重油催化裂解生产烯烃技术.doc

重油深度加工利用技术的新进展
——重油催化裂解制烯烃技术评介
（提要）
前言——石油与重油的深度加工利用问题
一、 重油加工利用技术进展
二、 重油催化裂解制烯烃技术综合评介
1、技术开发背景
2、技术特点
（1）CPP技术
（2）HCC技术
2、技术进展情况
（1）工业化进展
（2）工试结果
3、技术经济与社会效益分析
（1）技术经济分析
（2）社会效益分析
三、 应用前景与发展建议
1、 应用前景
（1） 对石化工业发展的意义
（2） 对中小炼油企业发展的意义
2、 发展建议

重油深度加工利用技术的新进展—
重油催化裂解制烯烃技术评介
前言——
石油及其深度加工利用问题，一直是炼油和石化工业发展的重大课题
n 石油逐渐得到人类社会的重视和利用——现代石油工业从1859年世界上真正具有工业生产意义的第一口工业石油井——美国埃德温·德雷克算起，还不足150年的历史。石油在开初仅用来提炼灯油，其余的轻、重组份（汽油和重油）都被排弃。十九世纪八十年代电灯的发明，使灯油市场也受到打击，但是当十九世纪末福特发明汽车后使汽油得到利用，随后，重油等其它石油炼制产品也逐渐得到了重视和利用。
n 石油成为世界经济的发动机——二十世纪的两次世界大战，使石油成为世界经济的发动机和世界工业发展的润滑剂与促进剂；以石油为龙头所牵动工业经济的是一条不断延长的产业链—石油工业带动了整个工业的发展。例如，廉价的石油剌激了以内燃机为动力的汽车、飞机等新兴工业产业的发展, 而这些产业的发展又带动了钢铁、冶金、橡胶、玻璃等工业的发展。
n 石油开创了人类社会的新文明——石油工业的发展促进了以石油为原料的化学工业的发展，产生了新型的石化工业、合成材料工业、化肥工业┉等等。这不仅使现代石化产品渗透到人类社会和生活的各个角落，也促进了农业生产的发展，大幅度提高了粮食产量，从而改善和丰富人类的生活。百年来的世界经济发展历史表明：世界经济因石油的发展而迅速发展，也因石油的短缺而放慢脚步。因此，经济学界有一种观点：二十世纪是石油世纪。石油开创了人类社会的新文明——石油文明，使世界上一些发达国家的生活发生了翻天覆地的变化，普遍出现了 "三高"(高工资、高福利、高消费)的局面，家庭劳动和社会服务业普遍实现了电气化，各种家用电器急剧增加，跨地域和跨国家的旅游文化越来越普及，小汽车已成为普通百姓的代步交通工具。人类在二十世纪所创造的史无前例的文明进步，无不与石油文明有关。
n 石油对世界经济的发展产生着巨大影响——据世界经济合作暨发展组织(WECD)的一个量化估价（较为权威）：大约世界原油价格每桶上涨10美元，将会推动通货膨胀上升0.5%, 经济增长放慢0.25% 。
n 石油的优良性质和低廉价格促进了它的深加工利用——石油所以对世界经济发展有如此巨大作用，主要在于石油具有“物美价廉”的优势——首先，石油的热值高是煤的两倍，而且石油的基本组份烃类具有极高的开发利用价值；其次，石油是液体，易于储运管理；而特别值得一提的是石油的价格相对较低，非常有利于发展深加工利用。1973年以前，世界油价一直很低，甚至比水还便宜。即使到现在，原油价格已涨到了40美元/桶左右，而相对于一桶矿泉水的价格约80美元，一桶可口可乐的价格约79美元，原油价格也仅为它们的½。因此，发展石油的深加工利用，始终是炼油工业的一大课题。重油的加工利用，也一直是炼油加工技术努力发展的一个重要方向。
n 重油的深加工受到人们的关注——随着石油化工的快速发展和石油资源的深化利用，石油化工基础原料烯烃的生产已成为石油深加工中最为重视开发的产品之一。而由于石化市场需求的增长和烯烃生产量的不断扩大，造成了烯烃生产原料的日渐短缺，使烯烃原料的多样化开发和用重油来生产烯烃，成为人们特别关注的问题。
