催化裂化裝置增產丙烯、丁烯-1和提高汽油辛烷值助劑的開發和應用

＊鄭從武 黃昆濤

（中國石油化工股份有限公司廣州分公司 廣東 510726）

隨著交通運輸方式的變化以及新能源在交通、生產作業領域的快速推廣應用，國內柴油市場需求已在2018年達到頂峰，目前呈縮減的趨勢，尤其催化柴油需要較高的加工成本才能使其成為成品柴油投放市場，即催化柴油的經濟性較差，降低催化柴油無論如何均能取得較好的經濟效益。相對的，汽油需求增長雖然有所放緩，仍有較大的上升空間，特別是對于高辛烷值汽油。另外，隨著高分子材料需求日益增加，丙烯和丁烯的需求也不斷增長[1-2]。因此，為適應市場變化，各煉油廠都積極落實油產化、油轉化、油轉特等工作，通過增產汽油、減產柴油、降低柴汽比、增產烯烴來保證效益。而催化裂化（FCC）裝置作為煉廠的主體裝置，更是肩負著調整優化產品結構的重任。

為降低柴汽比，提高烯烴產量，已研制出組分選擇性裂化技術（SCC）、深度催化裂解（DCC）、劣質重油高效催化裂解（RTC）等多種催化裂化技術[3-4]。但是，對于已有裝置來說，運用上述的技術需要對裝置進行較大規模的改造，可行性受限。而在不對已有裝置進行改造的前提下，使用類似于過去采用過的丙烯助劑等助催化劑以實現目前的新目標認為是一個優化產品結構的有效手段。

相關資料表明，國內目前已有LTB-1、HOA-03、LHP-A、FLOS-III、LOSA-1等多種丙烯助劑實現了工業應用，也表現出不同的性能特點和效果。通常在FCC主催化劑中添加增產丙烯助劑藏量為3%～6%，能使丙烯收率提高1%左右，汽油收率下降，液化氣收率增加。目前FCC工業催化劑中使用的增產丙烯助劑大部分是基于活性組分ZSM-5分子篩，并且為了使ZSM-5分子篩發揮最佳性能，常將分子篩與基質（高嶺土和黏結劑）混合，使分子篩分散在基質內，進而提升助劑的催化轉化性能[5]。但所有上述種類的助劑均基于傳統ZSM-5的擇形機理，導致較多的汽油損失，液化氣中的烯烴濃度增加有限，對辛烷值的貢獻較少，而柴油等重油未能下降。

隨著FCC工藝原料日趨重質化，使得工藝條件苛刻度不斷加深，這對催化劑的性能也提出了更高的要求。中國石油化工股份有限公司廣州分公司為適應市場需求，增產烯烴，提高汽油辛烷值，與莊信萬豐工藝技術有限公司（美國）合作開發出一種增產丙烯、丁烯-1和提高汽油辛烷值助劑ZMXB-HP，并在催化裂化裝置（采用增產丙烯、多產異構化烷烴的清潔汽油生產工藝，MIP-CGP，規模200萬噸/年，基本工藝流程如圖1所示）上進行了工業試驗，成功實現了增產丙烯丁烯、提高汽油辛烷值和壓減柴油且汽油基本不降低的目標。

圖1 中石化廣州分公司催化裂化裝置基本工藝流程

1.ZXM-B-HP助劑基本性質

ZMX-B-HP助劑質量指標和某批助劑測試結果如表1所示。為保證助劑不會在流化過程中磨損粉碎影響流化和生產，對助劑進行了抗磨性分析，結果如表2所示。與平衡劑相比，ZMX-B-HP助劑都顯示了更優秀的抗磨性，第一小時磨損量小于0.5%，第二小時磨損量小于0.4%，且在測試過程未發現任何非正常的細粉，為工業試驗奠定基礎。

