流化催化裂化（Fluid catalytic cracking，又作Fluidized-bed catalytic cracking ，或Fluidized catalytic cracking ；簡稱FCC），是石油精煉廠中最重要的轉化工藝之一。被廣泛用於將石油原油中高沸點、高分子量的烴類組分轉化為更有價值的汽油、烯烴氣體和其他產品。 石油烴類的裂化最初都是通過熱裂化（thermal cracking）完成；如今熱裂化已幾乎全部被催化裂化所取代，因為催化裂化可以產生更多具有高辛烷值的汽油。此外，催化裂化也能產生更多擁有碳碳雙鍵的副產品氣體（即更多的烯烴），所以相比於熱裂化具有更高的經濟價值。
基本介紹
- 中文名：流化催化裂化
- 外文名：Fluid catalytic cracking
- 屬性：石油催化裂化的反應
- 主體：石油
簡介,經濟,流程圖與工藝描述,肩並肩型布局,堆積型布局,分餾塔,再生器中產生的煙氣,化學,歷史,
簡介
流化催化裂化（Fluid catalytic cracking，又作Fluidized-bed catalytic cracking，或Fluidized catalytic cracking ；簡稱FCC），是石油精煉廠中最重要的轉化工藝之一。被廣泛用於將石油原油中高沸點、高分子量的烴類組分轉化為更有價值的汽油、烯烴氣體和其他產品。石油烴類的裂化最初都是通過熱裂化（thermal cracking）完成；如今熱裂化已幾乎全部被催化裂化所取代，因為催化裂化可以產生更多具有高辛烷值的汽油。此外，催化裂化也能產生更多擁有碳碳雙鍵的副產品氣體（即更多的烯烴），所以相比於熱裂化具有更高的經濟價值。
流化催化裂化（FCC）的原材料（進料）通常採用原油中初餾點為340 °C或更高（常壓）以及平均分子量在200~600或更高的部分。這部分原油通常稱為重質瓦斯油（heavy gas oil）或重質減壓瓦斯油（heavy vacuum gas oil, HVGO）。在流化催化裂化（FCC）工藝中，原材料在高溫和適當的壓力下與流化粉末狀的催化劑接觸。催化劑打破了高沸點長鏈的烴分子，使之成為更短的分子、然後以蒸氣的形態被收集。
經濟
石油精煉廠使用流化催化裂化（FCC）來回應汽油的市場需求和解決高沸點區原油分餾產品的過剩。2006年，世界範圍內有400家石油精煉廠採用FCC單元（FCC Unit）。在這些精煉廠中，占總量 1/3 的原油被FCC工藝加工為高辛烷值的汽油以及燃料油（fuel oil）。2007年間，美國的FCC單元每日加工原材料840,000 m，而全世界的FCC單元的每日加工量為其兩倍。
流程圖與工藝描述
現代FCC單元，全部都是全天24小時的無間斷作業，在兩次例行維修之間能連續運行3~5年。現在有好幾種各不相同的現代FCC單元的專利設計。石油精煉廠如果想要採用現有的這些專利設計的其中之一，就需要向專利設計者購買使用許可。
對於一個FCC單元而言，可以有兩種不同的布局配置方案：
（1）堆積型（Stacked configuration）：反應器和催化劑再生器都放在同一個容器中，且反應器置於催化劑再生器的上方。
（2）肩並肩型（Side-by-side configuration）：反應器和催化劑再生器放在兩個不同的容器中。
肩並肩型布局
- 芝加哥橋樑鋼鐵公司（Chicago Bridge & Iron Company, CB&I）
- 埃克森美孚（ExxonMobil Research and Engineering, EMRE）
- 荷蘭皇家殼牌（Shell Global Solutions）
- 石偉公司（Axens / Stone & Webster Process Technology ）
- 環球油品公司（Universal Oil Products, UOP）
堆積型布局
- 凱洛格·布朗·路特（Kellogg Brown & Root, KBR）
每一種專利設計的許可發行人都聲稱自己的設計擁有獨特的優勢。其區別與比較不在本文的討論範圍內。
分餾塔
反應產物的蒸氣（535 °C、1.72bar）從反應器的頂部流出，進入分餾塔（英語distillation column。亦常稱之為 主分餾塔main fractionator）的底部。在主分餾塔中，反應產物蒸氣被分餾為石腦油（naphtha）、燃料油（fuel oil）、乾氣（off-gas）等各種FCC終產物。在經歷去除含硫化合物的工藝後，石腦油就成為了具有高辛烷值的精煉廠調和汽油的組分之一。
主分餾塔的乾氣則被送至氣體回收單元（gas recovery unit），並在其中被分離為丁烷、丁烯、丙烷、丙烯、以及分子量更小的氣體（如氫氣、甲烷、乙烯、乙烷）。有些FCC的氣體回收單元也能分離出部分的乙烷和乙烯。
