应对稀土价格上涨压力

　　全球流化催化裂化催化剂生产商正在努力克服稀土镧和铈价格大幅上涨带来的压力。全球流化催化裂化催化剂大量应用了含稀土分子筛的材料，稀土价格暴涨造成这种催化剂生产成本增加，大幅挤压了生产商的盈利空间。据行业数据显示，2011年一季度，轻稀土中的主要元素氧化镧和氧化铈国际市场价格上涨了500%，氧化钇价格涨幅为347%，氧化铽涨幅124%，氧化钐涨幅168%，氧化镨涨幅141%，氧化钕涨幅161%，氧化铕涨幅104%。如果用价格曲线表示，从2011年1月开始，稀土氧化物曲线几乎与横坐标呈垂直状，稀土价格甚至出现了“一天一报价”、“朝报夕改”的情形。

　　稀土价格对全球流化催化裂化催化剂价格的影响巨大。当稀土价格为每千克5美元时，全球流化催化裂化催化剂的平均价格为每吨3500美元;而从当前的情况来看，假设催化剂中含有2%的稀土，稀土价格折算到催化剂生产成本已经超过每吨2000美元。

　　对数量巨大的炼厂催化剂而言，稀土可能只占一小部分，但据美国石油化工和炼油协会推算，不断飙升的稀土价格使近期全球流化催化裂化催化剂的成本上涨了25%。在全球流化催化裂化装置操作中，催化剂成本是继原油之后的第二大消耗物料成本。因此，催化剂成本高企使汽油的生产成本增加非常明显。伴随着原油价格的上涨趋势，再加上催化剂成本的上升，为了保持利润，炼油商除了降低产量外别无选择。

　　应对供应短缺的另一种思路是减少催化剂对稀土金属的依赖。这种方式的挑战性在于要依赖先进技术进行催化剂设计，而不是依赖稀土金属在催化剂基质上的分布。如何能实现这一点，目前还在摸索中，但是无稀土的催化剂试验已处于不同的改进阶段。

　　巴斯夫公司全球工艺催化剂和技术部表示，为减轻稀土成本大幅上涨带来的压力，巴斯夫公司已经采取了基于亚洲金属指数的稀土价格调节机制。雅保公司在征收稀土附加费的同时，从2010年10月1日起将流化催化裂化催化剂价格上调10%。格雷斯公司也采取了相同的征收稀土附加费的措施，2011年1月1日起将流化催化裂化催化剂价格上调5%~7%。格雷斯炼油技术公司称，征收稀土附加费虽然对公司应对稀土价格暴涨的压力有利，但不是长久之策。从长远来看，催化剂公司应该积极寻求减少稀土用量的方法并寻找稀土替代物。

　　研发新品将可减少稀土用量。在过去的半年中，格雷斯戴维逊已经推出了8个催化剂新品，降低稀土用量或不用稀土。同时该公司还与美国Rive技术公司签署合作协议，优化应用于流化催化裂化工艺中的Rive公司沸石技术。巴斯夫公司正在与客户积极配合调整和优化催化剂配方。美国宾夕法尼亚州的催化剂集团公司表示，一些催化剂公司已经开发出了不需要稀土原料的流化催化裂化催化剂，但在当前的技术水平下，这种不需要稀土的流化催化裂化催化剂只能满足炼油应用领域10%~20%的需要。要普及到整个炼油行业还需要较长的时间。从近期来说，无论是从政府层面还是公司层面，美国、加拿大和澳大利亚都正在积极投资开发更多的稀土矿。

　　开发无稀土催化裂化催化剂和助剂

　　稀土金属是催化裂化催化剂的重要组分，美国格雷斯公司旗下的格雷斯戴维逊公司是世界领先的催化裂化催化剂供应商，占据着近一半的世界催化裂化催化剂市场份额，2010年公司宣布因稀土涨价而调高了催化裂化催化剂的价格。格雷斯一直在研发无稀土催化裂化催化剂，并在低金属原料油加工中取得很好的工业应用。目前公司正致力于提高无稀土催化剂在低金属原料油中的应用性能，并开发适于渣油催化裂化的无稀土催化剂，以应对中国限制稀土金属出口的制约。

