全球主要炼油催化剂的发展现状及发展 趋势展望

周占红

（中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司，广西  钦州  535000）

摘要：：随着社会发展和经济水平提升以及现代科学技术的进步，石油行业、炼油工业在急剧增长的市场需求推动下面临着巨大的发展机遇，而炼油催化剂也进入了快速发展阶段。原油的重质化与劣质化、石油产品质量的快速升级更新、市场对炼油产品需求结构的变化都对炼油工艺和其催化剂的使用、催化剂的性能提出了更高层次的优化标准，推进炼油工艺和催化剂工艺发展的同时也为其带来了更多的挑战。本篇文章首先介绍全球市场范围内主要炼油催化剂的相关内容和技术工艺，再针对全球主要炼油催化剂的发展现状与发展趋势展望进行简要的分 析，以期能够为当前炼油行业发展和技术创新提供一点参考。

关键词 ：炼油催化剂 ；全球市场 ；发展现状 ；发展趋势 ；展望

0 引言

        随着现代科学技术的进步和人们经济水平的提升，对石油化工产品的需求不断增长。市场需求的持续增长也推动着全球石油生产和炼油工艺的进步。对人类现有 技术来讲，石油资源的开发和利用是人类文明的一大进步，人类使用石油产品已经持续了数百年，这也促使着炼油工艺的不断进步和更新，如此才能够满足日渐庞大 的产品需求市场。事实上，炼油工艺在全球范围的应用极为广泛，笔者将从全球炼油催化剂的发展现状及需求趋势入手，着重分析全球主要炼油催化剂当中催化裂化、 清洁汽柴油加氢、FCC 原料预处理等催化剂最新研究 发展方向，重点分析提高催化剂选择性和活性、改善原料适应性、最大程度上延长装置运行周期等炼油催化剂工艺技术发展的主要趋势，以期能够通过炼油催化剂工 艺的发展的现状分析，对我国炼油工业发展价值、企业 效益影响力以及需要开发适用于我国炼油行业特色的催化剂等方面提供一点绵薄之力。

1 全球主要炼油催化剂

1.1 清洁燃料专用催化剂

       当前，在国际上各个国家对于汽油质量升级技术的研究都在不断推进，而且 FC 汽油质量升级技术在很多国家都得到了广泛的应用。如美国将预处理与后处理进 行了融合应用，以此来进行 FCC 汽油品质的增强与提升，在美国大约占 60%~75% 的炼厂选用 FCC 汽油后加氢处理技术，实现了对 Tier Ⅲ标准产品的改进，除此之外，多数炼厂都运用预处理技术，处理后在进行 FCC 汽油的后处理，如此就能够有效降低 FCC 汽油因全馏分加氢而导致辛烷值损失的发生率。

       Albemarle/ExxonMobil 公司是其中较为具有代表 性的企业，其所研究的 RT-235 型催化剂具备较高的实用性，能够用于大幅脱硫的生产装置，相比 RT-235 催化剂而言，其已有的催化剂重点放在了建立在脱硫活 性优势前提上的选择性方面，改进了装置的稳定性。 RT=235 活性较高且选择性较强，其在全球市场中已经推出了超过 20 套装置，整体盈利性较高。通过实际的验证看出，其使用寿命可以达到 5a 以上，整体操作的 灵活性、实用性都能够有所提升，尤其在劣质原料的处理方面和法辛烷值的研究方面有着很高的适用性优势。

       另外，该企业自主研发的 FCC 原料油加氢处理催化剂，能够生产出 Tier Ⅲ标准的清洁汽油。并且为了能够促使催化剂具备较好的高加氢脱硫活性，提高其运行的稳定性，为此进行了 Ni-Co-Mo 三金属类型的设计、具备较高效果的 FCC 原料油预处理技术，已经达到高低压环境中也可以稳定运行的效果。较之 KF—905 催化剂，KF—907 催化剂的加权平均床层温度降低 -13.8 到 -12.2 ℃，增强加氢脱硫活性达到 15%~20%^[1]。