一、重油加工利用技术的新进展
重油的深加工利用——充分利用石油的有效组份，提高石油的使用价值，是石油炼制加工业发展的主题，其中重油深加工利用技术，是石油加工技术发展的重点、也是一个主要难点。
重油加工利用的发展——随着石油工业和石油经济的发展，重油加工利用技术已经取得了很大的进展，由初期的简单加工，逐步向深度加工发展。重油加工技术的发展，主要沿着直接利用和改质利用两个思路发展。直接利用的思路，是采用尽可能简单的工艺技术，生产重质油品、重质燃料、沥青等产品。而改质利用的思路，是采用裂解等工艺技术，尽可能多地生产汽油、煤油等附加价值高的轻质油品，并尽可能少地生成气体低分子烃类和焦炭等副产品。
重油加工利用技术——重油加工技术从加工机理分，大体上可以概括为两类。一类为物理加工技术，如，蒸馏、萃取等多种重油分馏和溶剂脱沥青技术；另一类为化学加工技术有：釜式焦化、热裂化、减粘裂化、连续焦化、灵活焦化等多种热裂解技术，多种氧化沥青技术，多种加氢裂化技术，以及湿式转化（aquaconversion）、催化热裂解等正在发展中的引入特定功能性催化剂的裂解技术。实际上工业生产中的加工工艺，基本上都是组合加工工艺技术。
重油催化裂解技术——新开发的重油催化裂解技术，是以生产乙烯为主要目的产品的重油加工技术。它是最近十多年里，在催化裂化工艺技术基础上，为调整产品结构多产液化气、多产丙烯，而逐步发展起来的重油加工技术。这项技术是中国炼油技术界对世界重油加工技术的一大贡献。
中国专利技术HCC技术和CPP技术——以生产乙烯为主要目的产品的重油裂解技术，在世界不少国家都有研究（例如美国、日本等），它也是炼油化工技术发展中的一个重点课题，由于中国的研究开发工作起步较早（始于二十世纪八十年中代），因此，目前处于世界领先水平，已有两项不同的专利技术成果推向工业试验。即：中国石化洛阳石化工程公司开发的HCC技术和中国石化北京石油化工科学研究院开发的CPP技术。
二、重油催化裂解制烯烃技术综合评介
1、技术开发背景
发展石化工业需要发展乙烯——乙烯生产，在一定程度上已经成为衡量一个国家石油化工工业发展的重要标志，而传统的管式裂解炉制乙烯技术，原料需要使用轻烃（乙烷、石脑油、轻柴油），中国的轻烃资源不足，也成为制约中国乙烯—石化工业发展的重要因素之一。
发展重油深加工利用也是国情的需要——中国原油资源不足，而且多数原油较重，重油组份比例高，有较多的裂解重油原料资源。因此，从利用好重油和增加乙烯原料两个方面来看，催化裂解制烯烃技术的开发，都是客观形势的要求。CPP和HCC技术正是适应中国急需发展乙烯而原料又短缺的情况，从国内重油相对较多的实际出发，利用国内催化裂化技术较为成熟的基础条件来开发一项创新技术。
2、技术特点
（1）CPP技术（从DCC——到CPP技术）
发展历程——二十世纪八十年代中期以来，中国石化北京石油化工科学研究院开始从事重油制取低碳烯烃技术的研究，开发出了DCC、MGG和MIO等催化裂解系列技术，并成功地推向工业化。近年来，在DCC技术基础上，通过对催化剂、工艺参数以及装置技术结构的的综合改进，开发出了以制取乙烯为主的重油催化热裂解新技术——（CPP）（Catalytic Pyrolysis Process，简称CPP）
工艺过程——CPP是以重油为原料，选用专门研制的分子筛催化剂，采用提升管反应器，催化剂以流态化连续反应-再生循环方式，在比管式炉蒸汽裂解制乙烯更为缓和的操作条件下，来生产乙烯和丙烯的催化裂解制烯烃技术。
反应机理——催化裂解技术的实质，是一个以催化裂解和热裂解同时存在的化学反应过程。CPP催化剂具有正碳离子反应和自由基反应双重的催化活性，因此，新催化剂可以更多地生产乙烯和丙烯。
