超级石化主要内容：乙烯、丙烯等化工原料需求旺盛和成品油消费增速放缓促使炼化一体化成为石化行业发展的新方向，重油催化裂解生产低碳烯烃工艺在其中占据重要地位。从重油催化裂解反应机理着手，概述了原料、催化剂、反应器型式和工艺条件等因素对重油催化裂解产物分布的影响，并就重油催化裂解技术面临问题的解决提出展望。

关键词：催化裂解 低碳烯烃 炼化一体化 工艺条件

乙烯和丙烯是合成塑料、纤维、橡胶等材料的基本有机化工品，被誉为现代化学工业的基石。从２００９年到２０１８年，我国乙烯需求量从１０．９６３Ｍｔ增加到２０．９８６Ｍｔ；丙烯需求量从１３．７０Ｍｔ增加到３４．２４Ｍｔ，预计未来５年，我国乙烯、丙烯年均消费增长率将分别达到４％和７．５％。相对于乙烯和丙烯需求量的增长，全球炼油工业面临炼油产能过剩、成品燃料油需求放缓和环保要求更严等问题。国际能源署预计，从２０１８年到２０２６年，全球汽油需求量复合年增长率将低于１％，丙烯年增长率约为４％。

未来１５年全球对石化产品的需求增长率将是燃料的３～６倍。炼油型加工方案向炼化一体化加工方案转型是提高能源利用率、解决低碳烯烃等化工品短缺的重要途径。重油催化裂解生产低碳烯烃工艺在炼化一体化过程中占据重要地位。本研究着眼于影响重油催化裂解过程中低碳烯烃产率的主要因素，综述目前国内外对重油催化裂解影响因素的研究进展，以期为工业实践提供参考。

１重油催化裂解反应机理

２原料性质的影响

催化裂解原料性质决定最大的烯烃潜含量。重油生产低碳烯烃首先要评价重油的结构组成，并要求原料油结构组成与目标产品类型在分子结构上高度匹配，遵循“宜烯则烯，宜芳则芳”的原则。重油催化裂解原料组成非常复杂，但是从烃族组成分析主要包括链烷烃、环烷烃和芳烃三大类。研究表明，催化裂解反应中，链烷烃很容易断裂生成低碳烯烃，是重质原料制取低碳烯烃的最优结构类型；环烷烃通过烷基侧链断裂裂解和部分环烷环开环裂化生产低碳烯烃，裂解性能相较链烷烃变差；芳香烃主要通过断裂烷基侧链生产低碳烯烃，而芳环本身不能裂解。

３催化剂的影响

催化裂解催化剂一般需要满足以下几点：良好的水热稳定性；较高的活性；良好的重油转化能力和低碳烯烃选择性；合理的孔径分布；较好的机械强度。

４反应器型式的影响

现有的重油催化裂解制低碳烯烃工艺的反应器型式主要包括提升管反应器、下行式反应器和提升管＋密相床层反应器。根据传统认识，汽油馏分中的烯烃是生成低碳烯烃的前躯体，而汽油中的烯烃在裂化的同时还会发生氢转移和芳构化等反应，影响低碳烯烃的产率（见图２）。因此，反应器型式的设计通常在促进重油裂解的同时也要考虑抑制氢转移等反应。

提升管反应器具有工业应用早、工业化成熟度高、重油转化程度高等优点。在提升管反应器中，反应油气与催化剂在流化蒸汽的带动下克服重力作用向上运动，催化剂的提升速度明显低于反应油气，固体催化剂颗粒存在返混现象，促进重油转化的同时可能导致其他二次反应。

５工艺条件的影响

催化裂解最大化生产低碳烯烃工艺来源于对传统催化裂化的改进，工艺条件根据加工原料性质、反应器型式、催化剂种类和市场需求灵活调变，以求获得最佳经济效益。

６其他影响因素

回炼石脑油馏分和Ｃ４烯烃是增产低碳烯烃的主要方式。工业上回炼轻烃的另一优点是轻烃裂化可明显地降低再生催化剂温度，减小再生催化剂与原料油的温差，抑制热反应。

7 结束语

最大化生产低碳烯烃的催化裂解加工方案中，各影响因素之间相互制约，单纯调节某一变量必然引起其他参数的改变。原料性质是决定低碳烯烃产率的最主要因素，原料中饱和烃（特别是链烷烃）的含量决定低碳烯烃收率。

目前催化裂解原料主要是石蜡基、中间基重油和加氢生成油。提升管反应器重油转化率高，但返混现象可导致不希望的二次反应加剧；下行式反应器可进行高温短停留时间操作，但其工业应用经验不足，新的反应器型式开发需要吸取以上两种反应器的优点。在确定的原料性质、催化剂种类和反应器型式下，灵活调变工艺条件是炼油厂根据市场经济实时调控产品分布的主要手段。其中催化剂配方可根据市场行情的变化进行针对性调整，与此同时，对反应温度、油气停留时间、回炼模式等操作参数进行相应的优化，进而根据市场行情灵活调变产品分布。

目前催化裂解多产低碳烯烃工艺主要存在如下技术问题：①原油重质化成为不可逆转的发展趋势，导致催化裂解的原料品质逐渐降低，通过重油加氢技术，可拓宽催化裂解原料，但加氢生成油生产低碳烯烃的过程需要进一步研究，进而充分有效地利用加氢生成油生产低碳烯烃；②催化裂解在高苛刻度反应条件下生产丙烯等低碳烯烃，在此反应条件下如何有效地降低甲烷和焦炭的产率，多区反应器型式可能会较好地解决这一问题。

针对以上问题，除分别从原料的选择、催化剂配方、反应器型式和工艺条件优化等方面着手之外，还应结合加氢技术生产适宜的催化裂解原料。