1.2 FCC 催化剂

       分析 FCC 催化剂首先要谈一谈多产丁烯。烷基化装置的原材料是 FCC 装置所复产出的异丁烷与丁烯，目前国际市场中，烷基化油整体的需求量正几句上 涨，这直接导致丁烯的用量也大幅提升。由此可以看出，作为生产丁烯的 FCC 技术未来必然会得到很好的 发展和改进研究。如美国的 grace 企业自主研制和生产的 Achieve-400 催化剂和与其相匹配的 GBA 助剂，其 是生产丁烯水平较高的专业性装置，原理在于有限裂解 汽油中 C ≥ 7 的烯烃，由此产出丁烯。而美国另一家企业 UOP，其自主设计出的 250 万 t/a FCC 装置，其生产主要是采用次催化剂的方式，较之原生产方式中使用的催化剂，此催化剂可以实现丙烯与丁烯选择性的有效强化，这对于增强石脑油辛烷值和丁烯生产率有着很好的效果，且其助剂所设计的生产方案更具灵活性，能够实现有效提升丁烯收率，同时还可以保证收获丁烯与丙烯选择性的提升。

       其次，多产丙烯。美国 Grace 企业所开发研制的多产丙烯 Olefins 的一系列助剂产品当中 HZ 型能够在多产丙烯装置方面有着更高的适用性，而 MZ 系列则能够 更好的满足更高标准的丙烯收率。反观 OlefinsHZ 助剂与其配套研究研制的 ProtA-gon-4G 催化剂进行了组合应用后，能够促使装置得到很好的改进优化，如 ：增强丙烯收率，激发催化活性，即使在焦炭差环境的可调情况中，也可以实现按照分馏塔塔底油质量要求进行相应 的优化，还可以整体的提高 FCC 装置操作的整体灵活水平，并具备更高的流化性、催化剂耐磨性 ^[2]。

       第三，处理重原料油。FCC 装置主要是以提升液体收率为目标，并降低油浆的生成率，重原料油当中所含有的金属离子污染物，包括铁、镍、钒在内的元素等都会对 FCC 催化剂的效果产生一定的影响。因此，作为活性脱氢催化剂组分的镍离子，其可以实现氢气和焦炭收率的合理化提升，原料中的镍离子含量不多的情况下，即使只是沉积在催化剂表面，同样可以提高氢气与焦炭的收率。

       从镍离子钝化的角度来讲，BASF 企业以此进行了渣油 FCC 催化剂工艺的研究和开发，被称为 BBT 硼基 技术，其核心关键的技术原理为 FCC 设置反应下，根据硼离子所具有的流动性，针对位钝化镍离子合理做出选择性捕捉，这在很大程度上提高了 BB 统计数的抗金 属特性，比原有的传统技术钝化工艺有着更好的优势，而且也实现了催化性能的优化 ^[3]。

       这一技术的应用所开发的第一代催化剂，其融合了金属钝化功能与孔道结构。并针对中游原料分子的分散 限制做出了优化改进，使其分散限制得到了降低。如此就能够实现对高渣油转化率的增强。而且在实践中发现，氢气收率和焦炭差都能够得到很好的改进和优化。此外，也提高了高附加值汽油和低碳烯烃的收率，对分馏塔塔底油质做出了很大程度上的提升。将第一代催化剂与之相比，第一代催化剂仅仅只能够实现。部分渣油原料的有效处理。第二代催化剂则得到了大幅度的改良，可以进行渣油的 FCC 原料处理。最大程度上实现加油转化率的最大化，到第三代催化剂除了具备第二代催化剂的性能优势之外，还进行了塔底油质量的改良 ^[4]。

2 当前炼油催化剂的发展现状及趋势展望

2.1 全球炼油催化剂发展现状

       伴随着全球范围内炼油工艺水平的不断增长和升 级，石油产品生产的标准不断提升，特别是在市场需求 不断增长下，化工原料的需求量也急剧升高，由此也使 得炼油催化剂消耗量日渐增大，整体消耗量也呈现出了 逐步递增的情况。尤其一些新兴经济体和发展中国家，无论消耗量还是增长量都逐年增加，而由于这些国家和 地区经济发展水平和炼油技术、油品化工原料等需求都 存在不同程度上的差异，炼油催化剂需求量也存在很大不同，从同一类催化剂角度来说，不同地区和国家的基 本需求量也会出现很大的差距。如国际上对催化裂化催化剂（FCC 增产低碳烯）烃类催化剂而言，北美洲地区的需求量位列第一，亚洲则是对增产汽油类催化剂需求量最大 ^[5]。

