催化裂化的發展趨勢是提高適應性

催化裂化技術工業應用60年來，一直在努力改進催化劑和工藝設備，目的是把更多的重油和渣油原料轉化為輕質產品。加工一定量渣油的催化裂化裝置所用的催化劑差不多占世界催化裂化催化劑需求量的2/3。實際上，隨著渣油和經過加氫處理原料的增加，用作催化裂化原料的減壓瓦斯油將減少。原料來源的這種變化給新建和已有的催化裂化裝置都帶來一些嚴重挑戰。需要催化裂化裝置有很強的適應性，既多產汽油/超低硫柴油又聯產熱力。與加工減壓瓦斯油的傳統原料相比，加工較多重油或渣油的催化裂化裝置需要加工含瀝青質較多的重質原料。這種原料中含有較多的鎳和釩，會沉積在催化劑上并降低其性能。特別是釩，會惹出很多麻煩。在催化裂化催化劑再生時，釩會侵蝕和破壞催化劑的沸石結構，或經過水熱降解使孔堵塞。 保持性能：在原料油的釩含量高時，催化劑失活加快也與殘炭含量高有關。此外，鎳促進脫氫反應，導致生成氫氣和焦炭。原料油中可能含鈉和鉀，會降低催化劑的酸性，在苛刻的再生條件下會加速沸石的破壞。催化裂化裝置加工較重的原料油（如常壓渣油），與加工減壓瓦斯油相比，總的影響是裝置性能降低。因此需要對沸石基催化劑進行改性，對工藝和設備進行改造。對加工重原料油和加工減壓瓦斯油一樣重要的另一個問題是燃料油或油漿的生產。渣油原料中的金屬對催化裂化沸石催化劑的影響，一是堵孔（主要是釩）而損失表面積，二是與釩反應而破壞沸石結構，三是催化生焦和生成氫氣（主要是鎳）。原料油中的鈉會引起催化劑失活，其它金屬如鐵對沸石也有負面影響。最近對渣油催化裂化催化劑和助劑進行了許多改進。例如，加強控制鎳的影響就是一種普遍采用和認真研究的策略。許多催化劑供應商都有用助劑控制釩對催化劑影響的商業專利。不論催化裂化工藝有怎樣的進展，催化劑供應商都能根據煉油廠想要得到的目的產品和操作方案，提供不同催化劑或助劑。 提高靈活性：催化裂化裝置進料中有較大比例的重油，一個不利的影響是由于殘炭含量高而限制了減少燃料油或油漿的靈活性。雖然這已是存在多年的問題，但在目前減壓瓦斯油緊缺的情況下，對煉廠毛利的影響就更復雜了。一般說來，催化裂化原料油中>427℃以上的餾分用沸石催化劑是難以裂化的，因其分子直徑太大，難以通過沸石結晶的孔口。只有首先在催化劑基質組分的表面被裂化，得到的小分子才能通過沸石組分裂化。大多數工業催化劑都有足夠的基質活性，可使原料油中的高沸點組分裂化。可是，由于金屬毒害，這些活性很快就被破壞了。由于這個原因，催化裂化助劑供應商如Intercat 公司開發的渣油裂化助劑Intercat BCA-105，它可以選擇性裂化主催化劑不能裂化的原料油中最重的組分，生產高價值的輕產品，因此能使煉油廠在需要時利用助劑而不是改變主催化劑去應對原油類型、產品需求和價格的快速變化。Grace Davison開發的IMPACT系列催化劑，在加工渣油時有最大的焦炭選擇性。據報告，IMPACT系列催化劑可以改進焦炭對塔底油的比例，在焦炭產率一定時，塔底油可減少達2％。 產品產率和質量：為了生產清潔汽油、高價值的餾分油（如超低硫柴油）和煉廠級化學品（如丙烯），正在設計不影響裝置熱平衡的催化裂化催化劑。催化裂化裝置的熱平衡對轉化率、產品產率和質量都有影響。詳細討論催化裂化裝置的能量平衡和熱平衡不在本文的范圍之內，只要說清楚燃燒足夠的焦炭滿足能量需要保持裝置的熱平衡就夠了。因此，從任何一組操作條件下的熱平衡可以計算出焦炭產率、劑油比和再生溫度。據此，煉油廠在催化劑專家的幫助下可以估計出廢催化劑的量和達到目標運轉周期需要再生的催化劑量。這就意味著催化劑供應商必須定制催化劑（例如改進催化劑的焦炭選擇性），以確保在較高苛刻度的操作條件下和較長的運轉周期能得到合格的產品質量。 提高汽油辛烷值、液化氣、烯烴、轉化率并使油漿減至最少，是煉油廠的目標。催化劑供應商如Albemarle、Engelhard和Grace Davison 都提供能改變汽油和液化氣選擇性（如降低汽油產率和提高丙烯產率）的辛烷值助劑。催化原料油加氫處理對汽油滿足規格含硫量（<10ppm）要求起著重要作用。實際上，煉油廠在催化裂化的實際操作中已經選用能降低含硫量的催化劑。Grace Davison公司生產的SuRCA催化劑，可以用于任何催化劑系統。可以降低含硫量，且對產品產率和操作均無影響。 為實現在短接觸時間（平均2.5秒）時提高產品產率的目標，開發了許多新催化劑。例如Engelhard公司的NaphtaMax催化劑，用于減壓瓦斯油短接觸時間的催化裂化。把它用于非短接觸時間操作也有效果。據報告，用NaphthaMax可以大幅度提高轉化率和液體產品產率，不增加焦炭和干氣產率。25套以上工業裝置的運行已經證實這個結果。NaphthaMax-LSG是NaphthaMax技術的延伸，目的是降低催化汽油的含硫量。幾套工業裝置使用的結果表明，催化汽油的含硫量可以降低40％以上，汽油產率和辛烷值、焦炭和干氣產率都沒有變化。 煉油廠的目標：催化裂化催化劑還有許多其它進展，其中包括降低與SOX和NOX排放的催化劑/助劑。毫無疑問，催化裂化催化劑的進展是許多因素推動的結果。可是最重要的是催化裂化的產品質量和環保法的要求。因此，催化裂化裝置將繼續是煉油廠生產運輸燃料和石化原料的主要裝置，催化劑在實現這個目標的過程中將繼續發揮重要作用。