　　格雷斯戴维逊公司开发无稀土催化裂化催化剂已有一段成功的历史。早在1997年格雷斯公司就开发出应用于工业生产的NEXUS催化剂，用于低金属原料油的催化裂化。自那以后，NEXUS催化剂已有10套不同的装置使用。

　　NEXUS催化剂工业应用和新推出的几种无稀土的催化剂中包括用Z-21沸石的两个催化剂家族和用新开发的无稀土沸石Z-22的三个催化剂家族。

　　1. NEXUS催化剂的工业应用情况：2008年炼油商对催化剂进行了评价，把NEXUS催化剂与有稀土的竞争催化剂进行了对比。在原料油性质和操作参数都类似的情况下，运转结果表明，在原料油的镍当量一定的情况下，NEXUS催化剂比竞争催化剂有更好的选择性，转化率提高2.8%，氢气产率降低0.04%，干气产率降低0.5%，汽油产率提高5.0%。炼油商认为，NEXUS催化剂运转是成功的，每年得到的经济效益约为100万欧元。直到今天炼油商仍在用NEXUS催化剂运转。

　　2. 用无稀土沸石Z-21的新催化剂家族：最近，格雷斯戴维逊公司继续开发了几种无稀土的新催化剂，其中包括把无稀土的Z-21沸石与新基质相结合配方的进一步开发，推出了Resolution催化剂家族和REBEL催化剂家族。开发Resolution催化剂家族的是用于低金属原料油的催化裂化，使NEXUS催化剂的性能进一步改进。Resolution家族中的每一种催化剂都能独立调节沸石和基质的活性和选择性以及沸石或基质活性比，使配方有很大的灵活性。用于低金属原料油催化裂化时，可与标准有稀土催化剂的性能一样或高一些。根据Resolution和NEXUS催化剂ACE中试结果的比较，Resolution催化剂的转化率和液化气烯烃产率都高一些，汽油产率、渣油和焦炭产率都相近。目前用Resolution催化剂的几套装置的运转正在欧洲进行。

　　3. 最新的一种无稀土沸石：格雷斯戴维逊公司采用专用的稳定工艺和独特的处理技术提高酸性取得了突破性进展，制成了无稀土的沸石Z-22。与稀土超稳Y型沸石(REUSY)相比，在渣油和生焦量一定时，Z-22的活性相当，液化气烯烃和汽油辛烷值高一些。Z-22沸石已经推出用于加氢处理或低/中金属原料油催化裂化的几个新催化剂家族，目前正在北美进行工业试验。

　　ReplaceR催化剂是用Z-22沸石的另一个无稀土催化剂家族，中试结果表明， ReplaceR催化剂用于低金属原料油的催化裂化是可行的，无稀土催化剂可以替代有稀土催化剂。在这些催化剂家族中，基质类型和沸石/基质比是不一样的。提高配方的灵活性是可能的，能够微调使其适应催化裂化活性和选择性的特定需要。ReplaceR催化剂也是用格雷斯戴维逊公司专有的氧化铝溶胶系统制造的，由于其抗磨性好，所以颗粒物排放很少。

　　渣油催化裂化用无稀土催化剂

　　由于对沸石的稳定性有了更高的要求，所以开发渣油催化裂化用的无稀土催化剂比开发低金属原料油用的无稀土催化剂有更大的挑战。稀土金属仍然是最有效的钒捕集材料。可是，包括抗金属功能在内的制备技术，现在已成功地用于含Z-21和Z-22沸石在内的催化剂系统，推出了ReduceR催化剂家族。虽然与纯稀土渣油催化裂化催化剂的基准并不完全相当，但ReduceR催化剂可以用作有稀土渣油催化剂的调合组分，在活性、渣油和焦炭产率方面可以得到类似的结果，这样可以减少稀土的用量。格雷斯戴维逊公司仍在开发稳定性和性能好的无稀土催化剂，目的是完全替代含稀土的渣油催化剂。

