過程工程所制備重油裂解氣化耦合工藝雙功能催化劑

　　隨著常規石油資源的減少以及原油的重質化與劣質化，重質原油、稠油、超稠油與油砂瀝青等非常規石油資源的利用得到了人們的廣泛關注。與傳統原油相比，重質原油加工過程中會產生更多的煉廠殘渣油，如常壓渣油、減壓渣油與油漿等。當前傳統的脫碳或加氫工藝路線由于催化劑快速失活或者轉化液收較低，并不能很好地滿足上述劣質重油或殘渣油高效利用的要求。

　　中科院過程工程研究所許光文研究員領導的研究團隊提出了裂解-氣化耦合工藝來完成重油的梯級轉化與高效利用，特別是針對煉廠中組分重、殘炭高、同時富含硫氮雜原子與重金屬的減壓渣油實現高液體收率與聯產氫氣。重油首先在流化床反應器內與活性適中的催化劑進行裂解反應，最大化地獲得液體油品。裂解過程中重質焦炭附著在催化劑上，輸送到氣化器中進行再生，同時產生高品質合成氣。合成氣進一步重整制氫，用于裂解油品加氫處理，彌補煉廠加工重油過程中的氫氣缺乏。再生后的高溫催化劑循環回裂解反應器，提供重油裂解所需要的熱量。本工藝成功的關鍵在于開發合適的催化劑，需要具有適中的裂解活性來獲得高液收，同時催化氣化促進積碳催化劑的再生。研究團隊成功開發了同時具有重油裂解與焦炭氣化活性的雙功能(Bi-functional catalyst, BFC)催化劑，并在實驗室小試反應裝置上與傳統FCC催化劑進行了對比與性能評價。減壓渣油裂解-氣化實驗表明，兩種催化劑通過優化后均能夠達到液體收率80%與重油轉化率90%，同時在三次循環試驗中活性基本維持穩定。積碳催化劑通過水蒸汽氣化再生得到合成氣中H2+CO大于80%。但是BFC催化劑再生時間僅為FCC催化劑的60%左右，證明了BFC催化劑具備重油裂解與焦炭氣化的雙功能特性。雙功能催化劑的成功制備極大地促進了重油裂解-氣化耦合工藝的開發，有望實現劣質重油的高效轉化利用。

　　以上研究得到了國家重點基礎研究發展計劃(973, No. 2012CB224801)的資助。相關研究成果發表在國際期刊FUEL(Y. Zhang et al. Bifunctional catalyst for petroleum residue cracking gasification. Fuel, 2014, 117B (30): 1196–1203.) 。

圖1. 重油裂解-氣化工藝流程

圖2. FCC與BFC催化劑上焦炭氣化碳轉化率