表1 ZMX-B-HP助劑質量指標

表2 平衡劑和ZMX-B-HP助劑抗磨性分析

2.ZXM-B-HP助劑工業試驗情況

(1)試驗期間裝置工藝參數

工業試驗分兩階段在進行，試驗期間的進料情況和原料性質如表2和表3所示。試驗期間處理量與空白期相比略有下降，總蠟油的處理量有下降。對比原料性質，階段I和階段II原料密度、殘碳、鈉、鐵、鎳、釩、堿性氮和芳烴均有上升，飽和烴降低，總體來看，兩個試驗階段的原料性質都較空白期差，其中階段I原料的飽和烴有較多降低，性質更為劣質。另外，如表4所示，試驗期間，反應溫度、壓力等主要操作參數基本保持一致。由于ZXM-B-HP助劑的加入，在新鮮劑用量降低的前提下，平衡劑活性仍較空白期上升，表明ZXM-B-HP助劑具有較好的活性。

表3 試驗期間裝置進料情況

表4 試驗期間原料性質

(2)試驗結果

表6 試驗期間產品分布和汽油RON情況

試驗期間產品分布和汽油辛烷值如表5所示。與空白期相比，階段I液化氣收率增加了1.83%，其中丙烯的質量分數增加了0.8%，正反順丁烯的質量分數增加了0.09%，異丁烯的質量分數增加了0.39%，丙烯與丁烯的質量分數共提升了約1.33%，汽油收率降低了2.26%，柴油收率略有增加，干氣收率、油漿收率、焦炭收率基本不變，汽油研究法辛烷值RON提升了1.5。階段I汽油收率降低、柴油收率增加主要是因為原料相對較差，主催化劑裂化性能下降所致。該階段I時間較短，且實際上由于全廠平衡需要進行了較大的操作調整，加上原料等變化后該階段的相關數據并不能體現ZMX-BHP助劑的真實性能，這些數據主要用于考察公司在該階段的實際經濟效益。

表5 試驗期間主要操作參數

階段II的時間更長，是本試驗的主要考察階段，該期間液化氣收率增加了1.36%，其中丙烯的質量分數增加了0.79%，正反順丁烯的質量分數增加了0.31%，異丁烯的質量分數增加了0.3%，柴油收率下降了1.28%；汽油收率、干氣收率、油漿收率、焦炭收率基本不變，汽油研究法辛烷值RON提升了0.9。

兩階段的試驗表明，ZXM-B-HP助劑能有效改善產品分布，提高液化氣收率，尤其是較大幅度提高丙烯和丁烯收率在液化氣中的濃度，并能較多地提高汽油辛烷值。在原料性質相近的情況下，汽油收率變化不大，柴油收率有較大降低，起到壓減柴油的效果。另外，試驗期間，助劑對反再系統流化、裝置操作和其它產品性質沒有不良影響，表現出擴展應用的潛力。

3.ZXM-B-HP助劑性能解讀

ZXM-B-HP助劑能表現出如此良好的性能，主要是基于其創新的特殊孔道結構，即同時具備較大孔道及小孔道，大孔道可選擇性地裂解柴油等重組分成為汽油組分，小孔道進一步裂解汽油組分生成液化氣，由于較好的選擇性，可使得在液化氣中的丙烯、丁烯等烯烴濃度有較大幅度提高，在控制合適添加量時，表觀上基本不會降低汽油的收率。此外，該助劑也配備了較合適的硅鋁比，可通過異構化在一定時間后較大幅度提高汽油辛烷值。該助劑的制造難度較大，而莊信萬豐工藝技術有限公司（美國）作為全球催化裂化助劑領域最大最專業的制造商，完美地解決了該難題并在繼續提升中。

4.結語

隨著柴油市場萎縮，汽油和烯烴市場進一步擴大，煉油廠都在積極壓減柴油，增產汽油和丙烯，開展催化裝置優化調整工作。為此，各種催化助劑的應用越來越廣泛。得益于特殊的孔道結構，ZXM-B-HP助劑表現出優秀的性能，能在不影響操作和產品性質的前提下，改善催化裂化裝置產品分布，在原料相近時，能增加丙烯收率0.79%，丁烯收率0.61%，降低柴油收率1.28%，汽油收率基本未降低，并提高汽油辛烷值0.9，能有效助力煉油廠效益增長和油產化目標的實現。

該技術增效作用顯著，對操作無不良影響，可實現通過降低柴油等重油且基本不降低汽油來提高液化氣中的丙烯、丁烯濃度，并可較大幅度提高汽油辛烷值，適用面較廣，具有廣闊的應用前景。