原油重油分级气相催化裂解制化学品成套技术
一、成果简介
（一）成果概述
针对国内外炼油业由“以燃料为主”向“以化工原料为主”转型的重大需求，基于原油分级分质转化理念以及“宜烯则烯，宜芳则芳”目标化工产品的需求，通过“理论-催化剂-工艺-设备”的一体化协同研发，创建简明、普适性的自由基调控新反应机理，首创低成本、短流程、普适性的原油/重油分级气相催化裂解制化学品工艺，创制以碱性活性位为主的催化脱氢裂解新催化剂体系，发明分区调控的原油自混合下行床分级气相催化裂解装备技术，原始创新性强；四位一体形成了原油分级气相催化裂解制化学品成套颠覆性变革技术，建成了百吨级原油自混合下行循环流化床分级气相催化裂解制化学品工业中试评价装置，大庆原油分级气相催化裂解中试单程结果为化学品收率62.6%(三烯46.3%、三苯16.3%)、生焦2.1%、甲烷4.9%，远优于目前全馏分催化裂解化学品58%、甲烷10%以上和生焦7%以上的报道值。
（二）技术特点及技术指标
1、解决的关键问题
三烯和三苯等是非常重要的化工原料，也是发展高端化工无法回避的基础原料，但目前主要采用天然气、石脑油或轻柴油等优质原料通过管式蒸汽裂解炉高成本生产。随着我国“双碳”目标提出、动力电池技术井喷式发展，汽车电动化不可逆转，带来成品油产能过剩与化学品特别是高端化工品短缺的矛盾突出，炼油业由“燃料为主”向“化工原料为主”转型已成行业共识。一直以来原油催化裂解制化学品成为国内外竞相研发和示范的颠覆性变革技术，但由燃料型C-C键重构提升到化工型C-H键脱氢，亟需突破新脱氢裂解理论、新催化剂体系、普适性工艺和匹配性反应装置新技术四大瓶颈。因此，建立短流程、低成本、低能耗、高产出的原油直接制化工原料成套技术与装备，是现有炼油业转型升级的希望和基石。
原油/重油直接裂解制化学品是国内外炼油界最为关注的颠覆性变革技术，但是普适性、简明的反应机理至今尚未建立，并且一直受目标产品产率与选择性不高，原料适应性与装置匹配性差、催化剂生焦严重等问题的限制。该项目历经10余年攻关，在分子炼油关键理论、催化剂、工艺和装备方面取得系列原创成果，形成原油分级气相催化裂解制化学品成套新技术，引领原油催化裂解制化学品技术的发展，总体技术处于国际领先水平。
2、国内外技术对比
目前原油直接制化工原料的工艺主要包括原油蒸汽裂解制化工原料技术，原油全馏分催化裂解制化工原料技术与原油分级气相催化裂解制化工原料技术。埃克森美孚工艺开创的原油直接制低碳烯烃技术化学品收率由传统的10%～15%提高到50%～70%，但是吨烯烃成本节省100～200美元，原油重馏分过多导致该技术市场竞争力降低。沙特阿美开发的先将原油直接加氢裂化，然后较轻馏分送到蒸汽裂解炉裂解，较重馏分则送到深度催化裂化装置裂解的工艺，目前仅为技术方案，且存在流程复杂、投资大、能耗和操作成本高等不足。在催化裂化技术基础上，国内外研究单位（如中石化石科院、清华大学、中石油石化院、西班牙瓦伦西亚理工大学、卡尔加里大学和沙特国家石化技术中心等）纷纷开发原油全馏分催化裂解制化学品技术，但尚处研究或示范阶段，存在着原油适应性受限、催化剂受限、设备匹配性不足和装置结焦等四大瓶颈，制约着该类技术的工业化应用。
该项目首次提出原油选择性汽化裂解和高温油气气相裂解反应的梯级耦合理念，采用碱性改质和酸碱复合裂解新催化剂体系和自混合下行循环流化床原创装备技术，发明了低成本、短流程、普适性的原油分级气相催化裂解制化学品原创技术。原油催化裂解制化学品收率高达62.6%（三烯46.3%、三苯16.3%），低值甲烷和生焦分别为4.9%、2.1%，远优于目前报道值(化学品最高58%、生焦7%-10%、甲烷7.99%-12%）。
3、前景及经济社会效益分析
本项目突破原油催化裂解反应机理与调控强化机制，在分子炼油关键理论、催化剂、工艺和装备方面取得系列原创成果，形成原油分级气相催化裂解制化学品成套新技术，引领原油催化裂解制化学品技术的发展。具体经济社会效益表现在：
产品提质：与国内外先进水平相比，本技术原油制化学品（三烯三苯）收率提高10%左右，生焦2.1%、甲烷4.9%，远优于目前报道值。
技术突破：集成开发形成原油分级气相毫秒裂解最大化制化学品成套技术，实现催化剂和核心装备完全国产化，为我国炼油业转型升级和高质量发展，以及保障国家石油工业安全提供理论依据和技术支撑。