再生器中產生的煙氣
由於各種FCC具有不同的設計，再生器（catalyst regenerator）中附著在使用過了的催化劑上的焦炭未必會完全燃燒為二氧化碳（CO2）。每一種特定的FCC設計，都對應地有其所需的一氧化碳（CO）和二氧化碳之比。通過控制燃燒中的空氣流量，來提供所需的一氧化碳和二氧化碳之比。
化學
歷史
法國是多煤少油的國家。20世紀20年代，Eugene Jules Houdry開始研究褐煤生產汽油的催化劑，他找了一位合伙人，藥劑師E.A. Prudhomme，忽悠他搬到了巴黎附近的Beauchamp。在那裡，Houdry與他的商業夥伴創辦了一個實驗室。褐煤制汽油項目得到了法國政府的資助，Houdry建了一套示範裝置，每天加工60噸/褐煤。裝置自1929年開始運行，但是運行結果不理想，效益上沒有競爭力，法國政府撤資，這套裝置也於同年關閉。
在研究煤制油的過程中，煤先轉化成高粘度的煤焦油、烴類，然後再進一步轉化成汽油餾分，後一步與石油裂化生成汽油相似。在這一過程中，Houdry發現酸性白土，有效成分為矽鋁酸鹽（aluminosilicate），可以將褐煤中提取出來的有轉化成汽油餾分。於是，Houdry專注於將這一催化劑套用於石油加工過程。
1930年Vacuum石油公司的H.F. Sheets了解了Houdry研製催化劑的可靠結果，便邀請他到美國。經過成功的磋商，Houdry就把實驗室跟他的合伙人帶到了新澤西州保羅斯伯勒（Paulsboro,New Jersey）。1931年Houdry工藝公司（HoudryProcess Corporation）成立。同一年，Vacuum石油公司與紐約標準石油公司合併，成立Socony-Vacuum石油公司，也就是後來的美孚石油公司。1933年，每天200桶原料加工量的Houdry裝置開車運行。但是經濟大蕭條削弱了石油業務，Socony-Vacuum公司無力再支持Houdry的工作，於是就同意Houdry從其他公司尋求支持。1933年，Houdry與Sun石油公司總裁J.Howard Pew及副總裁ArthurPew, Jr.會面。不久之後，Houdry,Socony-Vacuum 和Sun簽訂聯合開發協定。1936年4月，Socony-Vacuum公司將Paulsboro一套老的熱裂解裝置改造成採用Houdry工藝的催化裂化裝置。1937年3月，Sun石油公司新建一套日加工量為15,000桶的裝置，並投入運行。裝置以循環熔鹽作為熱載體，採用電動閥實現自動切換。高辛烷值的汽油收率達到50%，原高於常規熱裂解25%的收率。Houdry裝置可以生產100號高辛烷值航空汽油，為盟軍的勝利做出了巨大貢獻。Houdry航空汽油大大提升了盟軍戰鬥機的作戰性能。據統計，盟軍戰鬥機比軸心國戰鬥機起飛與爬升的發動機動力高15~30%，有效載荷高25%，最大速度高10%，飛行高度高12%。1940年前6個月，大不列顛戰役期間，每月有100萬桶高辛烷值汽油裝備盟軍部隊。在戰爭的前兩年，Houdry裝置生產了90%的催化裂化汽油。
Houdry，1892年4月18日，出生於法國巴黎郊外，老爹是一位富有的鋼鐵製造商。大學時，他在Ecoledes Arts et Métiers學習機械工程，也是學霸呀，獲得法國政府的金獎。學霸在體育上也很牛，他還是校足球隊隊長，在畢業那年（1911年）獲得法國的冠軍。Hourdry畢業後去他爹的廠里，但是隨後一戰爆發，他在法國坦克軍團服役。1917年，在Juvincourt戰役中受重傷，獲得軍功十字勳章(Croixde Guerre)，隨後獲得騎士榮譽勳章的榮耀。戰爭結束，Houdry重回父親的工廠。Hourdry痴迷於汽油發動機跟賽車，這也點燃了他研究汽油的興趣。頗感覺個性十足，精力旺盛，很cool。1922年，他開始了對褐煤制汽油的研究。
二戰期間，Houdry堅決反對維希政府與德國納粹的媾和，當局把他開除國籍。隨後他成為“法國永遠（FranceForever）”美國分部的首腦，支持戴高樂將軍。1942年1月，Houdry成為美國公民，他的兩位兒子加入美軍，他本人在工業裝置的努力為戰爭勝利作出巨大貢獻。
1938年，Houdry技術的成功已經顯而易見了，新澤西標準石油公司聯合了其他四家印第安納標準石油公司、Anglo-Iranian石油公司、德克薩斯石油公司以及皇家殼牌，以及兩家工程公司（M.W. Kellogg和UOP），成立了催化研究協會（CRA），從事一項規避Houdry固定床催化裂化專利的工藝技術開發。後來MIT的兩位牛人Warren K. Lewis 及 Edwin R. Gilliland與CRA合作，開發了流化催化裂化（FCC）技術。