催化剂性能——CPP技术的核心在于CEP催化剂，CEP催化剂是一种酸性沸石催化剂，存在两种具有催化反应活性的酸性中心，一种为质子酸中心（即B酸中心）；另一种为非质子酸中心，（即L酸中心）。石油烃类在催化剂的B酸中心催化活性作用下，较容易发生正碳离子反应，产生丙烯和丁烯；而在催化剂的L酸中心催化活性作用下，除发生正碳离子反应外，还能进行自由基反应，因此，能较多地裂解产生乙烯。
一般的裂化催化剂反应活性中心以B酸为主，石油烃类在催化剂的B酸中心催化活性作用下，仅能发生正碳离子反应，因此生成的气体烯烃以丙烯和丁烯为主。由于CEP催化剂中增添了较多的L酸中心活性组分，能够有利于增加自由基反应，从而可以生产大量的乙烯。
因此，CPP使用的CEP催化剂活性组分，应具有较高的L酸与B酸比值，以及较低的氢转移活性和较高的水热稳定性。为此，采用专门研制的活性组分，并对基质、粘结剂以及CEP催化剂制备工艺等进行了改进。CEP催化剂已由中国石化齐鲁石化公司催化剂厂实现了工业生产，工业产品CEP催化剂的物理性质与常规催化裂化催化剂相近，磨损指数还优于常规裂化催化剂，表明CEP催化剂具有良好的抗磨性能。
CPP催化热裂解工艺的主要特点——
n 适应重质原料（包括AGO、VGO、渣油、焦化蜡油、脱沥青油，以及常压渣油等），有利于拓宽乙烯原料降低成本；
n 催化剂综合性能好—催化剂是一种专门研制的改性新型择形沸石，具有正碳离子反应和自由基反应双重催化活性和对乙烯、丙烯的选择性，以及水热稳定性；
n 裂解反应温度低、能耗低投资省——催化剂的引入可降低裂解反应的活化能，使裂解乙烯温度较管式炉蒸汽裂解大幅度降低（由800℃以上，降至600～650℃），从而降低了生产能耗；由于裂解反应温度低（650℃），再生温度也不很高（760℃），因此，反应再生系统可选用常规催化裂化装置使用的材料，无需选用昂贵的合金钢材料，节省了设备投资；
n 可利用催化裂化装置改造—CPP技术采用提升管反应器和催化剂流态化连续反应-再生循环操作工艺，总体上与催化裂化工艺完全相同，因此，工艺成熟、操作灵活，也可利用现有FCC装置来改造；，
n 操作灵活性大有利于调整生产—可根据需要通过调整工艺参数来灵活调整产品结构，例如可实现最大量生产乙烯、或最大量生产丙烯，以及乙烯和丙烯兼顾等多方案操作；
（2）HCC技术
开发历程——HCC技术（即，重油直接接触裂解制乙烯工艺——Heavy-Oil Contact Cracking），是中国石化洛阳石化工程公司从1989年开始研究试验，历经十余年的努力开发成功的一种以重油为原料，采用专用催化剂重油裂解制乙烯、丙烯等低碳烯烃及高芳烃液体产品的新工艺。该技术已获得国家发明专利（授权的两个专利名称为：“重质烃类直接转化制取烯烃的方法”和“多种进料烃类直接转化制取烯烃方法”；专利号分别为92105507和97119048），并向美国了申请专利(被获准授权的专利为：OPETIMIZED PROCESS FOR THE PREPARATION OF OLEFINS BY DIRECT CONVERSION OF MULTIPPE HYDROCABONS；专利授权号为： US 6420621 B2 )。
反应机理——HCC技术是在重油催化裂化工艺技术基础上，采用了一种专门研制的催化剂，烃类在催化剂上的裂解反应机理，以自由基热反应为主，催化反应（正碳离子反应）为辅。
技术特点——
l 适应重质原料（包括AGO、VGO、渣油、焦化蜡油、脱沥青油，以及常压渣油等），有利于拓宽乙烯原料降低成本；
l 催化剂特性—HCC专用催化剂的组成，以SiO2/Al2O3为基质，主要调控催化活性和选择性的主要影响组分，少量添加沸石分子筛作为调节组分，保证催化剂的基本物化性能，以及其对重油催化裂解活性和选择性，能以自由基热反应为主，催化反应为辅。
