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作為替代蒸汽裂解，一種催化裂化（FCC）形式的工藝可以用來生產(chǎn)丙烯。在未來幾年，世界各地的丙烯需求增長預(yù)計每年將超過5％。其中，丙烯作為蒸汽裂解乙烯裝置的副產(chǎn)品，約占世界總產(chǎn)量的60％。但是，丙烯產(chǎn)量受限于乙烯裝置的丙烯/乙烯質(zhì)量比（P/E）要求，通常這一值在0.4～0.6，并且要求裂解較重的原料，如石腦油和柴油。丙烯的其他來源主要是煉油廠作為催化裂化（FCC）裝置的副產(chǎn)品。

由于乙烯市場預(yù)期的增長速度較慢于丙烯，并且由于許多在建的蒸汽裂解裝置（主要在中東）采用乙烷作為裂解原料，而它是不產(chǎn)生任何丙烯的，因此單純地依靠擴大乙烯產(chǎn)品生產(chǎn)來增產(chǎn)丙烯，看上去不能滿足市場需求。同樣，催化裂化裝置主要是為了生產(chǎn)更多的燃料（汽油和柴油），新建的催化裂化裝置可能也不會滿足市場對丙烯的需求，盡管一些煉油廠傾向于在操作上選擇較為苛刻的生產(chǎn)條件，增加產(chǎn)量來滿足市場。因此，丙烯將需要新的生產(chǎn)來源，以滿足未來的需求。

催化制丙烯及KBR公司的催化裂化工藝

目前蒸汽裂解裝置和煉油廠裝置生產(chǎn)的丙烯約占丙烯總產(chǎn)量的94％。煉廠FCC裝置可以通過催化劑添加劑的使用和較苛刻的操作條件提高丙烯產(chǎn)量。

KBR公司擁有一系列的工藝技術(shù)，可以根據(jù)不同的原料選擇相應(yīng)的技術(shù)，使丙烯成為主要的目標產(chǎn)品。這些技術(shù)包括Superflex、Maxofin和ACO技術(shù)。最早的Superflex商業(yè)化流程起源于LyondellBasell公司，主要是為了提高蒸汽裂解裝置或煉油裝置中烯烴類副產(chǎn)品中的丙烯產(chǎn)量；Maxofin是一種操作條件較為苛刻的FCC工藝，主要是為了提高處理柴油和渣油原料時丙烯的產(chǎn)量；先進催化裂化制烯烴工藝（ACO）工藝則主要是為了提高處理直餾石蠟基餾份時丙烯的產(chǎn)量。本文將主要討論ACO工藝。

KBR公司的催化裂化制烯烴工藝，如ACO，所采用的設(shè)備和本公司的FCC裝置類似。主要是通過在提升管內(nèi)的反應(yīng)，把柴油和渣油等重原料催化裂解為低分子量產(chǎn)品，如汽油，輕柴油和煤油。反應(yīng)器（轉(zhuǎn)化爐）包括四個部分： 一、提升管/反應(yīng)器，在這里物料與催化混合，并發(fā)生裂解反應(yīng)；二、沉降器，這里主要是通過旋風分離使催化劑是從氣體產(chǎn)品中分離出來；三、汽提器，主要是通過蒸汽或氮氣，把夾帶在催化劑孔隙內(nèi)的裂解產(chǎn)物汽提出來；四、再生器，通過有氧燃燒，把附著在催化劑表面上的焦炭除去，并提供熱量給裂解反應(yīng)。

KBR公司通過對FCC系統(tǒng)的機械設(shè)計方面作出局部修改，以使這一技術(shù)滿足ACO的特定操作條件，但其FCC的基本功能并沒有改變。 請注意，由于原料的性質(zhì)不同于FCC，在ACO工藝里可以不用考慮原料預(yù)熱，而其它的反應(yīng)器附屬系統(tǒng)均同于標準的FCC流程，如催化劑貯存、供氣、煙氣處理和余熱回收。

原料由提升管底部進入，并與熱再生催化劑混合。原料氣化后與催化劑一起在提升管內(nèi)向上流動，并發(fā)生裂解反應(yīng)。在提升管末端，氣體產(chǎn)品和催化劑在沉降器中的旋風分離器中分離。催化劑進入汽提器，通過蒸汽或氮氣把夾帶在催化劑孔隙中的氣體產(chǎn)物分離出來，并送往反應(yīng)后的油氣中。汽提后的催化劑送到再生器，在這里，因裂解反應(yīng)生成并附著在催化劑表面上的焦碳在空氣作用下燃燒。再生后的催化劑被送入提升管重復(fù)使用，并且提供了原料氣化和裂解反應(yīng)需要的熱量。FCC的附屬系統(tǒng)包括空氣，煙氣處理，余熱回收和催化劑貯存。反應(yīng)后的油氣通常是進入主分餾塔，然后再進行后續(xù)產(chǎn)品的分離和回收。

