地考慮采用固定床渣油加氫的技術。延遲焦化加氫精制催化裂化組合工藝我國不少渣油氮含量很高，經(jīng)延遲焦化后的焦化蠟油硫、氮含量(尤其是堿氮含量)很高，這種焦化蠟油如果直接進入催化裂化裝置會嚴重影響催化裂化產(chǎn)品的分布和質量，并使催化劑降低活性。因此盡量增加重質油的延遲焦化處理量可多產(chǎn)汽柴油，且柴汽比高，增加產(chǎn)品的靈活性和市場適應性。尤其是焦化干氣產(chǎn)量大，干氣CH、CH含量高，可提供豐富的廉價的制氫原料，以獲得便宜充足的氫源，發(fā)展加氫精制以提高焦化氣柴油的品質來滿足市場競爭的要求。焦化蠟油不安排(或盡可能少地作為摻煉油催化裂化處理，視加氫裂化處理量而定)，是由于其堿氮含量高，極易造成催化裂化催化劑失活，造成結焦嚴重，干氣產(chǎn)量上升，汽柴油收率降低。而安排焦化蠟油與焦化汽柴油或催化柴油混摻加氫裂化，不但可得到優(yōu)質汽柴油，而且尾油又是優(yōu)良的裂化原料制乙烯和催化裂化原料，并且此過程氫耗量小于單獨的重質油加氫裂化。加氫精制的石腦油又是優(yōu)良的催化重整的進料，增加高辛烷值低烯烴汽油產(chǎn)量，并且苯、甲苯、二甲苯又是化工原料，自產(chǎn)氫氣又可平衡煉廠系統(tǒng)的氫氣。石油焦既可外賣，又可經(jīng)煅燒處理，經(jīng)煅燒生產(chǎn)優(yōu)質的煅燒焦。增加產(chǎn)品的附加值。煉油企業(yè)減壓瓦斯油和焦化瓦斯油應重點考慮作加氫裂化原料，這一方面可以緩解噴氣燃料和優(yōu)質低凝點柴油市場供應不足的矛盾，另一方面可以提供相當數(shù)量的芳烴原料(高芳烴潛含量石腦油)和優(yōu)質乙烯裝置原料(加氫未轉化油)溶劑油脫瀝青延遲焦化催化裂化組合在煉油廠獲得的總經(jīng)濟效益中，60％的效益來自催化裂化裝置，利用這一工藝將催化裂化澄清油與減渣混合，回收澄清油中可裂化的組分進入脫瀝青油，然后再返回到重油催化裝置中，為催化裂化裝置提供大量的原料。澄清油中的稠環(huán)芳烴進入到瀝青中可改善瀝青的質量。脫瀝青油既可作為催化裂化進料，又可作為加氫裂化的原料。脫油瀝青可作為延遲焦化進料或鍋爐燃料。為了給催化裂化裝置提供更多的原料，同時也為增加延遲焦化裝置的原料品種，石科院與中石化廣州石化總廠合作，以脫油瀝青摻人減渣(摻人質量分數(shù)20％一30％)進行焦化，可轉化為輕質產(chǎn)品的收率約為60．5％?？梢妼⑸倭康拿撚蜑r青與減渣混合作為焦化的原料，不但擴大焦化的原料的品種，也解決了一部分硬瀝青的出路，也有經(jīng)濟效益。用脫油瀝青作為焦化原料的缺點是隨著瀝青的摻人量增加焦炭產(chǎn)量也增加，焦炭的質量也越來越差，另外是使加熱爐管結焦傾向增大，因此應設法改善渣油與瀝青的互溶性，以增強瀝青質在渣油體系中的穩(wěn)定性。[9]我國自主開發(fā)的重油催化裂化后反應系統(tǒng)關鍵裝備技術同時實現(xiàn)“三快”和“兩高”，解決了重油催化裂化工藝后反應系統(tǒng)易結焦等世界性難題，使我國在這一領域走在了世界前列。截至目前的最新統(tǒng)計，該技術已推廣應用于中石油、中石化50套催化裂化裝置，經(jīng)濟效益顯著。由中國石油大學(北京)經(jīng)過十余年努力研發(fā)成功的后反應系統(tǒng)技術在多項核心技術上獲得突破，達到了同時實現(xiàn)“三快”和“兩高”的攻關目標，即油劑的快速脫離、分離催化劑的快速預汽提、油氣的快速引出，以及催化劑的高效分離、高油氣包容率。該技術目前已成功應用于國內50套不同構型和規(guī)模的催化裂化裝置。結果表明，反應后油氣在沉降器內平均停留時間由常規(guī)的l0～20秒縮短到5秒以下，氣固分離效率高達98．