2.2.1　催化裂化催化劑組成

影響FCC裝置設計和操作的因素之一是該工藝中使用的催化劑類型。大多數FCC催化劑由活性成分（例如沸石）、基質（例如提供催化部位和大孔徑的無定形二氧化硅-氧化鋁）、黏合劑和填料組成[8]，如圖2-6 所示。由球形顆粒組成的FCC催化劑，通常適用于流化循環反應器，其中的沸石晶體與黏土顆粒一起分散在氧化鋁或二氧化硅-氧化鋁的活性基質中。這些球形顆粒包含較大的孔隙，這些孔隙是重質餾分大量擴散所必需的。

在當今的傳統FCC工藝中，超穩定Y沸石（USY）被用作主要的活性沸石。該材料內部不僅包含多孔結構，還存在酸位，可以將較大的分子轉化為所需的汽油分子。FCC催化劑的基質同時具有物理功能和催化功能。物理功能包括使顆粒具有完整性和耐磨性、充當傳熱介質以及提供多孔結構以允許烴類自由擴散。基質也會影響催化劑的選擇性、抗毒性和產品質量。各種二氧化硅-氧化鋁可用于生產介孔和大孔基質，原油中的較大分子可進入基質并開始預裂化。附加組分包括稀土金屬或用于捕集釩（V）和鎳（Ni）特定金屬的陷阱。通常將這些組分混合在含水漿料中，然后以噴霧干燥的方式形成大小均勻的球形顆粒，該顆粒與FCC催化劑混合后即可投入再生器中流化。

圖2-6　FCC催化劑的示意

FCC催化劑顆粒的排列形成了一個從大孔到中孔再到微孔的分層孔結構，如圖2-7所示。每一個孔隙在整個催化過程中都具有確切的作用。反應物中的重分子可在中孔和微孔中轉化為理想的產物（瓦斯油和汽油）。

圖2-7　FCC催化劑中分層孔結構的示意

盡管FCC裝置是專為幫助將低價油轉化為更多汽油而開發的，但該裝置和工藝已進行了幾處修改。為了生產更多的理想產物，更多的ZSM-5分子篩替代原有的Y沸石用作FCC單元中催化劑的主要活性成分。

FCC裝置的主要目標是提高低價值的碳氫化合物質量，例如殘渣進料，其中通常包含較高含量的污染物，例如鎳、釩、鈉、鐵和鈣，這些污染物會降低催化劑的活性。在所有這些金屬中，釩對FCC催化劑的毒害作用最為強烈，因為釩的毒性可以從一顆催化劑顆粒移動到另一顆，從而污染了較新的活性位點和老化后的催化劑。有時也可以用釩來衡量FCC中新鮮催化劑的量，以通過測量催化劑中的釩含量來判斷催化劑的整體活性[9]。釩不僅能促進脫氫反應，生成更多的焦炭，還能侵蝕沸石的晶體結構，導致沸石孔隙塌陷、表面積降低，從而最后引起結構塌陷。