加工全俄羅斯油專用催化劑LPC-75實驗室開發及工業應用

柳召永，王世存，劉志川，楊 旭，汪 毅，孫繼達

(1.中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060；2.中國石油蘭州石化公司催化劑廠，甘肅 蘭州 730060； 3.中國石油遼陽石化公司油化廠，遼寧 遼陽 111003)

近年來，隨著中俄原油貿易合作加深以及俄羅斯原油產量上升等因素，俄羅斯原油產量和出口量逐年增加，中國對俄羅斯原油進口量也在快速增加。特別是2010年中俄原油管道投產以來，始終維持在較高進口水平且增加幅度較大。隨著中俄原油管道二線工程的建設及投產，2018年中俄原油管道能力達到30 Mt[1]。截至2014年12月，全球原油年加工能力為4450 Mt，煉油廠650個，催化裂化年加工能力760 Mt，其中俄羅斯原油年加工能力為280 Mt，催化裂化年加工能力12 Mt[2]。俄羅斯本土煉油廠催化裂化裝置基本為蠟油催化，對國內借鑒意義不大。

對于東北地區的煉油廠，大慶油產量不斷減少，劣質化嚴重，俄羅斯油逐漸代替大慶油的趨勢已經非常明顯，各煉油廠加工俄羅斯比例參差不齊，其中以遼陽石化最典型，其加工原油為100%俄羅斯原油(見表1)。

表1 東北各煉油廠加工俄羅斯原油比例Table 1 Proportion of Russian crude oil processed in refineries in Northeast China

催化裂化裝置依然是煉油廠加工重油的核心裝置之一，開發滿足俄羅斯油加工要求的催化裂化催化劑，形成俄羅斯油重油優化加工技術，為今后中國石油重油原料結構調整提供技術支撐具有重要的意義。本文針對我國加工俄羅斯油特點，開發專用催化劑LPC-75，并在蘭州石化催化劑廠進行工業生產，同時在年產2.2 Mt重油催化裂化裝置上進行工業應用，以期為我國各煉廠加工俄羅斯油提供經驗。

1 原料油分析及評價

我國東北各煉油廠以前主要以加工大慶油為主，目前各煉油廠均復配不同比例俄羅斯油。俄羅斯和大慶常壓渣油/減壓渣油性質見表2。從表2可知，俄羅斯油的密度、殘炭、重金屬含量均劣質于大慶油。同時其飽和烴含量低、芳香烴含量高，也不利于催化轉化。

表2 俄羅斯油和大慶油性質對比Table 2 Properties comparison of Russian oil and Daqing oil

為進一步考察俄羅斯油裂化性能，采用不同活性1#、2#、3#新鮮催化劑，在800 ℃下100%水蒸汽水熱減活，在ACE裝置上[3]進行了評價對比，結果見表3和表4。

表3 1#、2#和3#新鮮催化劑理化性質分析Table 3 Physicochemical properties of 1#， 2# and 3# fresh catalyst

表4 不同新鮮催化劑與開工平衡劑反應性能對比Table 4 Comparison of reaction performance between different fresh catalyst and starting equilibrium catalyst

①溫度800℃，時間4 h

1#、2#、3#新鮮催化劑均采用半合成方法制備，以高嶺土、擬薄水鋁石、稀土超穩Y型分子篩等為原料，經打漿、噴霧干燥、焙燒、水洗等步驟后，得到實驗室中試樣品。從評價結果可知，1#新鮮催化劑對重油轉化最佳，汽油收率最高。

2 工業應用

為了進一步提高俄羅斯油重油大分子對催化劑的可接近性，采用中大孔基質材料增加催化劑孔體積，同時為了控制焦炭產率和選擇性，采用低晶胞分子篩[4]降低催化劑的氫轉移活性。將1#新鮮催化劑在中國石油蘭州石化公司催化劑廠進行了工業放大，得到LPC-75工業催化劑，其理化性質見表5。

表5 催化劑LPC-75理化性質Table 5 Physical and chemical properties of catalyst LPC-75

①溫度800 ℃，時間4 h

從表5可知，LPC-75工業催化劑孔體積相對較大，有利于重油大分子的預裂化。

將LPC-75與常規對比樣進行反應性能評價，結果見表6。從表6可以看出，液化氣、汽油、柴油等收率增加，在降低重油轉化的同時，焦炭產率也降低，解決了重油轉化和焦炭選擇性的矛盾。

表6 LPC-75催化劑工業樣品評價結果Table 6 Evaluation results of commercial samples of LPC-75 catalyst

某石化年產2.2 Mt重油催化裂化裝置設計加工原料為渣油加氫裝置的加氫重油、加氫裂化裝置的加氫尾油和渣油加氫柴油。自開工以來，一直使用催化劑LPC-75。原料油性質如表7所示，工業標定結果見表8。針對全俄羅斯油的原料特點，采用低晶胞、高分散性Y型分子篩、中大孔基質材料、高效擇形分子篩等技術，汽油收率由開工時38%提高到43%，油漿收率降低，汽油研究法辛烷值大幅度提高，整體滿足了裝置要求。

表7 原料油性質Table 7 Properties of a petrochemical feedstock

續表

表8 工業標定結果Table 8 Commercial calibration results

原料油對LPC-75催化劑性能的影響見圖1～圖3。從圖1～3可知，針對原料油變化，在污染指數增加的情況下，催化劑比表面積和微反活性適當有所降低，但可以完全滿足裝置運行。

圖1 LPC-75催化劑污染指數變化趨勢Figure 1 Change trend of pollution index of catalyst LPC-75

圖2 LPC-75催化劑比表面積變化趨勢Figure 2 Variation trend of specific surface area of catalyst LPC-75

圖3 LPC-75催化劑微反活性變化趨勢Figure 3 Change trend of micro reaction activity of catalyst LPC-75

3 結 論

(1)我國俄羅斯原油進口量逐年增加，截至2018年，每年從俄羅斯進口原油量已經突破3 000 t，中國石油東北各煉油廠加工俄羅斯原油勢在必行，參差不齊，其中以遼陽石化加工100%俄羅斯油最為典型，催化裂化裝置依然是煉油廠核心裝置之一，因此開發適用于俄羅斯油催化劑也是目前面臨的難點。

(2)與大慶油相比，俄羅斯油密度、殘炭、重金屬含量均劣質于大慶油。同時其飽和烴含量低、芳香烴含量高，也不利于催化轉化。

(3)針對俄羅斯油特點，中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心開發的LPC-75專用催化劑，與常規催化劑相比，反應性能優異。在年產2.2 Mt重油催化裂化裝置上的工業應用結果表明，與空白標定相比，汽油收率提高了5.43個百分點，滿足裝置需求，為我國各煉油廠加工俄羅斯油提供了經驗。