       FCC 催化剂消耗最大的市场是北美和亚太。通过相关数据的了解可以发现，在 2017 年，FCC 催化剂与汽油类催化剂整体的需求量分别占据了全球范围内市场的 41% 和 32%。2017~2020 年，从全球市场来看，炼油催化剂需求量年均增长速度在 3.76%，而且呈现递增趋势。截止到 2020 年，全球炼油催化剂的需求消费金 额已经超出了 48 亿美元，有专家计算，预计到 2025 年将会达到 59 亿美元，甚至会超出这一数字。究其原因，是因为包括美国致密油在内的全球市场中，非常规原油加工量持续增加，同时油品和环保标准的严格化等多种原因所导致的，美国的致密油加工量快速提升，使得 FCC 催化剂的需求量急速增加，对催化剂容金属性能 的标准和水平也更加严格。另外也需要更强性能的多产丁烯 ^[6]。

2.2 全球炼油催化剂的发展趋势展望

       目前全球范围内油品标准日趋严格，同时，能够有效提高油品质量的加氢技术水平也在不断的提高，通过现有相关数据的分析，可以说，加氢催化剂未来的整体发展趋势必然会在需求量持续增长情况下逐渐上升。根据相关专家预测，预计到 2025 年，在加氢催化剂工艺当中所重点使用的镍、钒、钴、钼等金属元素催化剂需求量将大幅升高，在全球范围内炼油催化剂市场内的占比将会占据超 36%^[7]。

       在近几年，亚太地区和非洲以及中东地区，关于炼油、聚合、化学合成等所有催化剂需求和消费需求与日俱增，目前已经超过了欧美等发达国家所属地区。通过2013 年消费金额与 2018 年消费金额对比发现，亚太地区 2013 年的消费金额是 51.9 亿美元，而北美和西欧则为 50.4 和 37 亿美元，到 2018 年，亚太地区所有炼油催化剂需求的消费金额已经达到了 72.45 亿美元，而北美和西欧则分别为 59.9 亿美元和 42.7 亿美元 ^[8]。

       通过这一数据的分析来看，未来汽油加氢技术催化剂市场的范围将不断扩大，且其扩能将会发展到极致。其次重油加氢技术与 FCC 异构化加氢裂化、渣油加氢、 石脑油加氢以及烷基化也会在相应的技术发展下得以全面的研发和提升重整。这也就意味着与其相配套的催化 剂需求量将会以几何式增长。但是从各种炼油催化剂使用的周期差异化角度来说，在用量上并不会做到与扩能的同步提升，反而会在不同需求量下呈现个别的递增或 递减 ^[9]。

       市场销售额统计数据显示，销售额较为突出的是 加氢催化剂和加氢裂化，其总数额将会占全球范围总量超过 47%，而仅次于此的是 FCC 催化剂，总量将发展 41%，再次则为重整催化剂，约为 8%，依次排列为烷基化催化剂，占 5%，其他则为 1%^[10]。

3 结语

       事实上，虽然全球炼油催化剂工艺的更新和升级改进，对于当前发展已经较为成熟的炼油行业来讲，整体作用并不明显，但从实际的应用角度来讲，各大炼油企业，尤其全球市场范围内的各炼油厂所使用的原料产物和相关设备装置结构存在一定的差异，采用专业化和针对性较强的催化剂以得到理想的产品化或化工原料层面来讲，将对催化剂的高适用性和选择性更加注重，这就 能够有效地适应炼油企业设备，如 FCC 装置设备所具 有广泛实用性能够满足多种汽油化工原料生产，决定了炼油催化剂的要求和相应使用标准较为繁杂，也正因如此，全球范围内不同炼油企业 FCC 催化剂的升级研究 和改进从未停止，其市场份额占比已经逐渐达到了全球炼油催化剂市场的近 50%。

       作为世界上第二大炼油主体的中国，FCC 加工水平仅次于美国，而且 FCC 是炼油企业的重要二次加工设备，其整体的技术水平直接影响着企业的经济效益最大化。由此可以看出，适时的进行炼油工艺和催化剂开 发的成本控制，实现 FCC 催化剂针对性更强的研究极 为重要。另外，清洁燃料使用需求量的不断增长和市场 的日益扩大。直接推动了 FCC 原料的预处理和催化剂，柴油后处理设备整体性能的研究和进步，使得全球市场 加氢类催化剂使用量持续递增。而且整体的市场份额已经达到了全球范围内的 33% 左右。不得不提到的是汽柴油加氢处理催化剂。所具有的价值作用较大，需要给予足够的重视。我国目前清洁燃料研究。技术水平正在 逐年的提升，根据现有的进步和所取得的成果，在未来 的几年内，与其相配套的炼油催化剂，在需求量和标准方面都会得到持续的增加，这也就意味着，我国要将研 发重点放在汽柴油加氢处理催化剂结构活性、选择性方面，还要重视成本和使用周期问题。

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