全球主要煉油催化劑發展現狀及趨勢

　　從全球煉油催化劑的發展現狀及需求趨勢入手,分析了用于催化裂化(FCC)、清潔汽柴油加氫、FCC原料預處理等催化劑最新研究方向,指出提高催化劑的選擇性和活性,改善原料的適應性,延長裝置的運行周期等是煉油催化劑技術發展的主要方向。最后從FCC及清潔汽柴油加氫對我國煉油工業的重要性、對企業效益的影響力,以及需要開發適于我國煉油企業特色的催化劑等方面,對我國煉油催化劑業務的發展提出了幾點建議。

　　１、煉油催化劑需求現狀及趨勢

　　隨著全球煉油能力的不斷提高，油品標準的日趨嚴格，化工原料需求的持續增加，煉油催化劑消費量一直處于穩定增長態勢。其中，增幅最快的是新興經濟體和發展中國家。由于各國及各地區經濟發展水平、煉油能力、油品與化工原料需求等存在差異，對煉油催化劑的需求各不相同；即使是同一類催化劑，在不同地區其需求量也各有不同。例如：對于催化裂化（ＦＣＣ）催化劑，增產低碳烯烴類催化劑在北美需求中位列首位；而在亞洲，排在首位的是增產汽油類催化劑。ＦＣＣ催化劑需求最多的地區當屬北美和亞太地區，２０１７年，二者煉油催化劑需求量分別占全球的４０％及３０％以上。

　　２０１７—２０２０年，全球煉油催化劑需求量以年均３.６％的速度遞增。２０２０年，該類催化劑需求消費金額將達到４７億美元；２０２５年，則超過５８億美元。這是由于包括美國致密油在內的全球非常規原油加工量的增加，以及油品及環保標準日趨嚴格所致。

　　致密油加工量的增加，拉動了ＦＣＣ催化劑的需求，同時也要求該類催化劑具有更強的容金屬能力，以及具備多產丁烯（烷基化裝置的原料）能力，主因是致密油的正構烷烴使得汽油辛烷值損失８～１０個單位。

　　全球油品標準繼續趨嚴，用于提升油品質量的加氫能力不斷提高。預計在此期間，加氫催化劑需求量將持續增長。到２０２５年，主要用于加氫工藝的鈷、鉬、鎳、釩等金屬催化劑，在全球煉油催化劑市場的份額將超過３５％。

　　近年，在亞太及非洲和中東地區，包括煉油、聚合、化學合成等在內的所有催化劑需求消費金額及增幅均高于歐美發達地區（見表１）。

　　由表２可知，未來汽油加氫的擴能最大，然后依次是中餾分油加氫、ＦＣＣ、異構化、加氫裂化、石腦油加氫、重油（渣油）加氫、烷基化（疊合）、重整等，與之對應的催化劑需求量也相應增加。但是，由于各種煉油催化劑使用周期不同，因此其用量無法與擴能同步增長。根據市場銷售額統計，銷售額最多的當屬加氫催化劑（加氫處理和加氫裂化，共計占總量的４６％），其次是ＦＣＣ催化劑（４０％），接下來依次為重整催化劑（８％）、烷基化催化劑（５％）及其他（１％）。

　　２、煉油催化劑技術

　　２.１ ＦＣＣ催化劑

　　２.１.１ 多產丁烯

　　烷基化裝置的原料為ＦＣＣ裝置副產異丁烷和丁烯。由于全球烷基化油需求量不斷增長，促使丁烯需求量的增加。因此，ＦＣＣ多產丁烯技術受到普遍關注。

　　德國ＢＡＳＦ公司開發的丁烯選擇性ＦＣＣ助劑（牌號為Ｅｖｏｌｖｅ）可滿足煉廠增產丁烯的要求。在ＦＣＣ催化劑中添加Ｅｖｏｌｖｅ助劑，可以選擇性地提高丁烯收率，而對汽油、輕質循環油等其他液體產品沒有負面影響。Ｅｖｏｌｖｅ助劑可用于生產高烯烴含量的液化石油氣，與傳統烯烴助劑ＺＳＭ-５相比，前者丁烯選擇性高于丙烯。該助劑適用于一些生產烷基化裝置原料或對液化石油氣受到限值的煉廠，可生產出更多富含丁烯的液化石油氣產品。

　　美國Ｇｒａｃｅ公司開發的Ａｃｈｉｅｖｅ-４００催化劑及其配套的ＧＢＡ助劑，通過優先裂解汽油中Ｃ≥７烯烴，促進更多丁烯生成。在美國ＵＯＰ公司設計的２５０萬ｔ／ａＦＣＣ裝置中的工業應用表明，與原催化劑相比，該催化劑可以提高丙烯和丁烯的選擇性，有利于丁烯生成，同時可以提高石腦油的辛烷值。ＧＢＡ助劑提供了靈活的生產方案，在提高丁烯收率的同時，確保了較高的丁烯與丙烯選擇性。相比傳統低碳烯烴助劑，ＧＢＡ助劑能夠盈利２００～５００萬美元／ａ。