l 反应、再生温度高、剂油比高—HCC裂解反应温度670℃—700℃（最高730℃）；再生温度800℃—850℃；剂油比高（18）、水油比高（＞0.3）。
l 产品结构好—在重油深加工技术中HCC技术是碳氢利用比较好的工艺，其原料中所含的氢能较为理想地转移向气体、液化气和轻油，因此，HCC产品干气中乙烯含量高、液化气中丙烯含量高、液体产品中的芳烃含量高。例如，用常压渣油原料的试验，产品中有约50%的低碳烯烃（其中乙烯为24-28%）；约25-27%的富含芳烃的液体产品。
l HCC技术有利于实现单套乙烯装置规模大型化—由于HCC技术的工程化，可立足于成熟的重油催化裂化（RFCC）技术和管式炉蒸汽裂解乙烯技术来组合实现，因此，按300—350万吨/年规模的重油催化裂解装置计算，单套装置的乙烯生产能力可以达到65—80万吨/年。
3、技术进展情况
（1）工业化进展
①CPP技术
工试情况——在中试放大的基础上，石科院与中石化公司BDI设计中心和中石油股份公司大庆炼化公司合作，将一套12万吨/年的DCC工业装置改造为8万吨/年CPP工业装置。
装置改造中除了将DCC工艺改为CPP技术外，还集合了乙烷和丙烷管式炉蒸汽裂解制乙烯，以及两段低压中冷油吸收乙烯分离等技术。
装置CPP改造在工艺技术和工程设计上有不少创新和突破，例如，沉降器和分馏塔顶部增加了油气急冷设施；再生斜管增设脱气罐，并增加了粗汽油、富气加氢系统；PSA氢气回收提浓装置，以及还增加了碳二分离、丙烯制冷等设施，形成了一个比较完整的催化热裂解制乙烯成套技术，并于2000年10月～2001年1月间进行了工业试验。
工业化进展——第一套50万吨/年CPP工业生产装置，已完成了可行性研究，准备在沈阳建设。
②HCC技术
工试情况——在中试的基础上，2000年7月在齐齐哈尔化学工业公司的一套小型工业装置上，进行了以大庆常压渣油为原料的HCC工艺短时间的探索性工业试验。工试运转平稳、正常，操作灵活。试验的各项工艺参数基本达到了设计指标，试验表明HCC专用催化剂（LCM-5）的活性、选择性、稳定性和流态化综合性能均良好。标定结果表明，在反应时间偏高（2.8秒）的情况下，其乙烯和丙烯的单程裂解质量产率分别为22%和15.5%左右，混合丁烯质量产率为8%左右，乙烷产率为6-7%，如果考虑乙烷回炼的话乙烯产率可提高到26-27%，预计工艺条件优化后，产品结构还有调整和优化的可能。另外，分析数据表明，裂解汽油馏分BTX含量高（芳烃含量76%）是很好的化工原料。
在齐化试验后，洛阳石化工程公司与中石油抚顺石化公司合作，将一套60万吨/年的FCC工业装置改造为8万吨/年HCC工业试验装置，在2002年以来的两年多时间内进行过多次工业试验并根据试验情况作过相应工艺改进，新近的一次工业试验连续运行时间已经超过100天。
HCC技术在齐化和抚顺的试验结果表明：HCC技术工试装置裂解烯烃产率与中型试验数据基本吻合；催化剂LCM-5的工业产品具有良好的裂解活性，其乙烯单程产率可达22-23.5%，丙烯产率可达15-16%，轻质烯烃的总收率可达46-48%。这说明LCM-5催化剂是一种重油裂解制取轻质烯烃的优良催化剂。此外，其裂解产品的（乙烯/甲烷）比和（丙烯/甲烷）比均较高，这也证明LCM-5催化剂的催化裂解烯烃选择性是优良的。
（2）工试结果
①CPP技术
CPP 工业试验原料油性质
试验方案
丙烯方案
中间方案
乙烯方案
密度(20℃)/g.cm-3
0.9002
0.9015
0.9012
残炭/m%
4.7
4.9
4.7
氢含量/ m%
12.82
12.86
12.84
硫含量/ m%
0.16
0.16
0.16
氮含量/ m%
0.29
0.26
0.25
镍含量/ ppm
5.8
6.2
6.3
族组成/ m%