经济效益：建设一座原油200万吨/年的直接分级气相毫秒脱氢裂解制化学品工业装置总投资估算约为35亿元，年产乙烯、丙烯、丁烯和BTX分别为24万吨、44万吨、16万吨和58.8万吨。经计算乙烯、丙烯、丁烯和BTX的年销售收入达99.44亿元，年利税约16.38亿元，若加上副产品脱硫燃料气、富氢气、富甲烷气、丙烷、混合碳四和油浆等，利润更高。
社会效益：大幅缩短炼油工艺的加工流程、减少装置投资、降低能耗和操作费用，而且能够最大限度地高效清洁生产低碳烯烃和轻质芳烃，并副产高热沉航煤和用于制备高端碳材料的中间相沥青，破解石油炼制业即将面临的由“燃油型”向“化工型”转型升级的发展瓶颈，为我国石化产业升级转型、可持续发展、能源体系变革和碳中和战略实施提供重要的理论依据和技术支撑。
二、技术成熟程度
研制开发阶段，形成样机、样品或软件
三、推广合作方式
整体转让、技术许可、作价入股、合作开发
四、团队简介
中国石油大学（华东）能源绿色低碳高值化利用创新团队以中国工程院谢克昌院士为学术顾问、田原宇教授为学术带头人，现有成员7人，其中教授4人，副教授3人，团队成员相继获全国先进工作者、国家百千万人才、国家有突出贡献中青年专家、享受国务院特殊津贴、山东省优秀党员、山东省先进工作者、教育部新世纪优秀人才、孙越崎青年科技奖、山东省青年科技奖等荣誉称号，是一支以中青年教师为主，学缘和年龄结构合理、学历层次高、创新能力强、工程经验丰富的充满生机活力的创新团队。牵头获国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖各1项，山东省技术发明奖、山东省科技进步奖、中国石化联合会科技进步奖等省部级政府或社会力量设奖的一等奖17项；授权发明专利106项，其中美国专利14项；出版著作3部，发表学术论文209篇；培养博硕士 70 人，其中3 人获山东省优秀博士论文。另外，以团队为基础组建的实验室2010年获批山东省高校低碳能源化工重点实验室、2016年获批青岛市低碳能源化工工程实验室、2018年获批山东省高碳能源低碳化工程技术中心；2018年获青岛市科技进步一等奖（创新团队）。
五、专利授权及申请情况
1、美国发明专利：Process of maximizing production of chemical phase catalytic cracking crude oil with muti-stages in milliseconds in combination with hydrogenation.(US10508247B2)
2、美国发明专利：Integrated device for millisecond-level gas phase catalytic cracking reaction and separation.(US10822554B2)
3、美国发明专利：Stepwise solidus synthesis method for a micro-mesoporous calcium aluminate catalyst.(US10668461B2)
4、中国发明专利：原油毫秒分级气相催化裂解和加氢组合最大化制取化工原料工艺。（ZL201810341186.5）
5、中国发明专利：重油毫秒分级气相催化裂解制低碳烯烃工艺。（ZL201810341227.0）
6、中国发明专利：基于小分子烃活化强化的重油固载体毫秒热解工艺。（ZL201810341305.7）
7、中国发明专利：重油双反应管半焦循环床毫秒热解-气化耦合工艺。（ZL201810341313.1）
8、中国发明专利：劣质重油双反应管碱性毫秒催化裂解和气化耦合工艺。（ZL201810341347.0）
9、中国发明专利：一种倾斜长条立体帽罩与规整填料块耦合的复合塔板。（ZL201210404809.1）
六、受资助及获奖情况
1、国家自然科学基金面上项目，劣质重油双反应管毫秒高温热解-气化再生耦合技术的基础研究，21576293，78万元；
2、国家自然科学基金青年科学基金项目，固体碱催化劣质重油高温快速裂解的反应化学研究，21706287，25万元；
3、山东省重点研发计划项目，劣质重油双管毫秒催化热解—气化耦合技术工业化示范研究，2015GGX107002；
4、教育部自主创新科研计划项目，不同种类减压渣油高温快速热转化行为研究，15CX02020A；
5、教育部自主创新科研计划项目，油页岩/油砂大规模高效清洁提炼关键技术，15CX05044A。
联系方式：0532-86983018。
