CN101687730A - 用于生产柴油和芳族化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于生产低硫柴油和芳族化合物的方法,其中使C9+烃加氢裂化以生产低硫柴油和石脑油沸程料流,该石脑油沸程料流在综合烷基转移区被烷基转移以生产二甲苯。
Description
发明背景
本发明涉及用于转化烃原料以生产低硫柴油和包括二甲苯的芳族化合物的方法。更具体地,本发明涉及将烃原料中包含的多环芳族化合物选择性加氢裂化以生产低硫柴油和芳族化合物,将所述芳族化合物在综合(integrated)烷基转移区中进行烷基转移以生产最期望的二甲苯异构体。
已经认识到由于环境问题和新制定的规章制度,可销售的产品必须符合越来越低的污染物量限定。最近,新的制度要求从用于运输燃料如汽油和柴油的液态烃中基本上完全除去硫。
由石油作为原料大规模生产二甲苯异构体用于多种重要的化工品。最重要的二甲苯异构体是用于聚酯的主要原料对二甲苯,其由于基本需求大而持续享有高增长率。邻二甲苯用于生产邻苯二甲酸酐,该邻苯二甲酸酐具有高容量但成熟的市场。间二甲苯用于诸如增塑剂、偶氮染料和木材防腐剂这样的使用较少但容量增长的产品。乙苯一般存在于二甲苯混合物中并且有时被回收用于生产苯乙烯,但通常被认为是C8芳族化合物的较不期望的成分。
在芳族烃中,作为用于化工品的原料,二甲苯的整体重要性比得上苯。二甲苯和苯都不是由石油通过将足量石脑油进行重整来生产以满足需求,而需要使其它烃转化以增加二甲苯和苯的收率。最普遍地,将甲苯脱烷基化以生产苯或将甲苯歧化以获得苯和C8芳族化合物,从所述C8芳族化合物中回收单独的二甲苯异构体。新近,已经提出了选择性歧化甲苯以获得高于平衡收率的对二甲苯的方法。
信息公开内容
US 4,276,437(Chu)教导了使用已经通过用第IIIB族元素的化合物处理改性的沸石使烷基芳族化合物烷基转移和歧化以主要获得1,4-烷基芳族异构体。催化剂任选地包含磷,并且预期第IIIB族金属以氧化态存在。
US 4,127,471(Suggitt等)公开了用于在温和加氢裂化条件下加氢裂化进料随后烷基转移的方法。
发明概述
本发明是用于生产低硫柴油和芳族化合物的方法,其中将包含多环芳族化合物的含烃原料加氢裂化并部分转化以优选地生产柴油和二甲苯。在热高压汽提塔中分离来自加氢裂化装置的流出物以生产包含沸点在石脑油范围的烃的塔顶蒸气料流和沸点超过石脑油范围的液态烃料流,所述液态烃料流包含低硫柴油并可以进一步加氢处理使芳族化合物饱和,由此提高十六烷品级。将沸点在石脑油范围的烃冷凝,汽提出硫化氢然后将其引入汽提区以除去通常为气态的烃。将至少部分沸点在石脑油范围的烃引入烷基转移区。首先基于单程通过将不含硫化物的补充氢气引入烷基转移区,然后在将其引入加氢裂化装置前进一步压缩。
附图简述
附图为本发明优选实施方案的简化工艺流程图。所述附图旨在示意性例示本发明,而并非是对本发明的限制。
发明详述
本发明的方法特别用于由烃原料生产二甲苯和柴油。合适的烃原料沸点为149℃(300°F)-399℃(750°F)并优选包含至少50体积%芳族化合物。特别优选的原料包含至少部分轻循环油(LCO),其为流化床催化裂化(FCC)工艺的副产物。LCO是经济并有利的原料,因为LCO作为最终产物是不令人满意的且其包含大量的硫、氮和多核芳族化合物。因此,本发明能够将低价LCO料流转化为有价值的二甲苯烃化合物和柴油。
在本发明优选的一个实施方案中,首先在加氢处理反应条件下将所选原料与液态再循环料流和氢一起引入脱氮和脱硫反应区。优选的脱氮和脱硫反应条件或加氢处理反应条件包括温度为204℃(400°F)-482℃(900°F),压力为3.5MPa(500psig)-17.3MPa(2500psig),新鲜含烃原料的液体时空速为0.1hr-1-10hr-1,具有加氢处理催化剂或加氢处理催化剂的组合。