5％以上，從而可使輕油收率提高1．0個百分點以上，超過國內外同類技術的最高水平。該技術還可有效抑制沉降器內的結焦，延長了開工周期。和國外同類先進技術相比，該技術具有更高的氣固分離效率、更好的預汽提效果以及更高的操作彈性和穩(wěn)定性。該技術和裝備的投資僅為國外同類技術的1／20～1／l0，具有顯著的競爭優(yōu)勢?？蒲腥藛T在系統(tǒng)實驗研究的基礎上，成功開發(fā)出了高效氣固旋流分離、高效預汽提、提高油氣包容率3項創(chuàng)新技術，并通過集成創(chuàng)新形成了4種新型快分系統(tǒng)，適用于目前所有構型的催化裂化裝置，并創(chuàng)建了后反應系統(tǒng)關鍵裝備的優(yōu)化設計理論和方法。目前該項目已取得國家發(fā)明專利7項、實用新型專利2項[10]。單段再生的再生器的基本形式如圖1所示[11]。圖1兩段再生是把待生劑依次通過兩個流化床進行燒焦，它是為適應重油催化裂化工藝發(fā)展起來的。兩段再生是把燒碳過程分為兩個階段進行：第一段，約80%－85%的總燒碳量被燒去。第二段，再用空氣及在更高的溫度下繼續(xù)燒去余下的碳。兩段再生可在一個再生器筒體內分隔為兩段來實現(xiàn)，也可以在兩個獨立的再生器內實現(xiàn)圖2管式再生采用提升管進行催化劑的燒焦再生，提升管的表觀線速為3～10m/s。為了保持提升管內催化劑呈活塞流，管上部線速較高，下部線速較低。燃燒用空氣從提升管的不同高度分為34股送入提升管中，以控制催化劑密度和氧濃度。氧的傳質阻力和催化劑返混程度均較低，燒焦強度可達1000kg/()。燒焦用提升管長度為22m,管內燒焦量可占總燒焦量的80%左右。剩余焦炭和CO的燃燒在提升管上部的湍流床中進行。 圖3快速床(循環(huán)流化床)再生催化裂化裝置的燒焦罐再生就是屬于循環(huán)流化床的一種再生方式圖4單段提升管反應器提升管反應器主要有提升管、沉降器、汽提段、旋分器、待生斜管等部分組成 圖5兩段提升管催化裂化技術在常規(guī)提升管反應系統(tǒng)中，預熱的原料油經(jīng)噴嘴進入反應器，與來自再生器的高溫催化劑接觸、氣化并進行反應；油氣和催化劑沿提升管上行，邊流動邊反應，反應過程中不斷有焦炭沉積在催化劑表面，使催化劑活性及選擇性急速下降，對改善產(chǎn)品分步非常不利。針對提升管反應器的這些弊端，一些研究機構和石油公司提出了兩段催化裂化的概念。20世紀70年代末，Engelhard公司開發(fā)了兩段催化裂化ART—FCC工藝，其第1段主要用來脫除原料中的殘?zhí)亢痛蟛糠纸饘?，起到原料預處理的作用，在第2段反應器中，再對改質后的原料進行常規(guī)裂化。最近，MaredlinEspeillac和PlebeCrespin取得了利用兩個反應區(qū)進行烴類裂化反應的專利J。另外，石油大學正在進一步地研究兩段提升管催化裂化技術，目前，已提出提升管兩段催化裂化工藝(TSRFCC)_3，其工藝原則流程。該工藝的核心是：針對現(xiàn)行催化裂化提升管反應器的弊端，將傳統(tǒng)提升管反應器分為兩段串聯(lián)，在段間將半再生催化劑更換為再生催化劑，實現(xiàn)催化劑雙路循環(huán)、分段反應，從而提高提升管內催化劑的平均活性和選擇性，強化和改善催化裂化反應過程。石油大學(華東)勝華煉油廠0．1Mt／a工業(yè)試驗結果表明，TSRFCC工藝可以極大的提高原油的轉換深度，同時加工能力可增加30％～50％；可以顯著改善產(chǎn)品分布，輕質油收率可提高3—4個百分點，干氣和焦炭產(chǎn)率降低2個百分點；汽油的烯烴含量降低，柴油的十六烷值增加。 