饱和烃
56.3
54.8
55.5
芳烃
27.2
28.4
28.0
胶质
15.7
16.0
15.7
沥青质
0.8
0.8
0.8

CEP催化剂性质
项 目
CEP工业样品
化学组成/%
Al2O3
Na2O
Fe2O3
孔体积/ml.g-1
比表面/m2.g-1
堆密度/g.ml-1
磨损指数/%.h-1
灼烧减量/%
粒度分布/%
0-40µm
0-149µm
平均粒度/µm

46.3
0.04
0.27
0.24
152
0.86
0.91
12.0

17.7
91.8
71.1
裂解活性指数*）
70

CPP工业试验主要操作条件
试验方案
丙烯方案
中间方案
乙烯方案
进料量/t.h-1
9.73
8.00
5.90
反应温度/℃
576
610
640
反应压力/MPa(g)
0.08
0.08
0.08
再生温度/℃
720
725
760
空速/h-1
2.5
4.0
零料位
剂油比
14.5
16.9
21.1
水油比
0.30
0.37
0.51

CPP工业试验产品分布和烯烃产率
试验方案
丙烯方案
中间方案
乙烯方案
物料平衡/m%

干气
17.64
26.29
37.13
液化气
43.72
36.55
28.46
裂解汽油
17.84
17.61
14.82
裂解轻油
11.75
8.98
7.93
焦炭
8.41
9.67
10.66
损失
0.64
0.90
1.00
气体烯烃产率/m%

乙烯
9.77
13.71
20.37
丙烯
24.60
21.45
18.23
丁烯
13.19
11.34
7.52

CPP工业试验裂解汽油性质
标定方案
丙烯方案
中间方案
乙烯方案
密度(20℃)/g.cm-3
0.8158
0.8261
0.8315
二烯值/gI.(100g)-1
3.0
8.0
10.6
溴价/gBr.(100g)-1
24.8
34.5
44.1
辛烷值

RON
97.8
101.6
102.5
MON
82.1
87.6
87.8
族组成（色谱法）/m%

正构烷烃
6.30
3.76
1.24
异构烷烃
3.77
2.96
2.63
环烷烃
1.73
1.51
0.76
烯烃
9.28
12.79
16.25
芳烃
78.92
78.98
79.12

CPP工业试验裂解轻油性质
标定方案
丙烯方案
中间方案
乙烯方案
密度 (20℃)/g.cm -3
0.9555
0.9852
1.0005
凝点/℃
-13
2
3
溴价/gBr.(100g)-1
14.1
19.8
24.3
族组成（质谱法）/m%

链烷烃
11.7
9.3
6.6
环烷烃
6.7
5.6
4.6
总芳烃
79.1
83.0
85.0
胶质
2.5
2.1
3.8

工业试验结论：
1）CPP工艺成功地在大庆炼化公司8万吨/年催化热裂解装置上进行了工业试验，工业试验结果与中小型试验结果相符，表明CPP技术成熟、工艺可靠。
2）CPP工业装置操作弹性大，产品结构可灵活变化，使用45%大庆蜡油掺55%减压渣油为原料，分别进行了丙烯方案、中间方案和乙烯方案的工业试验，乙烯、丙烯、丁烯的综合产率仔46.5—47.5%之间。
3）CEP催化剂工业产品经过两个多月的工业装置运转，证明它具有良好的裂化活性、烯烃选择性、抗金属污染性能以及优良的水热稳定性和流化输送性能。
4）由于催化热裂解的反应温度低于650 oC，再生温度低于760 oC，在反应器和再生器设计时，采用常规催化裂化装置的材料即可满足要求，因此，利用现有催化裂化装置进行适当改造来实施CPP工艺，是一条以重质原料在催化裂化基础上发展石油化工的新途经。
②HCC技术
HCC工试原料—常压渣油的组成分析
项目
单位
实测值
密度(20℃)
g/cm3
0.9144
粘度 80℃
mm2/s
73.73
100
mm2/s
37.34
凝固点
℃
47
残炭
%
7.82
平均分子量

527
关联指数(BMCI)

40.0
馏

程
IBP
℃
246
10%
℃
381
50%
℃
510
90%
℃
676
95%
℃
685
族
组成
CP

63.89
CN
%
20.58
CA
%
15.53
元素分析
C
%
86.30
H
%
12.67
S
ppm
6100
N
ppm
2973
金属
含量
Fe
ppm
24
Ni
ppm
13.5
V
ppm
1.0
Na
ppm
3.3

HCC催化剂LCM-5性质
项 目
LCM-5
物理性质：

堆积g/cm3
0.86
孔面积 cm3/g
0.11
比表面积m2/g
38.1
磨损指数%
2.00
化学性质：

Al2O3
37.2
Fe2O3
0.50
SO4=
0.98
活性组分
9.42
筛
分
组
成
%
0~20μm
2.0
20~40μm
18.8
40~80μm
55.1
>80μm
24.1

