成果简介：
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。
技术特点及技术指标：
技术优势：
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。
（1）原油/重油分级气相催化裂解制化学品工艺流程示意图
（2） 自混合下行循环流化床快速热解反应装备
（3）TMP 两段提升管催化裂解多产丙烯新技术
（3）国内外相关机构技术对比
国外从事相关研究的主要机构：
国内从事相关研究的主要机构：
应用领域：
目前已建成 7L/h原油下行循环流化床分级气相毫秒裂解评价装置，并已完成多种原油、重油 和中低温煤焦油的热态中试。大庆原油单程热态试验：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%）。2021 年 9 月通过由中国化工学会组织、由清华大学金涌院士、中国石化工程公 司孙丽丽院士等 7 位专家组成的技术评价委员会评价，一致认为“自主开发的原油分级气相催化裂 解制化工原料技术在基础理论、工艺、催化剂体系及其配套装备技术等方面均取得显著突破，原始 创新性强。该成果具备了开展工业示范的条件和基础，建议尽快实现工业化示范。”
目前部分成果已应用于大庆炼化合作建设 12 万吨/年 TMP 装置；正与陕西延长集团和中国海外石化厂合作进行 50 万吨/年原油分级气相毫秒裂解制化学品工程示范装置的前期立项和环评工 作；已与中国石化青岛炼油化工有限责任公司达成合作意向，近期将完成工业中式示范。
投入需求：
支持在中石化青岛大炼油建设 20 万吨/年原油/渣油分级气相催化裂解制化学品的工业示范装 置，为山东省乃至全国炼油业化工型升级转型提供技术支撑；在相关首台套项目审批与推进过程中 希望能加快流程并获得足够资金支持。
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）
成果受资助及获奖情况：
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
技术成熟程度： 已在产业中应用
拟合作方式：☑其他