KBR公司的FCC兩器采用疊放設(shè)計，以同軸并流（Orthoflow）而聞名，即沉降器疊放在再生器之上，而不像其它公司的技術(shù)采用并排放置。這樣設(shè)計的優(yōu)點有幾個：首先，可以大大地節(jié)省設(shè)備的占地面積，同時也降低了基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)建設(shè)的成本。同軸并流的結(jié)構(gòu)特點可以允許設(shè)備構(gòu)件在廠外預(yù)制和分割加工，之后再到現(xiàn)場組對，只需要一次吊裝即可完成，從而節(jié)省施工成本和減少現(xiàn)場焊接工作。汽提器浸在再生器中，從而減少設(shè)備的垂直高度。KBR公司典型的FCC原理圖如圖1所示，此外還有其他一些特點可以用在ACO上，包括雙提升管（Dual risers），封閉式旋風分離器（Closed cyclones）和第三級分離器（Third-stage separator）。

雙提升管 雙提升管在FCC技術(shù)開發(fā)的早期階段使用相當普遍。當時使用雙提升管的主要原因是易于裝置規(guī)模擴大，也就是說，保證工程商業(yè)化的提升管具有與中試裝置相類似的流動特性。出于一些工藝方面原因的考慮，雙提升管可用于ACO和Maxofin上。

封閉式旋風分離器

第三級分離器主要用在對控制顆粒（粉塵）排放量有嚴格要求的地區(qū)，實踐證明第三級分離器是有效的。

ACO為何選擇直餾石蠟基餾份作為原料

石腦油是蒸汽裂解裝置的最主要原料，目前世界上超過一半的乙烯產(chǎn)量來自石腦油裂解（見圖2）。但是，丙烯的產(chǎn)量受限于丙烯/乙烯質(zhì)量比（P/E），為0.4～0.6。ACO可以生產(chǎn)更多的丙烯和其它低碳烯烴，乙烯的產(chǎn)量幾乎和丙烯相同，并采用最常見的直餾石腦油（見圖3）作為原料。因此，ACO工藝可能會引起那些已經(jīng)采用石腦油生產(chǎn)乙烯的生產(chǎn)商的重視。

用石腦油作為裂解原料是極其普遍的，尤其在歐洲和亞洲。在西歐，大約72％的乙烯生產(chǎn)原料來源于石腦油，而在中歐和中國大約是80％。

ACO工藝的技術(shù)經(jīng)濟評價與反應(yīng)器

圖3表示了蒸汽裂解和ACO的產(chǎn)品收率比較。相比之下，在相應(yīng)的操作條件下，ACO可以多產(chǎn)15％～25％的乙烯加丙烯。從圖3的例子可以看出，ACO的乙烯加丙烯收率比蒸汽裂解高出約17％。此外，ACO生產(chǎn)的汽油餾分中的BTX濃度較高，絕對芳烴產(chǎn)率約提高了20％～25％。一種比較ACO與蒸汽裂解工藝方法是比較乙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)成本（COP）。在這種簡單的分析比較中，副產(chǎn)品的收入可以抵消原料和生產(chǎn)成本，其它費用包括間接和營業(yè)成本，折舊（10％）和利潤（10％）也考慮在內(nèi)。在相同的處理量下，ACO的每噸乙烯生產(chǎn)成本相比蒸汽裂解裝置較低，約為90美元/噸乙烯。

反應(yīng)器 ACO工藝是同軸并流FCC技術(shù)與韓國SK能源公司專利催化劑的結(jié)合，催化劑的高選擇性可以使石腦油大量地轉(zhuǎn)化成丙烯和乙烯。ACO反應(yīng)器系統(tǒng)包括同軸并流構(gòu)造、雙提升管、封閉式旋風分離器、第三級分離器、專利的供燃料燃燒用的催化劑井、專利的催化劑脫除系統(tǒng)（見圖4）。

ACO反應(yīng)器的顯著特點是其相對于裝置生產(chǎn)能力的經(jīng)濟性。目前最大的液體熱裂解爐的生產(chǎn)能力約為20萬噸/年乙烯，或約30萬噸/年烯烴。相比之下，世界上最大的ACO單個反應(yīng)器（如果大小同目前世界上最大的FCC反應(yīng)器一樣）可以多生產(chǎn)約4～5倍的烯烴，或者說可以達到150萬噸/年乙烯和丙烯的生產(chǎn)能力。

