过程工程所制备重油裂解-气化耦合工艺双功能催化剂
随着常规石油资源的减少以及原油的重质化与劣质化，重质原油、稠油、超稠油与油砂沥青等非常规石油资源的利用得到了人们的广泛关注。与传统原油相比，重质原油加工过程中会产生更多的炼厂残渣油，如常压渣油、减压渣油与油浆等。当前传统的脱碳或加氢工艺路线由于催化剂快速失活或者转化液收较低，并不能很好地满足上述劣质重油或残渣油高效利用的要求。
中科院过程工程研究所许光文研究员领导的研究团队提出了裂解-气化耦合工艺来完成重油的梯级转化与高效利用，特别是针对炼厂中组分重、残炭高、同时富含硫氮杂原子与重金属的减压渣油实现高液体收率与联产氢气。重油首先在流化床反应器内与活性适中的催化剂进行裂解反应，最大化地获得液体油品。裂解过程中重质焦炭附着在催化剂上，输送到气化器中进行再生，同时产生高品质合成气。合成气进一步重整制氢，用于裂解油品加氢处理，弥补炼厂加工重油过程中的氢气缺乏。再生后的高温催化剂循环回裂解反应器，提供重油裂解所需要的热量。本工艺成功的关键在于开发合适的催化剂，需要具有适中的裂解活性来获得高液收，同时催化气化促进积碳催化剂的再生。研究团队成功开发了同时具有重油裂解与焦炭气化活性的双功能(Bi-functional catalyst, BFC)催化剂，并在实验室小试反应装置上与传统FCC催化剂进行了对比与性能评价。减压渣油裂解-气化实验表明，两种催化剂通过优化后均能够达到液体收率80%与重油转化率90%，同时在三次循环试验中活性基本维持稳定。积碳催化剂通过水蒸汽气化再生得到合成气中H2+CO大于80%。但是BFC催化剂再生时间仅为FCC催化剂的60%左右，证明了BFC催化剂具备重油裂解与焦炭气化的双功能特性。双功能催化剂的成功制备极大地促进了重油裂解-气化耦合工艺的开发，有望实现劣质重油的高效转化利用。
以上研究得到了国家重点基础研究发展计划(973, No. 2012CB224801)的资助。相关研究成果发表在国际期刊FUEL(Y. Zhang et al. Bifunctional catalyst for petroleum residue cracking gasification. Fuel, 2014, 117B (30): 1196–1203.) 。
图1. 重油裂解-气化工艺流程
图2. FCC与BFC催化剂上焦炭气化碳转化率