　　格雷斯戴维逊公司于2009年7月宣布，开发的新型沸石催化剂可使渣油催化裂化装置增加轻循环油产率。轻循环油(沸点430~650°F)产率提高6%对炼油厂从重质烃类增产高价值液体产品如运输燃料和化学品原料而言至关重要。被称为Midas 300、含有USY-(超稳Y-型)沸石的催化剂因增大了催化剂基质的内孔隙率，从而改进了其活性。内孔隙率的孔径尺寸在100 ~ 600 Å，这对于允许重质烃类向催化剂内部自由扩散非常重要。较大的内孔隙率可通过将焦炭前身物转化成液体产品而提高总的选择性。改进的催化剂内孔隙率加上较大的酸性活性中心以及孔结构，可使污染金属的毒化影响减弱，与常规流化催化裂化催化剂相比，提高了催化剂在生成汽油和轻循环油反应中的选择性。这种Midas 300催化剂可选择性地裂化环烷芳烃化合物，而不生成焦炭或气体。Midas 300催化剂使渣油裂化三种机制的催化效应得以优化，包括大孔分子在催化剂基质上的预裂化、沸石使芳烃和长链分子破解的催化脱烷基化以及环烷环的破解。自2008年下半年起，Midas 300催化剂已在北美二套流化催化裂化装置和亚太地区一套流化催化裂化装置上商业化应用。这些装置包括一套小型瓦斯油流化催化裂化装置和一套大型渣油流化催化裂化装置。液体产品可增产6%，取决于流化催化裂化装置规模、进料类型和操作条件，效益范围每桶在0.75 ~1.50美元。

　　格雷斯戴维逊公司的催化裂化新催化剂获2009 Frost & Sulliran北美技术创新大奖。获奖的MIDAS-300催化裂化催化剂，通过提高基质的孔隙率和活性，用于最大量裂化渣油，在没有油浆循环的情况下能提高轻循环油(柴油)收率6%(体)。催化剂用沸石的活性提高也使油浆转化为轻循环油，而不多产焦炭和干气。在渣油裂化机理方面使催化作用得到优化，一是环烷环开裂，二是沸石催化芳烃脱烷基和长侧链断裂，三是大分子在催化剂基质上预裂化。目前该催化剂已商业生产，并已用于6套催化裂化工业装置。

　　格雷斯戴维逊公司2011年6月初表示，公司已经开始使八种流化催化裂化(流化催化裂化)催化剂推向商业化，这八种流化催化裂化催化剂的稀土含量非常低，有的甚至不含稀土。

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　　格雷斯戴维逊公司于2011年7月推出了三种不用稀土的催化裂化新催化剂，即ReactoR、ReplaceR和ReduceR。其中，ReactoR催化剂含Z-22沸石，采用先前为开发加稀土催化剂NADIUS的专用技术生产。这种催化剂与NADIUS催化剂相比，能提高液化气烯烃收率，但汽油收率降低，焦炭和干气产率相当。ReplaceR催化剂也用Z-22沸石，采用先前为开发加稀土催化剂NaceR的专用技术生产。ReplaceR的活性与NaceR相当，但液化气烯烃收率稍高一些，焦炭产率相当。ReactoR和ReplaceR催化剂适用于低金属原料油催化裂化。ReduceR催化剂设计提高了抗金属能力，可以与加稀土的NEKTOR渣油催化裂化催化剂混合使用，混到30%对性能没有影响。格雷斯公司先前开发用于低金属原料油催化裂化的无稀土催化剂是Resolution和REBEL，这两种催化剂都用Z-21沸石。