　　２.１.２ 多產丙烯

　　Ｇｒａｃｅ公司開發了多產丙烯ＯｌｅｆｉｎｓＵｌｔｒａ系列助劑。其中，ＯｌｅｆｉｎｓＵｌｔｒａＨＺ適用于多產丙烯裝置，ＯｌｅｆｉｎｓＵｌｔｒａＭＺ則適用于要求更高丙烯收率的裝置。

　　ＯｌｅｆｉｎｓＵｌｔｒａＨＺ助劑與該公司開發的ＰｒｏｔＡｇｏｎ-４Ｇ催化劑（將丙烯收率提高至１２％以上）組合使用后，可使裝置具有以下特點［１２］：（１）更高的丙烯收率及催化活性；（２）在可調的焦炭差情況下，根據要求優化分餾塔塔底油質量；（３）改善ＦＣＣ裝置的操作靈活性；（４）極佳的流化性及催化劑耐磨性。

　　２.１.３ 用于處理重原料油

　　ＦＣＣ裝置最主要的任務是提高液體收率，減少油漿生成。重原料油中的鐵、鎳、釩等金屬離子污染物是影響ＦＣＣ催化劑使用效果的關鍵因素。鎳離子作為高活性脫氫催化劑組分，可以提高氫氣和焦炭收率。在原料中，即使有少量鎳離子沉積于催化劑表面，也會導致氫氣和焦炭收率的提高。

　　針對鎳離子的鈍化，ＢＡＳＦ公司開發出用于渣油ＦＣＣ的催化劑技術平臺———硼基技術（ＢＢＴ）。該技術關鍵是在ＦＣＣ反應條件下，利用硼離子的流動性對未鈍化的鎳離子進行選擇性捕捉。與傳統金屬鈍化技術相比，ＢＢＴ技術提高了抗金屬能力，改善了催化性能。采用該技術開發的第１代ＢｏｒｏＣａｔ催化劑，將金屬鈍化功能與孔道結構相結合，對重油原料分子的分散限制降至最低，目的是提高渣油的轉化率。工業應用表明，氫氣收率和焦炭差均有所降低，同時提高了高附加值汽油及低碳烯烴收率，改善了分餾塔塔底油的質量。與第１代催化劑只能處理含有部分渣油的原料相比，第２代催化劑（Ｂｏｒｏｔｅｃ）可以處理全渣油的ＦＣＣ原料，達到了最大化渣油轉化目的。第３代催化劑（Ｂｏｒｏｆｌｅｘ）在滿足第２代所有性能的條件下，塔底油質量得到明顯改善。

　　ＢＡＳＦ公司還開發出用于重渣油ＦＣＣ的催化劑（ＦｏｒｔｒｅｓｓＢＸＴ），可有效鈍化多種金屬，提高液體產品收率。該催化劑采用了專用氧化鋁和釩離子捕集技術，適用于需要高度金屬離子鈍化、降低氫氣和焦炭收率的ＦＣＣ裝置；設計的孔結構能容鐵離子，可以減少油漿生成，提高液體產物收率；新鮮催化劑的低鈉離子含量，能夠提高催化活性保持能力，在釩離子含量高時亦如此。

　　２.２ 清潔燃料用催化劑

　　全球ＦＣＣ汽油質量升級技術采用汽油后處理的國家居多，而美國采用預處理與后處理相結合的方式提升ＦＣＣ汽油品質。在美國，有５０％～７０％的煉廠選用ＦＣＣ汽油后加氫處理技術，以生產滿足ＴｉｅｒⅢ標準（汽油含硫質量分數低于１０×１０-６）的產品；其他煉廠則采用預處理技術，然后對重ＦＣＣ汽油進行后處理，這樣可以減少ＦＣＣ汽油因全餾分加氫而造成的辛烷值損失。

　　２.２.１ 美國Ａｌｂｅｍａｒｌｅ／ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ公司

　　該公司開發的ＲＴ-３３５催化劑適用于大幅脫硫的生產裝置。與已應用的ＲＴ-２３５催化劑相比，前者在提高脫硫活性的同時，選擇性有了很大提高，裝置的可靠性也因此得到改善。ＲＴ-２３５催化劑具有高活性和高選擇性，已用于全球２０多套裝置，盈利性好。工業應用表明，該催化劑的使用壽命在５ａ以上，所具有的操作靈活性可提高對劣質原料的處理能力及研究法辛烷值（提高１個單位以上）。