雖然在許多方面，ACO反應(yīng)器與煉油廠的 FCC裝置非常相似，有一些特點，凸顯輕烯烴裂解裝置和煉油廠重油裂解裝置的差異。這些特點都是來自工程商業(yè)化的經(jīng)驗，包括下面幾個方面：

急冷換熱器 反應(yīng)油氣的冷卻類似于裂解爐，用于產(chǎn)生高壓蒸汽，從而提高生產(chǎn)過程中的能量效率。這種換熱器在FCC裝置中是沒有的，因為大量的重油副產(chǎn)品，會導致嚴重的結(jié)垢。

熱平衡 ACO過程是吸熱的，而且由于原料較輕，附著在催化劑上的焦炭產(chǎn)生熱量不足以提供裂解反應(yīng)所需的熱量。因此，必需補充燃料到反應(yīng)體系。 KBR公司設(shè)計的燃料燃燒用的催化劑井已經(jīng)工程商業(yè)化。

催化劑/烴分離 雖然旋風分離是很有效的，但總是會有些催化劑細粉隨裂解氣帶出。 KBR公司的催化劑細粉脫除系統(tǒng)已經(jīng)工程商業(yè)化并適用于ACO技術(shù)。

產(chǎn)品回收方案 ACO可以生產(chǎn)聚合級乙烯和丙烯。大部分工藝流程類似于典型的烯烴廠分離回收部分。但是也有一些鮮明的不同之處，例如，微量的FCC裝置產(chǎn)生的特有雜質(zhì)必須去除，如二氧化氮，氧和其他微量雜質(zhì)。ACO產(chǎn)品回收方案如圖5所示，這是一個前脫丙烷流程。

ACO催化劑及首套

ACO項目商業(yè)投產(chǎn)

ACO工藝的關(guān)鍵在于催化劑，它由SK能源公司開發(fā)，專門用于在流化床反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化石腦油，生成與丙烯和乙烯，具有較高的轉(zhuǎn)化率。經(jīng)過與韓國化工技術(shù)研究院七年的研發(fā)合作，最新的ACO催化劑具有較高的機械強度和水熱穩(wěn)定性，以及對低碳烯烴的高選擇性。 SK能源的研發(fā)設(shè)施位于韓國大田，已完全可以進行從實驗室催化劑制備到中試裝置一系列的研究。 KBR公司在休斯頓（德克薩斯州）的技術(shù)研發(fā)中心還擁有一套FCC中試裝置，能夠通過獨立的測試復(fù)制SK能源公司的中試結(jié)果。 KBR公司的這套FCC中試裝置，也曾用于Superflex技術(shù)的研發(fā)，另一種類似于FCC的工藝，用于生產(chǎn)丙烯。第一套工程商業(yè)化的Superflex裝置由薩索爾（Sasol）公司建在南非塞康達，其中的產(chǎn)品收率基本與中試結(jié)果一致或略高于中試。因此，SK能源公司和KBR的中試結(jié)果可以可靠地指導和預(yù)測工程商業(yè)化ACO裝置的結(jié)果。

按照ACO示范裝置的開車時間表，商業(yè)化催化劑供給已經(jīng)和一家FCC催化劑生產(chǎn)商以委托生產(chǎn)方式進行?；赟K能源公司的催化劑配方，經(jīng)過一年多的放大試驗才最后確定了催化劑的商業(yè)配方。ACO示范裝置已于2010年內(nèi)開車，會進一步驗證商業(yè)催化劑的性能。

第一套ACO示范裝置由SK能源公司建設(shè)，廠址在韓國蔚山(Ulsan)，新建設(shè)的一套ACO反應(yīng)器并入廠區(qū)現(xiàn)有設(shè)施。KBR公司于2008年完成這項示范裝置的基礎(chǔ)工程設(shè)計，接下來由SK能源公司自行完成詳細工程設(shè)計，和在全球范圍內(nèi)的設(shè)備采購。

ACO示范裝置的工作范圍包括轉(zhuǎn)化爐系統(tǒng)的安裝、新/廢催化劑處理設(shè)施和反應(yīng)產(chǎn)物熱量回收設(shè)施。從反應(yīng)器出來的油氣將直接發(fā)送到現(xiàn)有的RFCC主塔部分，而再生煙氣將被送到現(xiàn)有的RFCC CO鍋爐系統(tǒng)，再生需要的燃燒空氣由現(xiàn)有的RFCC主風機提供。

一旦投入運行， SK能源公司乙烯裂解爐的石腦油原料，將會進入ACO裝置，而反應(yīng)后的油氣將會送到現(xiàn)有的煉油廠處理。這個裝置將有足夠的能力去證明ACO反應(yīng)器系統(tǒng)預(yù)期的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率。