本文所使用的术语“加氢处理”是指这样的方法:其中在主要对除去杂原子如硫和氮具有活性的适当催化剂的存在下使用含氢处理气。本发明中使用的适当加氢处理催化剂是任何已知的常规加氢处理催化剂,并包括在高表面积载体材料优选氧化铝上包含以下金属的那些:至少一种第VIII族金属,优选铁、钴和镍,更优选钴和/或镍,以及至少一种第VI族金属,优选钼和钨。其它合适的加氢处理催化剂包括沸石催化剂以及贵金属催化剂,其中贵金属选自钯和铂。在相同反应容器中使用多于一种加氢处理催化剂在本发明的范围内。第VIII族金属通常以2重量%-20重量%,优选4重量%-12重量%的量存在。第VI族金属通常以1重量%-25重量%,优选2重量%-25重量%的量存在。典型的加氢处理温度为204℃(400°F)-482℃(900°F),压力为3.5MPa(500psig)-17.3MPa(2500psig),优选为3.5MPa(500psig)-13.9MPa(2000psig)。
根据本发明的优选实施方案,将来自脱氮和脱硫区的所得流出物引入加氢裂化区。加氢裂化区可以包含一种或多种相同或不同的催化剂的床。在一个实施方案中,优选的加氢裂化催化剂利用无定形基或与一种或多种第VIII族或第VIB族金属加氢组分结合的低级沸石基(low-level zeolitebase)。在另一实施方案中,加氢裂化区包含催化剂,所述催化剂通常包含其上沉积有较小比例的第VIII族金属加氢组分的任何结晶沸石裂化基(cracking base)。其它加氢组分可以选自第VIB族用于与沸石基结合。沸石裂化基在本领域中有时被称为分子筛,并且通常由二氧化硅、氧化铝和一种或多种可交换阳离子,例如钠、镁、钙、稀土金属等组成。它们的特征还在于相对均匀的晶孔直径为4埃-14埃。优选采用二氧化硅/氧化铝的摩尔比为3-12的沸石。合适的天然发现的沸石包括例如丝光沸石、辉沸石(stillbite)、片沸石、镁碱沸石(ferrierite)、环晶石(dachiardite)、菱沸石、毛沸石和八面沸石。合适的合成沸石包括例如B、X、Y和L晶型,例如合成八面沸石和丝光沸石。优选的沸石是晶孔直径为8埃-12埃的那些,其中二氧化硅/氧化铝的摩尔比为4-6。落在优选范围中的沸石的最佳实例是合成Y分子筛。
天然存在的沸石通常是钠型、碱土金属型或混合型。合成沸石几乎总是首先被制成钠型。在任何情况下,对于用作裂化基,优选将大部分或全部原沸石型单价金属与多价金属和/或与铵盐离子交换,随后加热以使与沸石缔合的铵离子分解,在其位置上留下氢离子和/或交换位点,其实际上通过进一步除水使其除阳离子。氢或这种“除阳离子的”Y沸石更具体地描述于US 3,130,006中。
混合的多价金属-氢沸石可以通过首先与铵盐离子交换,再部分返回与多价金属盐交换,然后煅烧而制备。在某些情况下,如在合成丝光沸石的情况下,可以通过对碱金属沸石进行直接酸处理以制备氢形式。优选的裂化基是基于初始离子交换容量至少10%,优选至少20%金属阳离子不足的那些。特别期望且稳定的沸石类别是其中至少20%离子交换容量被氢离子满足的那些。
在本发明的优选加氢裂化催化剂中用作加氢组分的活性金属是第VIII族的那些,即铁、钴、镍、钌、铑、钯、锇、铱和铂。除了这些金属以外,其它助催化剂也可以与它们一起使用,包括第VIB族金属,例如钼和钨。加氢金属在催化剂中的量可以在宽范围变化。概括地说,可以使用0.05重量%-30重量%之间的任何量。在贵金属的情况下,一般优选使用0.05重量%-2重量%。用于引入加氢金属的优选方法是将沸石基材料与所期望金属的适当化合物的水溶液接触,其中金属以阳离子形式存在。加入所选加氢金属之后,然后如果需要对所得催化剂粉末进行过滤、干燥、与加入的润滑剂、基料等一起造粒,并在例如371℃-648℃(700°F-1200°F)的温度下在空气中煅烧,以使催化剂活化并使铵离子分解。或者,可以首先将沸石组分造粒,随后加入加氢组分,并通过煅烧进行活化。前述的催化剂可以以未被稀释的形式使用,或者可以将粉末化沸石催化剂与5重量%-90重量%的其它活性较低的催化剂、稀释剂或粘合剂,例如氧化铝、硅胶、硅铝共凝胶、活化粘土等混合并造粒。这些稀释剂可以直接使用,或者它们可以包含较少比例的加入的加氢金属,例如第VIB和/或第VIII族金属。
其它金属促进的加氢裂化催化剂也可以用于本发明的方法,其包含例如铝磷酸盐分子筛、晶态铬硅酸盐(chromosilicate)和其它晶态硅酸盐。晶态铬硅酸盐更全面描述在US 4,363,718(Klotz)中。
在氢的存在下并优选在以下加氢裂化反应器条件下将含烃原料与加氢裂化催化剂接触进行加氢裂化:温度为232℃(450°F)-468℃(875°F),压力为3.5MPa(500psig)-20.8MPa(3000psig),液体时空速(LHSV)为0.1hr-1-30hr-1,氢循环速率为337标准m3/m3(2000标准立方英尺每桶)-4200m3/m3(25000标准立方英尺每桶)。根据本发明,以生产二甲苯化合物和低硫柴油为目的在原料的基础上选择加氢裂化条件。