HCC技术工业试验参考数据
项目
标定数据
原料油
大庆常压渣油
反应温度，℃
670-680
反应压力，KPa
100-125
水油比，w/w
0.6-0.66
裂解气（≤C4），w%
61.0-62.0
氢气
0.40左右
甲烷
9.0-9.5
乙烯
22.0-24.0
乙烷
5.0-5.5
乙炔
0.03左右
丙烯
15.0-16.0
丙烷0.6-0.8丙炔及丙二烯0.01左右丁烯4.0-5.01，3-丁二烯3.0左右
丁烷0.10左右液体产品，w%其中：裂解汽油12.0-17.0 中间馏份油3.2左右 裂解重油12.0左右焦炭产率，w%5.0-5.5损失0.5左右合计100.0
HCC技术裂解液体产品组成结构参考数据
项 目占镏分%占液收%对原料%汽油镏分(IBP~200℃)10045.0012.80苯26.311.843.37甲苯29.8513.433.82间、对二甲苯10.654.791.36邻二甲苯5.482.470.70乙苯4.321.940.55苯乙烯4.001.800.51C9芳烃10.114.551.30C10以上芳烃7.243.260.93非芳烃及杂环化合物2.050.920.26轻油镏分(200~280℃)10024.006.83单环芳烃4.211.010.29萘21.655.201.48α一甲苦萘13.16
3.16
二甲苦萘+三甲苦萘
29.68
7.12
2.02
芴、菲、蒽系等
15.29
3.67
1.04
非芳烃及环化合物
6.68
1.60
0.46
重油镏分(>280℃)
100
31.00
8.81
合 计

