催化剂积炭改性调控重油催化裂化反应过程的基础研究

石油烃类催化裂化过程中焦炭的沉积导致分子筛催化剂孔道结构、活性中心等发生变化，但催化剂的适量积炭可改变对烃类分子的扩散约束或空间位阻作用，从而调控催化裂化反应的选择性和产品分布。本项目从研究催化剂积炭前后微观结构与活性变化出发，重新认识积炭催化剂在重油催化裂化过程中的择形催化作用。拟采用原位表征及在线反应检测等实验方法，对不同反应苛刻度条件下各层次石油馏分（液化气、汽油馏分、柴油馏分、减压蜡油、常压重油）催化裂化反应积炭后的催化剂进行深入剖析，系统揭示积炭催化剂孔道结构、酸性特征及焦炭沉积位置变化规律与催化原料类型、反应条件之间的内在关系，并进一步研究石油烃类分子在不同积炭催化剂上的扩散-吸附-反应行为，确定积炭催化剂在重油催化裂化过程中的催化性能，揭示催化裂化过程中与再生催化剂的耦合作用机理，为强化重油催化裂化反应过程，开发重油催化裂化新技术提供理论基础。

利用汽油烃类在催化裂化过程中焦炭主要沉积在催化剂的微孔和强酸活性中心的表面，积炭催化剂依然具有较高的反应活性，该积炭催化剂可用于重油催化裂化。.通过对各层次馏分（液化气、催化裂化汽油、催化裂化柴油、减压蜡油、常压重油）催化剂孔道结构、表面性能以及吸附－反应活性中心等性质的测定，发现在汽油催化改质过程中Y型分子筛的积炭量较少，主要沉积在催化剂的微孔内，积炭在催化剂的径向均匀分布；积炭使催化剂的大、中孔比例增大，在重油转化中不会减弱烃类大分子（胶质、沥青质）的裂化反应；同时催化裂化汽油积炭主要覆盖了催化剂的强酸中心，减弱了重油扩散初始阶段强酸中心对极性大分子的吸附，大幅度减少了重油一次转化过程中的生焦反应。. 利用小型固定流化床实验装置对不同烃类在积炭催化剂上的反应性能进行了研究。发现积炭后催化剂对烯烃、异构烷烃和环烷烃的反应影响较大，对正构烷烃和芳烃的反应影响较小。其中减压蜡油和重油积炭催化剂对正构烷烃的裂化性能影响较大；催化剂微量积炭可以抑制环烷烃生成环烯烃再一步深度氢转移生成芳烃和焦炭的反应。此外，研究表明芳烃的反应活性对焦炭产率的贡献大。. 对比研究了不同石油馏分积炭催化剂的催化性能。当使用不同类型积炭催化剂进行汽油催化反应时，积炭后催化剂可以抑制小分子的裂化，而且积炭催化剂使用的馏分越重，影响程度越大；当进行重油裂化时，使用积炭催化剂后汽油产率大幅度下降，而柴油产率增加。由此发现，使用积炭催化剂可以定向调变产物的选择性。.在催化裂化工艺中，利用汽油改质反应器的待生剂活性高、温度低的特点，将其返回重油提升管反应器，一方面改变了进入主提升管反应器的催化剂性质，另一方面降低了进入主提升管反应器的催化剂的温度，并提高了剂油比，可以实现对主提升管反应器中重油裂化反应的调控；从而强化了重油大分子中芳碳的烷基桥链或环烷基发生断裂，使大分子中的双、三环芳烃基团落入柴油馏分；并且提高了汽油馏分中的小分子烃类的产率，特别是C6烃类的产率高了5个百分点。