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代表性成果1:提高轻质油品收率的两段提升管催化裂化新技术

    世界范围内石油资源日趋重质化使重质油高效轻质化不仅成为世界性的重大课题,也是我国国民经济可持续发展的重大需求。催化裂化作为我国最主要的重质油轻质化工艺,目前加工能力达到1.3亿吨/年以上,如果轻质油收率提高1个百分点,每年将增产130万吨轻质油品,相当于一个中小型油田。因此,催化裂化技术进步对满足国家重大需求意义重大。

    催化裂化工艺是典型的多相流态化反应过程,重油原料在流态多变的提升管反应器内发生相互耦合的多相流动、传热、传质及平行-顺序快速反应,并伴随催化剂迅速失活。由于轻质油品为平行-顺序反应网络的中间产物,而目前反应器内的反应环境与反应特征不匹配,导致轻质油品收率损失,干气和焦炭产率高,且产品质量恶化。

    本项目通过对催化裂化过程本质的深入认知,并结合化学反应工程理论,发明了两段提升管催化裂化新技术(简称TSRFCC技术)。

图1 催化裂化产物产率沿提升管高度分布图

    1.基于跨学科交叉的计算流体力学理论分析和工业提升管在线采样分析研究,首次建立了“有效抑制干气和焦炭生成的强化催化裂化”理论,该理论认为目前重油催化裂化反应深度不优化,存在轻质油品的严重过裂化;新鲜原料和循环油之间存在严重的竞争吸附和对理想反应的严重阻滞;催化剂活性快速降低导致提升管内整体催化活性严重不足,干气等非理想热裂化产物急剧增多。通过分段反应及段间引出轻质油品、每段引入再生催化剂及大剂油比操作、短反应时间运行等方法,可有效克服恶性竞争吸附对理想反应的阻滞,并强化催化作用,从而抑制干气和焦炭生成,大幅度提高轻质油品收率并改善产品质量。

    2.基于上述创新理论,发明了TSRFCC新技术,该技术用“两段提升管反应器”取代单一提升管反应器,通过与再生器优化耦合,构成具有两路催化剂循环的新型反应再生系统,成功实现了新鲜原料和循环油在条件各自优化的每段提升管中进行反应、每段提升管引入再生剂进行催化剂接力,并可灵活提高剂油比的创新工艺方法,具有极大的操作灵活性。

图2 两段提升管催化裂化技术示意图

    3.基于重油催化裂化集总反应动力学模型研究和TSRFCC化学反应工程理论分析,定量揭示了提升管反应器沿程反应温度和产物分布的变化规律,确定了TSRFCC技术的优化工艺条件,建立了TSRFCC技术工艺包。已有12套工业装置应用该技术,累计加工能力达900万吨/年。应用结果表明,该技术操作灵活,运行平稳,与现有技术相比,①轻质油品收率提高1.5-2.0个百分点。②干气产率降低1.5-2.0个百分点,③柴油密度减小,十六烷值提高3-8个单位。

    该技术授权发明专利8项,获省部级科技奖励一等奖2项,建立了8套操作规范和20项操作标准,近三年新增经济效益30亿多元,经济和社会效益显著,极大地促进了炼油技术的进步,为国民经济发展做出了突出贡献。获得2010年度国家科技进步二等奖(第一完成单位)。

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