石油煉制催化裂化提升管技術

董 群 趙玲伶 劉 沙 李 楠 白樹梁 劉乙興

（東北石油大學化學化工學院，黑龍江 大慶 163318）

提升管反應器在石油煉制工業中起著舉足輕重的作用。然而隨著催化裂化原料重、劣質化越來越嚴重，以及市場對產品要求的提高，傳統的提升管反應器越來越不能滿足生產的需求，這就促進了各種新提升管技術的發展。自80年代以來，國內外圍繞提升管反應器就相繼開展了許多方面的技術開發研究，主要有UOP 公司的多段進料的提升管技術、石油化工科學研究院的MIP 技術、洛陽石油化工工程公司煉制研究所的雙提升管技術、石油大學的輔助提升管技術和兩段提升管技術、以及下行式提升管技術等。這些新技術的應用，能有效提高反應的轉化率和選擇性，減少非理想產品產率，在一定程度上改善了催化裂化的產品分布，生產出清潔的燃料油品。

1 提升管技術

1.1 多段進料的提升管技術

多段進料提升管技術，是指在提升管的不同高度位置設置2 組以上的進料噴嘴，針對不同原料性質和產品分布要求，通過調節不同反應段的苛刻度（反應溫度、油氣分壓、劑油比和反應時間等），并將回煉油在不同反應段進人，可有效控制多產輕烯烴、汽油和柴油，或多產輕烯烴并增產柴油等。

美國UOP 公司利用多段進料的反應器實現了催化裂化多產輕烯烴的目的[1]；石油化工科學研究院采用多段進料提升管技術，成功開發了催化裂化多產液化氣和柴油的MGD 工藝技術，該工藝將催化裂化的反應機理和渣油催化裂化的反應特點、組分選擇性裂化機理、汽油裂化的反應機理，以及反應深度控制原理的多項技術進行有機結合，把分段進料和汽油回煉緊密結合為一個體系，從提升管底部到頂部依次分為4 個反應區：汽油反應區、重質油反應區、輕質油反應區和總反應深度控制區。通過以上4個反應區的設計，MGD 技術可以在常規的催化裂化裝置上多產液化氣和柴油，同時還能保留恢復常規的催化裂化操作的靈活性[2]。我國目前已有多套工業FCC 裝置成功地改造為MGD 工藝[3-6]。

1.2 MIP 技術

石油化工科學研究院于1999年開發的MIP 技術工藝，創新性地提出將1 根提升管分為2 個反應區，第1 個反應區采用高溫、高劑油比、短接觸時間，其苛刻度要高于催化裂化反應，在短時間內使重質原料油裂化成烯烴，并減少低辛烷值的正構烷烴、環烷烴組分。第2 反應區是具有一定高度的擴徑提升管，待生催化劑從反應沉降器循環一部分回到第2反應區，與通入的冷卻介質（如粗汽油）混合以降低反應溫度，延長反應時間，抑制二次裂化反應，增加異構化和選擇性氫轉移反應，部分烯烴裂解為丙烯，從而有利于異構烷烴和芳烴的生成，彌補因烯烴減少而導致辛烷值損失，最終使汽油中烯烴含量降低，RON 基本不變，MON 略有提高[7]。

MIP 技術早已成為一項具有領先性的成熟催化裂化提升管技術，在此基礎上，又開發了降低干氣和焦炭產率、多產高辛烷值汽油、多產丙烯等MIP 新技術。目前，MIP 工藝已在高橋、安慶、鎮海、九江、黑龍江等10 余家石化企業進行工業應用。工業應用結果表明，該工藝可使汽油烯烴下降10%～18%，辛烷值基本不變或略有增加，汽油的硫含量相對下降了15%～20%，誘導期顯著增加，汽油質量明顯好于常規的提升管反應器[8-10]。

1.3 雙提升管技術

由于FCC 反應過程受單程轉化率的限制，回煉油（或油漿）的性質、組成與新鮮原料差別較大，因此可增設一根提升管與原反應器并聯來單獨加工回煉油，這樣就形成了選擇性裂化的雙提升管反應器的雛形[11]。