　　２.２.２ ＵＯＰ公司

　　ＵＯＰ公司推出一種生產超低硫柴油的脫硫、脫氮催化劑（ＵＬＴＩＭｅｔ）。該催化劑特點是：（１）可用于處理現有催化劑無法處理的含硫量更高的劣質原料（焦化粗柴油、循環油、減黏粗柴油等），并且能夠生產出含硫質量分數低于１０×１０-６的清潔柴油；（２）采用高強度材料制備的催化劑，避免了顆粒破碎，同時提高了耐磨強度，將使用壽命延長了５０％～７５％。該催化劑既可替代現有加氫處理催化劑，也可與常規催化劑聯用，以提高加氫處理能力。

　　２.２.３ 美國ＡＲＴ公司

　　為了滿足原料靈活性及產品多樣性的煉廠需要，該公司開發出２種（ＩＣＲ-３１６，５４８-ＤＸ）具有加氫脫硫、脫氮及脫芳烴的高活性、高穩定性的柴油加氫催化劑。這２種催化劑采用了該公司表面化學創新技術和新的孔結構技術，提高了催化活性。在工業裝置的應用表明，總活性提高了２０％以上。

　　ＩＣＲ-３１６催化劑用于柴油加氫處理裝置，可加工直餾原料油和裂化原料油，同時也可用于高低壓裝置。在超低硫柴油裝置中，與４２５-ＤＸ催化劑相比，前者用于含質量分數為１５％裂化組分的原料時，不論低壓還是高壓操作，其活性均有明顯提高，裝置的運轉周期也得到延長。

　　利用ＡＲＴ公司最新的絡合增強技術和氧化鋁表面改性技術制備的５４８-ＤＸ催化劑，提高了加氫脫硫、脫氮和脫芳烴的總活性，無論在超低硫柴油裝置還是其他裝置，應用效果均很理想，已用于全球多套裝置。工業試生產表明，與５４５-ＤＸ催化劑相比，５４８-ＤＸ的芳烴飽和活性提高很多，同時超低硫柴油收率和經濟效益也有所提高。

　　２.２.４ Ａｌｂｅｍａｒｌｅ公司

　　該公司開發的ＦＣＣ原料油加氫處理催化劑（牌號為ＫＦ-９０７），可用于生產滿足ＴｉｅｒⅢ標準的清潔汽油。為實現催化劑具有高加氫脫硫活性，同時在運行期間具有很好的穩定性，該公司專門設計了Ｎｉ-Ｃｏ-Ｍｏ三金屬類型、適用于ＦＣＣ原料油的預處理工藝，并且在高低壓條件下均能穩定運行。該催化劑已用于美國和日本的７套工業裝置。

　　在美國，ＫＦ-９０７催化劑在２套ＦＣＣ原料油加氫預處理裝置中得到應用，裝置的氫分壓高于８.３ＭＰａ，其中１套是２５０萬ｔ／ａ處理重焦化瓦斯油和重減壓瓦斯油裝置。工業應用表明，該催化劑可用于不同操作壓力的ＦＣＣ原料油加氫預處理裝置。與ＫＦ-９０５催化劑相比，使用ＫＦ-９０７催化劑的加權平均床層溫度降低-１３.８～-１２.２℃，相當于加氫脫硫活性提高了１５％～２０％；后者的平均失活速率為-１７.３℃／月，較前者降低了-１７.６℃／月。

　　３、結束語

　　煉油工藝的改進對于成熟的煉油行業來說進展不會很大。但是，由于各煉廠的原料、產物和裝置結構不同，對于采用針對性更強的催化劑以得到理想的產物或化工原料而言，選擇適應性或選擇性更好的催化劑，可以解決不同煉廠、不同裝置的關鍵問題。

　　ＦＣＣ裝置因兼具多產汽油、化工原料等任務，對催化劑的要求多而繁雜，也因此全球ＦＣＣ催化劑的升級換代未曾停息。其市場份額占到全球所有煉油催化劑的４０％。我國已成為第二大煉油主體，ＦＣＣ加工能力僅次于美國。作為煉廠主要的二次加工裝置，其水平提高關乎企業的效益，適時開發低成本、針對性更強的ＦＣＣ催化劑尤為重要。

　　清潔燃料的應用范圍不斷擴大，促使ＦＣＣ原料預處理及催化汽柴油后處理裝置能力的增加，造成全球加氫類催化劑尤其是加氫處理催化劑的用量不斷增多，其市場份額占全球煉油催化劑的三分之一。其中，汽柴油加氫處理催化劑在其中的作用不可低估。

　　我國清潔燃料的進程在不斷加快，未來與其相應的催化劑需求量也會不斷增加。開發出適用于我國汽柴油結構的活性更高、選擇性更佳、成本更低、使用周期更長的汽柴油加氫處理催化劑，對于清潔燃料質量升級具有深遠意義。