FDFCC-Ⅲ工藝的先進性及工業應用

趙贊立，孟凡東，段少魏，孫世源，楊鑫

（1.江蘇新海石化有限公司，江蘇連云港222100；2.中國石化煉化工程集團洛陽技術研發中心，河南洛陽471003）

FDFCC-Ⅲ工藝是生產清潔汽油燃料和實現煉化一體化的先進技術，江蘇新海石化有限公司1.2 Mt/a重油催化裂化裝置在新建時即采用該技術。重油催化裂化裝置建成開工后，運行分為2個階段。第1階段，2010年8月至2014年9月，裝置只開重油提升管，汽油提升管不運行；第2階段，2014年10月至今，重油提升管和汽油提升管均投入運行。通過2個階段工況對比，發現FDFCC-Ⅲ工藝原料適應性強，產品結構調整靈活，不僅可以大幅度降低汽油硫含量和烯烴含量，提高汽油辛烷值，同時在不增加裝置干氣和焦炭產率的情況下大幅度增加丙烯產率，該項工藝的應用為新海石化的持續發展提供了可靠且有效的技術支撐［1］。

1 FDFCC-Ⅲ工藝簡介及關鍵技術特點

FDFCC-Ⅲ工藝采用雙提升管反應器，1根提升管為重油裂化反應器，另1根提升管為汽油改質反應器，加工重油提升管產生的粗汽油，2個反應器共用同一再生器［2］。同時，汽油待生催化劑引入重油提升管催化劑預提升混合器，實現“低溫接觸、大劑油比”操作［3-6］，其工藝流程見圖1。

圖1 FDFCC-Ⅲ工藝流程示意

從圖1可以看出，FDFCC-Ⅲ工藝關鍵的技術特點是：（1）采用雙提升管反應器技術，為重油裂化和汽油改質提供了獨立的反應空間和優化的反應條件；（2）采用催化劑混合降溫技術，通過催化劑的串聯，形成了雙反應器的耦合，實現“低溫接觸、大劑油比”的高效催化創新理念，提高了反應效率和再生效率。

2 FDFCC-Ⅲ工藝的先進性

2.1 雙提升管反應器技術提供了單獨可優化空間

FDFCC-Ⅲ工藝屬于雙提升管催化裂化工藝。近年來，世界各大石油公司都在開發雙提升管催化裂化工藝，EXXON MOBIL公司開發了高低并列式雙提升管催化裂化工藝［7］，其工藝流程見圖2。

圖2 EXXON MOBIL高低并列式雙提升管催化裂化工藝

該工藝采用的主要技術措施是：（1）在常規FCC裝置上增加汽油提升管；（2）汽油提升管在更苛刻的反應條件下操作；（3）系統在低壓下操作，以利于多產輕烯烴。

AXENS公司推崇同高并列式催化裂化工藝，由于受知識產權的限制及自身的技術優勢，AXENS公司開發了同高并列式雙提升管催化裂化工藝—PetroRiser［8］，其工藝流程見圖3。

圖3 AXENSE同高并列式雙提升管催化裂化工藝

其技術特點是在1套重油催化裂化裝置上增加第2提升管，第1提升管生產的汽油進入獨立的第2提升管進行裂化，使每個提升管都能在優化的條件下操作，從而實現既能多產丙烯，又能減少焦炭產率的目的。常規重油催化裂化的丙烯產率為5%左右，而PetroRiser的丙烯產率可以達到12%。

KBR公司在專有噴嘴技術、封閉式旋風分離器技術和同軸式催化裂化技術的基礎上，開發了同軸式雙提升管催化裂化工藝—Maxofin［9］，該技術采用新一代ZSM-5助劑，以獲取最大丙烯收率。Maxofin雙提升管催化裂化工藝的丙烯產率可以達到18.4%，工藝流程見圖4。

圖4 KBR同軸式雙提升管催化裂化工藝

UOP公司雙提升管催化裂化技術PetroFCC在世界范圍內得到廣泛應用，其技術特點除了采用專用催化劑、系統低壓操作、第1提升管和第2提升管2個反應器產物分別進入獨立分離系統外，顯著特點就是整合了UOP公司的Rxcat［10］技術。所謂Rxcat技術，就是將重油提升管的待生劑返回到重油提升管底部的催化劑混合區與再生劑進行混合，以實現低溫接觸、大劑油比的操作。PetroFCC的丙烯產率可達到22%，其工藝流程見圖5。

圖5 UOP雙提升管催化裂化工藝PetroFCC典型反再系統

SHELL公司在FDFCC-Ⅲ技術工業化2年后，推出了與FDFCC-Ⅲ工藝極其類似的雙提升管催化裂化工藝—MILOS［11，12］，目標是為了多產柴油和丙烯，該工藝顯著特點是汽油提升管待生劑不是直接進入再生器，而是類似FDFCC-Ⅲ工藝進入重油提升管反應器繼續發揮作用，工藝流程見圖6。