100
28.44

HCC技术工业化注意主要问题——
HCC工艺是在重油催化裂化基础上开发的以重质原料生产低碳烯烃的工艺技术，它既有与重油催化裂化工艺相似之处，又有与重油催化裂化不同之处。由于高温、大剂油比、大水油比、产品分布以气体为主，同时反应油气中带有一定量的NOX、SOX杂质及催化剂细粉颗粒等特点，不能完全采用常规的重油催化裂化工程技术。要使HCC工艺技术工程化。必须解决以下问题。即：
——防止高温反应油气结焦问题；
——反应再生温度高带来的设计选材问题；
——大剂油比的实现问题；
——大水油比所带来的工程化问题和酸性水处理问题；
——流体产品的分离和利用问题；
——终止反应的急冷技术和能量利用问题；
——减少催化剂再生循环带入油气的杂质问题；
——再生器的补热问题。
HCC技术工业化的对策——
★防止高温反应油气结焦的技术措施——
l 反应及沉降器系统的结焦可能性较小，主要问题是如何避免转油线及分馏塔系统结焦。
l 由于HCC工艺反应条件比RFCC苛刻得多，剂油比为15—20，油剂混合温度一般为700—730℃，在这工况下，温度已经远远高于进料及生成油气的露点温度，在提升管内催化剂循环流动量极大的情况下，如果采用专门设计的高雾化效率喷嘴（要求雾化后油滴颗粒直径约50微米），能防止液滴凝聚在提升管的管壁上，因而避免提升管结焦。
l HCC工艺的裂解油气离开沉降器时温度在600—620℃左右，该温度已经接近生成油的干点，通过在提升管出口、旋风分离器的合适部位，以及急冷塔等处逐级采取急冷措施，以控制实际温度低于油气的缩合反应结焦温度；再加上大水油比可使油气分压下降的因素，可以防止高温油气在反应沉降器的结焦。
l 从沉降器出来的高温油气，采用急冷塔降温方案，用较低温度的重质油作急冷介质，加大急冷油循环量，一方面可将急冷塔顶出口温度控制在约300—350℃的范围内，利用急冷油来充分回收620℃—320℃的高温位能量；另一方面在急冷塔中也可将裂解反应生成的重油冷却，并把高温油气所携带的催化剂粉末洗涤下来。控制降低急冷塔的温度来避免转油线及后部系统的结焦。在采取以上措施的前提下，严格控制分馏塔温度、塔底液面和气液相线速，并设计选择适当的搅拌蒸汽量，来防止分馏塔的结焦。
★HCC设备选材特点考虑——
l HCC工艺裂解反应与再生部分的操作温度远比重油催化裂化高，总体上要高出100—220℃左右。例如，反应部分操作温度可达670—700℃，最高可达730℃；再生部分操作温度达800—850℃（设计最高限为900℃）。因此，设备内构件都要选用耐高温合金钢，设计时尽量减少再生器内构件，并采用外褂式旋风分离器等措施，以减少高温合金钢的用量。
l 设备隔热耐磨衬里设计，在现有的重油催化裂化隔热耐磨衬里为基础上，进一步调整改进衬里材料配方。再生器衬里采用厚度为150—200 mm的单层隔热耐磨衬里；反应器衬里则采用厚度为100—150 mm的单层隔热耐磨衬里。高温单、双动滑阀均选应用耐高温材料，高温零件则选用高温合金钢。高温阀体的阀板还要作特殊耐磨处理。
★大剂油比问题——
l 实现大剂油比，需要确保有足够的推动力，因此在压力平衡设计、催化剂输送管和设备结构等设计中，必须有特殊的考虑。2000年7月份的工业流态化试验表明：剂油比可以非常灵活地调节到25左右。
★大水油比问题——
l 水油比的增加有利于乙烯产率的提高，所以HCC工艺的水油比高于重油催化裂化工艺。工业设计中要充分考虑了水气的负荷和酸性水的处理以及中水的回用问题。
★再生循环催化剂带入油气杂质问题——
l 由于HCC工艺的剂油比远大于常规的催化裂化工艺，随再生剂带入反应油气中的杂质（主要是NOX、SOX及催化剂细粉颗粒）量相应增加，这些杂质对于常规以生产油气燃料为主要目的的催化裂化装置来说并没有太大的问题，但对于以生产乙烯、丙烯为主要目的产品的石化工艺过程来说，NOX和SOX 的带入将严重地影响后续的分离和精制过程，会加长后续加工流程和增加加工成本。采用常规的水蒸气汽提的方法，难以满足HCC工艺要求。设计采用在再生器密相段中器内汽提以及必要时器外汽提相结合的汽提方法，能大大提高气体杂质的脱除率。这种新型的汽提方法可以充分脱除由再生器进入反应器的再生催化剂所夹带的杂质气体。汽提所用的填料和设备，也是专为HCC技术配套的。试验标定，采用该方法气体中杂质的脱除率可以大于90 %，从而可使再生剂带入反应器的杂质气体量由1.5-2.5m3/t.cat降低到0.2 m3/t.cat，反应油气中的杂质气体含量可由3-5w%降低到0.3-0.5w%。
★再生器的补热问题——
l HCC工艺的反应与再生温度高出重油催化裂化的反应与再生温度150℃左右，仅靠催化裂化反应本身生成的催化焦、原料中的残碳焦和可汽提焦无法满足工艺热平衡的需要，必须向再生器外补热量。
l 将雾化后的燃料油在再生器烧焦罐底部或待生剂输送管路上用特殊的混合器与待生催化剂均匀混合，再进入再生器与主风接触进行烧焦，使燃料油与待生剂接触均匀，不会发生局部过热而破坏催化剂的结构特性。补燃应根据装置的具体情况设计，可以选择在再生器底部补燃，也可在待生剂输送管路上补燃，亦或两处同时补燃。
l 将部分裂解生成重油直接或作为急冷油与反应油气接触后由喷嘴喷入待生剂汽提段的催化剂密相床层，这实际上也是将转化重油在汽提段密相床层回炼；此时，其中一部分重油由于有足够的停留时间而缩合为焦炭，少部分会裂解反应为低分子油气，部分气化油气由旋风分离器引出，部分在待生催化剂缩合成焦，则有利于补充再生器热量和补充反应所需的热量。

4、技术经济分析
（1）CPP工艺技术经济分析
根据CPP工艺的工业试验标定数据，以年产30万吨乙烯为基础，对催化热裂解装置和蒸汽裂解装置进行综合生产成本对比和技术经济分析，其中催化热裂解的副产中甲烷／氢只考虑作燃料气、未考虑氢气利用，碳四馏分只考虑作液化气、未考虑回炼。从下列表中的对比数据可知，催化热裂解装置的综合生产成本比蒸汽裂解装置低1257元／吨，其中乙烯和丙烯的生产成本分别比蒸汽裂解装置低834元／吨和423元／吨。