Mobil 公司從1973年先后開發了不同的雙提升管工藝，都是在常規的FCC 工藝上增加了1 套用于汽油改質的提升管，不同工藝采用合適的催化劑和操作條件，可以改善了汽油質量，同時丙烯收率也明顯增加[12-14]。

美國S&W 公司提出了將2 個提升管反應器并聯，對不同性質原料油進行優化加工以提高目的產品收率的專利技術，和Mobil 與Kellogg 公司聯合開發的1種非常靈活的FCC 工藝——MAXOFIN，都采用了雙提升管技術[15-16]。

洛陽石油化工工程公司煉制研究所開發的FDFCC 工藝，也是采用2 根提升管反應器，2 根提升管可共用1 個沉降器，也可分別設置沉降器[17-18]。重油提升管在常規條件下加工重質原料油，汽油提升管在較苛刻條件下進行粗汽油改質，利用汽油反應待生催化劑使重油提升管再生劑降溫，可明顯降低重油反應的干氣產率。根據需要，還可以按其他生產方案運行。該工藝在濱州化工廠和中國石化清江石油化工有限公司工業試驗基礎上，于2003年5 月采用FDFCC 工藝對中國石化長嶺分公司l 套催化裂化裝置進行了改造。工業運轉結果表明，催化裂化汽油烯烴可降至體積分數16%以下，硫含量降低24%～27%，RON 提高1.6～2.9 個單位，柴汽比提高0.2～0.7，丙烯產率提高3.5 個百分點[18-20]。

1.4 輔助提升管技術

針對汽油改質的要求，石油大學（北京）利用輔助提升管技術成功開發了催化汽油輔助反應器改質降烯烴技術（ARFCC 技術），即在原有催化裂化工藝的基礎上，增設了獨立的粗汽油回煉的輔助提升管反應系統和改質汽油輔助的分餾系統，且該反應系統分提升管和床層2 部分[21]。原重油催化裂化裝置操作基本不變，將一部分催化裂化粗汽油從主分餾系統中引入輔助提升管中進行改質降烯烴，在反應器中烯烴主要進行氫轉移、芳構化、異構化等反應，并抑制二次裂化反應，使烯烴的含量顯著降低到汽油新標準的要求，且辛烷值維持不變[22]；還可根據催化裂化汽油改質的要求，選擇不同的二反操作條件與流程配置，改質的反應溫度可在350～650℃內調節[7]。

隨著環保的要求，目前汽油質量標準的發展趨勢對要求烯烴含量進一步地降低，辛烷值進一步提高，促使我國煉油廠對輔助提升管技術的應用越來越廣泛，汽油改質的效果較明顯，烯烴的含量都明顯降低，可降到體積分數25%以下，符合汽油烯烴質量分數不大于35%的標準。

1.5 2 段提升管催化裂化技術

針對傳統催化裂化提升管的弊端，石油大學（華東）利用反應工程理論成功開發了1種新型的提升管技術，即2 段提升管催化裂化技術（TSRFCC）[23-24]。該技術將1 個長的提升管改為2 個短的提升管，分別與再生器構成2 路循環。第1 段提升管進新鮮原料，與再生催化劑接觸反應一段時間后在適宜位置將反應產物導出，并進入油氣和待生催化劑分離系統，以保證最大的柴油產率；未轉化的原料（回煉油）進入第2 段提升管，與再生劑進一步接觸反應。該技術的基本特點是催化劑接力、大劑油比、短反應時間和分段反應，核心是催化劑接力和分段反應[7]。

第1 套多功能2 段提升管在中國石油大學（華東）勝華煉廠催化裂化裝置上改造成功以后，目前，該工藝也已在錦西石化、遼河石化、前郭石化等企業推廣應用。工業應用表明，該項工藝可使裝置處理能力提高20%～30%，輕質油收率提高2%～3%，干氣和焦炭產率明顯降低，可顯著改善產品分布；產品質量明顯提高，汽油烯烴體積分數降到35%，誘導期增加，但辛烷值略有下降，硫含量顯著降低，催化柴油密度下降，十六烷值提高[7,25-28]。