圖6兩段提升管反應器的作用原理 催化劑接力原理 所謂催化劑接力是指當原料進行短反應時 間后、 由于積炭而使催化劑活性下降到一定程度 時，及時將其與油氣分開并返回再生器再生， 需 要繼續(xù)進行反應的中間物料在第二段提升管與 來自再生器的另一路催化劑接觸， 形成兩路催化劑循環(huán) 。兩段提升管重油催化裂化技術在提高 中間目的產(chǎn)物產(chǎn)率的同時可以提高 目的產(chǎn)品的 選擇性， 從而顯著改善產(chǎn)品分布。 分段反應原理 所謂分段反應就是讓不同的餾分在不同的場所和條件下進行反應， 排除相互干擾。第一段 提升管只進新鮮原料， 目的產(chǎn)物從段間抽出作為最終產(chǎn)品以保證收率和質量， 難以裂化的油漿和回煉油( 循環(huán)油) 單獨進入第二段提升管， 從而提高原料轉化深度、 改善產(chǎn)品分布。 短反應時間 兩段提升管重油催化裂化工藝技術采用分段反應， 總反應時間 一般為 2 S 左右。 大劑油比 兩段提升管技術采用兩段反應 ， 第一段反只達到較小的轉化程度，進入分餾塔將柴油分出，使進第二段提升管循環(huán)油的量明顯增加， 故使循環(huán)催化劑對新鮮進料的劑油比得到大幅度提高， 反應過程的催化作用得到顯著強化[12]。 圖7—再生兩器排布方式按反應器（或沉降器）和再生器布置的相對位置的不同可分為兩大類：①反應器和再生器分開布置的并列式；②反應器和再生器架疊在一起的同軸式。并列式又由于反應器（或沉降器）和再生器位置高低的不同而分為同高并列式和高低并列式兩類。同高并列式主要特點是:①催化劑由U型管密相輸送。②反應器和再生器間的催化劑循環(huán)主要靠改變U型管兩端的催化劑密度來調節(jié)；③由反應器輸送到再生器的催化劑，不通過再生器的分布板，直接由密相提升管送入分布板上的流化床可以減少分布板的磨蝕。 圖8高低并列式特點是反應時間短，減少了二次反應；催化劑循環(huán)采用滑閥控制,比較靈活。同軸式裝置形式特點是：①反應器和再生器之間的催化劑輸送采用塞閥控制。②采用垂直提升管和90176。耐磨蝕的彎頭。③原料用多個噴嘴噴入提升管。 圖9提升管末端采用快速分離技術可以縮短反應生成物在反應提升管內的停留時間，防止過度裂化．本世紀60年代中期出現(xiàn)了沸石催化劑，沸石催化劑的出現(xiàn)是催化裂化發(fā)展史上的里程碑，其優(yōu)良的性能使反應需要的時間從使用硅鋁催化劑的幾分鐘縮短2～3秒鐘，于是發(fā)展了提升管反應器和提升管末端快速分離技術。國外提升管末端快速分離技術的發(fā)展UOP的提升管末端快速分離技術Samp。W公司的提升管末端快分技術國內提升管末端快速分離技術現(xiàn)狀國惠最早設計的提升管FCCU采用傘帽提升管末端快速分離裝置，其特點是壓力降小，分離效率低。該提升管末端快速分離裝置后來很少采用中期設計的裝置多采用T形和倒L形快速分離裝置，前者多用于并列式，后者多用于同式裝置，兩種快速分離裝置均靠慣性進行分離，其效率為70％～80％。近期設計的裝置多采用三葉槽、彈射或粗旋風分離器快速分離裝置。彈射快速分離裝置用于并列式裝置，80年代曾在工業(yè)裝置上試用，由于開工階段發(fā)生催化劑跑損而未得到廣泛應用。[13]第一類第一類快速分離器特點是：快速分離器內壓力略高于沉降器內壓力，設置料封，使油氣按指定的方向流動。單獨設計開口讓汽提蒸汽進入旋風公離器系統(tǒng)。該快速分離器是一種密閉快速分離器。該快速分離器分三種形式可分別與國內的T形、倒I形和粗旋風分離器快速分離器配匹。 圖10第二類快分器特點：沉降器內壓力略高于快分器內壓力，汽提蒸