CPP催化热裂解与蒸汽裂解的技术比较
工艺技术
催化热裂解
蒸汽裂解
化学反应
催化反应兼热反应
热反应
反应器
提升管
管式炉
反应机理
正碳离子兼自由基
自由基
烧焦模式
连续烧焦
间断烧焦
原料
重油
石脑油为主
催化剂
有
无
裂解反应温度/℃
600～650
800
产品中丙烯/乙烯
0.9～1.6
0.5～0.6

CPP和蒸汽裂解装置生产成本对比(30万吨乙烯/年)
项目
单位
催化热裂解
蒸汽裂解
总建设投资
亿元
15.5
15.8
原料油价格
元／吨
1600
2200
单位生产成本构成

原料成本
元／吨
6258
6716
公用成本
元／吨
782
519
副产
元／吨
-3048
-2022
工资与附加费
元／吨
8
8
折旧费
元／吨
333
351
修理费
元／吨
207
210
其它费用
元／吨
103
105
财务费用
元／吨
328
338
管理费用
元／吨
202
205
综合工厂成本
元／吨
5173
6430
乙烯生产成本
元／吨
2948
3782
丙烯生产成本
元／吨
2225
2648
另外，由于富含烯烃的碳四／碳五馏分可以在催化热裂解装置回炼进一步增产乙烯和丙烯，而乙烷／丙烷馏分也可以通过蒸汽裂解（乙烷／丙烷）炉进一步裂解生成乙烯和丙烯，所以如果采用蒸汽裂解和催化热裂解装置联合，催化热裂解和蒸汽裂解装置可以共用产品分离回收系统，并通过碳四／碳五馏分在催化热裂解装置回炼以及乙烷／丙烷馏分进入乙烷／丙烷裂解炉达到最大量生产乙烯和丙烯的目的，从而实现乙烯原料最优化和效益最大化的目标。
下表列出了以年产100万吨乙烯为基础，采用催化热裂解和蒸汽裂解联合装置与单独蒸汽裂解装置进行的技术经济对比。从表中数据可知，催化热裂解和蒸汽裂解联合装置的总投资仅增加1亿美元，但净产品收入却每年可以增加1.3亿美元，增加的投资回收期小于1年。因此，催化热裂解和蒸汽裂解装置的联合具有明显的经济优势。
催化热裂解与蒸汽裂解联合的技术经济分析
项目
单位
催化热裂解与蒸汽裂解联合
蒸汽裂解
差值
总建设投资
＄MM
750
650
100
催化热裂解（500KTA）
＄MM
150
0

蒸汽裂解＋产品回收(1000KTA)
＄MM
600
650

操作成本
＄MM/A
30
20
10
净产品收入
＄MM/A
450
320
130

（2）HCC工艺技术经济分析
按30万吨/年乙烯生产能力估算的HCC工艺与管式炉工艺的建设投资
序 号
工程或费用名称
投资合计（万元）

HCC工艺
管式裂解炉

建设投资
164934
161009
一
固定资产投资
127838
124802
（一）
工程费用
126533
123549
（二）
固定资产其他费
1305
1253
二
预备费
37096
36207
两个工艺的主产品产量及产值比较

HCC方案
管式裂解炉方案
序号
项目
单价
元/吨
产量
万吨
产值
万元
单价
元/吨
产量
万吨
产值
万元
1
乙烯
5160
30.3
156348
5160
30.0
154800
2
丙烯
4820
15.96
77024
4820
13.67
65889

合计

233372

220689
两个工艺的副产品回收比较

HCC方案
裂解炉方案
序号
项目
单价
元/吨
产量
万吨
产值
万元
单价
元/吨
产量
万吨
产值
万元
1
氢气
5120
0.608
3113
5400
0.713
3879
2
甲烷
1280
9.26
11853
1280
自用
0
3
裂解汽油
1720
13.48
23186
1720
19.74
33953
4
液化气
2175
2.95
6416
2175
0.64
1392
5
燃料油
1160
1.74
2018
1160
4.10
4756
6
混合碳四
1930
9.57
18470
1930
9.23
17814

合计

65056

61794
HCC方案乙烯和丙烯单位制造成本估算表

HCC工艺
管式裂解炉工艺
序号
项目名称
费用（万元）

1
原料
138965
186850
1.7

1.8

1.9

1.10

1.11

1.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17

1.18

1.19

1.20

2
辅助材料
348
215
3
副产品回收
65056
61794
2.5