圖6 SHELL雙提升管催化裂化工藝MILOS典型反再系統

雙提升管反應器的2種原料根據不同目標可以在其最優化的條件下操作，從而靈活的實現產品質量的提升和產品結構的調整。

2.2 催化劑混合降溫技術

催化裂化裝置通過催化劑混合降溫技術，實施低溫接觸、大劑油比技術理念，可有效促進催化裂化反應，抑制熱裂化反應，從而提高理想產品的選擇性，降低干氣和焦炭產率；可以強化氫轉移反應，降低汽油中的烯烴含量和硫含量，提高汽油的品質；大劑油比操作，還增加了催化裂化裝置的重油裂化能力，可以加工高殘炭、高密度的原料。

Petrobras公司提出通過催化劑混合降溫，實施低溫接觸、大劑油比技術理念，即Isocat技術［13］，將經過外取熱器冷卻的再生催化劑一部分引入提升管底部，與來自再生斜管的再生催化劑混合，控制混合后再生劑溫度在650℃左右。混合后再生劑溫度低于常規再生劑的溫度，因此在原料預熱溫度高時也能實現高轉化率；同時，低的原料油與催化劑接觸溫度，減少了熱裂化反應的趨勢，利于降低干氣產率；在原料預熱溫度不變的情況下，劑油比可達到10左右，從而提高重油裂化能力，可以加工殘炭值為8%～10%的進料，其工藝流程見圖7。

圖7 Petrobras Isocat工藝流程

UOP公司開發的催化劑混合降溫技術稱為RxCat，該技術利用循環管將重油提升管沉降器中的待生催化劑返回重油提升管底部，與來自再生器的再生催化劑混合參與重油催化裂化反應，其目的是提高重油提升管的劑油比，提高轉化率，同時降低油劑初始接觸溫度，提高目標產品的選擇性，降低干氣和焦炭產率。

FDFCC-Ⅲ雙提升管和MILOS工藝技術都實現了低溫接觸、大劑油比的技術理念，但FDFCC-Ⅲ工藝在采用催化劑混合降溫技術時吸收了上述技術的優點，因此FDFCC-Ⅲ更具有先進性。

3 FDFCC-Ⅲ工藝在新海石化的應用

新海石化催化裂化加工的原料油性質較差，其密度為946.1 kg/m3、殘炭值為3.37%，硫含量為1.8%。因此，采用重油裂化能力強的FDFCC-Ⅲ工藝是合適的選擇。

新海石化FDFCC-Ⅲ工藝應用前后的產品分布數據見表1。

表1 產品分布/%

從表1可以看出，與單提升管操作相比，FDFCC-Ⅲ工藝的產品分布得到明顯改善，干氣產率下降，液化氣產率增加，丙烯選擇性提高，液化氣中丙烯含量增加，丙烯產率由4.21%增加至9.04%，總液體收率提高。

FDFCC-Ⅲ工藝由于采用了雙提升管反應器，為不同原料的裂化提供了獨立的反應空間，不同原料都可以在單獨優化的反應條件下進行裂化，得到更為理想的產品分布；同時，采用“低溫接觸、大劑油比”技術理念和操作模式，可以有效地促進催化裂化反應，抑制熱裂化反應，從而提高理想產品的選擇性，使得液化氣產率、丙烯產率大幅度提高，干氣產率降低。

新海石化FDFCC-Ⅲ工藝應用前后的精制汽油性質數據見表2。

表2 精制汽油性質

由表2可知，與單提升管操作相比，FDFCC-Ⅲ工藝的汽油性質得到了明顯改善。烯烴含量由44.1%降至24.4%；硫含量由0.22%降至0.14%，脫硫率達到40%以上；研究法辛烷值由92.5增加至95.4，增加了2.9個單位，馬達法辛烷值由82.1增加至83.3，增加了1.3個單位；誘導期由490 min增加至884 min。

汽油性質顯著改善有2個原因。（1）易裂化的烯烴在汽油提升管得到裂化；（2）重油提升管反應器劑油比的提高促進了氫轉移反應，從而促進了烯烴和硫化物的轉化及異構烷烴與芳烴的生成。

4 結束語

（1）FDFCC-Ⅲ工藝采用雙提升管反應器技術，為不同原料的裂化提供了單獨可優化的空間；同時，通過催化劑混合降溫技術，實現了低溫接觸、大劑油比先進的技術理念。該工藝順應了催化裂化技術的發展趨勢，技術理念先進，是1項先進可靠的催化裂化技術。

（2）工業應用結果表明，該工藝顯著提升了液化氣和丙烯產率，改善了汽油性質，為煉油企業實現產品質量升級和產品結構調整提供了可靠且有效的技術支撐。