2 技術比較

國內各種提升管技術工藝都有各自的優點和缺點，如表1 所示。

從表1 可以看出，MGD 技術和MIP 技術都是將1 根提升管分為不同的反應區，但前者的反應苛刻度區更多一些，且偏重于多產柴油和汽油，而后者則以多產汽油為主；后面3種工藝都采用了2 個提升管反應器，FDFCC 主要特點是采用了催化劑冷卻技術，使汽油改質提升管出口催化劑進入重油提升管底部，進行預冷，以達到提高催化劑初始接觸溫度及提高C/O，增強催化裂化反應的深度和選擇性，因增設了輔助沉降器和輔助分餾塔，可以有效降低汽油烯烴、硫含量，同時提高液化氣收率，相對提高丙烯收率。TMP是在TSRFCC 基礎上，保留了原來短反應時間（提升管相對較短）、大C/O、催化劑接力、分段反應的特點后，配有專用催化劑以提高丙烯收率（稍區別與提高液化氣收率、相對提高丙烯收率）。與TSRFCC 相比，ARFCC 多了輔助沉降器和輔助分餾塔，回煉汽油后的產物單獨分離，與主反應管產物不混合，在控制一定粗汽油回煉比的情況下有效降低汽油烯烴含量，比TSRFCC 在降低烯烴含量方面有大的改進。

表1 國內各種提升管技術工藝的比較Fig 1 Comparison of various riser technology domestic

3 提升管技術的突破

上世紀80年代中期，Mobil 公司和Texaco 公司先后成功地開發了下行床催化裂化反應器的專利技術[29-31]。到上世紀90年代，UOP 公司也利用此概念開發了毫秒催化裂化（MSCC）技術，在MSCC 過程中，再生劑從再生立管自上而下流到反應區，進料噴嘴和催化劑流動按垂直方向設置，原料垂直噴向催化劑，2者在反應區短時接觸后快速分離[32-34]。這種毫秒反應和快速分離，減少了非理想的二次反應，提高了目的產物的選擇性，使汽油、烯烴產率增加，焦炭產率減少，能更好地加工重質原料，且投資費用較低。

國內清華大學從1985年起對氣固接觸反應器的工程基礎進行研究，在1994年提出了針對渣油催化裂化的專利工藝，該工藝流程包括下行床反應器和2 段再生技術，該反應器具有總壓降小、氣固接觸時間短及分離效率高、返混小等優點[35]。隨后，2002年又提出了氣固并流折疊式快速流化床反應裝置的專利技術，該技術采用環形截面提升管改善了管內流體力學行為，并且結合了提升管內催化劑含量高、接觸效率高及下行床氣-固停留時間分布均勻等優點，通過改變操作溫度、原油進料噴嘴的位置來適應不同裂解深度及不同裂解原料的反應過程[36]。

4 結語

MGD、MIP、FDFCC、ARFCC 和TSRFCC 等提升管技術工藝已在工業生產中廣泛應用，這些新工藝在我國低烯烴汽油的生產中發揮了不可替代的作用。由于我國原油普遍偏重，煉油工業主要以重油催化裂化為主，雖然上述提升管技術工藝在清潔化生產方面取得了一定的進展，但與先進的國際水平還有很大的差距，因此開發重油清潔化生產新工藝將是科研和生產單位要攻克的主要課題。隨著不同先進控制技術在FCC 工藝中的應用和對該反應過程、催化劑流態化等規律認識的深入，FCC 提升管技術也必然會向著高轉化率、選擇性好、結構復雜、產品生產方案更具靈活性、多樣性等方向發展，以滿足產品結構的優化、提高產品質量和實現清潔化生產等不同的生產需求。

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