加氢处理/加氢裂化区可以包括一种或多种容器或床,其各自包含一种或多种类型的加氢处理催化剂或加氢裂化催化剂。当使液态烃料流再循环入加氢处理/加氢裂化区时,可以将再循环料流直接引入加氢裂化催化剂,或者可以流过加氢处理催化剂床然后与加氢裂化催化剂接触。
将来自加氢裂化区的流出物引入热高压汽提塔中以生产包含氢、硫化氢、氨、以及包括C10-芳族烃的石脑油沸程烃的蒸气料流和包含柴油沸程烃的第一液态含烃料流。优选在149℃(300°F)-288℃(550°F)的温度和3.5MPa(500psig)-17.3MPa(2500psig)的压力下操作热高压汽提塔。
将蒸气料流部分冷凝以生产包含沸点范围为38℃(100°F)-220℃(428°F)的包括C10-芳族烃的烃的液态烃料流和包含氢、硫化氢和氨的蒸气料流,对所述蒸气料流处理除去硫化氢和氨以提供富氢再循环气。将至少部分冷凝的液态烃料流汽提除去通常为气态的烃化合物和任何溶解的硫化氢和氨。然后将所得的汽提的石脑油沸程烃料流进行分馏以分离苯、甲苯、二甲苯和更高沸点的芳族化合物。在优选实施方案中,将至少部分苯和甲苯以及碳数为9和10的芳族化合物引入烷基转移区以提高二甲苯化合物的生产。还将单程通过的富氢气态料流引入烷基转移区。该气态料流是综合方法的主要补充氢气,并优选包含至少98摩尔%的氢,基本上不含硫化氢或氨。烷基转移区中优选采用的操作条件通常包括温度为177℃(350°F)-525℃(977°F)并且液体时空速为0.2hr-1-10hr-1。
在烷基转移区可以使用任何合适的烷基转移催化剂。优选的烷基转移催化剂包含分子筛,耐火无机氧化物和还原的非骨架弱金属。优选的分子筛是沸石型铝硅酸盐,其可以是任何的二氧化硅与氧化铝的比高于10且孔径为5埃-8埃的那些。可以使用的沸石的具体实例为MFI、MEL、EUO、FER、MFS、MTT、MTW、TON、MOR和FAU型沸石。
优选的MFI型沸石的制备是本领域技术人员众所周知的。通常通过将包含氧化铝源、二氧化硅源、碱金属源、水和四烷基铵化合物或其前体的混合物结晶来制备沸石。存在于催化剂中的沸石的量可以显著变化,但通常以催化剂的30质量%-90质量%并优选50质量%-70质量%的量存在。
优选利用耐火基料或基体以促进烷基转移催化剂的制造,提供强度并降低制造成本。基料在组合物中应该均匀并且相对方法中使用的条件难熔。合适的基料包括无机氧化物,例如一种或多种氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铬、二氧化钛、氧化硼、氧化钍、氧化锌和二氧化硅。氧化铝和/或二氧化硅是优选的基料。
基料或基体组分的一个适当实例为含磷氧化铝(下文被称为铝磷酸盐)组分。可以通过本领域已知的任何可接受方式将磷与氧化铝合并。制备该铝磷酸盐的一种优选方法在US 4,629,717中描述,其以引用的方式并入本文。在‘717专利中描述的技术涉及使用众所周知的油滴法将包含磷化合物的氧化铝水溶胶凝胶化。通常该技术涉及在80℃-105℃的回流温度下通过在盐酸水溶液中消化铝而制备水溶胶。溶胶中的铝与氯化物(chloride)的比为0.7∶1-1.5∶1质量比。此时向溶胶中添加磷化合物。优选的磷化合物为磷酸、亚磷酸和磷酸铵。基于元素以摩尔比表示的磷和铝的相对量为1∶1-1∶100。然后将所得铝磷酸盐水溶胶混合物进行胶凝。胶凝该混合物的一种方法涉及将胶凝剂与混合物结合然后将所得结合混合物分散在油池或油塔中,所述油池或油塔已经被加热至高温使得随着球形颗粒的形成而发生凝胶化。本方法中可以使用的胶凝剂可以是六亚甲基四胺、脲或其混合物。在高温下胶凝剂释放氨,这使水溶胶球凝结为水胶凝球或将水溶胶球转化为水胶凝球。然后将球从油池中连续提取出并通常使其在油中和在氨型溶液中进行特殊老化和干燥处理以进一步改善它们的物理性质。然后洗涤所得的老化和胶凝颗粒并在100℃-150℃的相对低温下干燥,并在450℃-700℃的温度下进行1小时-20小时的煅烧程序。存在(作为氧化物)于催化剂中的含磷氧化铝组分的量可以是10质量%-70质量%并优选30质量%-50质量%。
通过本领域众所周知的方式将沸石和铝磷酸盐基料混合并形成颗粒,所述方式例如凝胶化、成丸、球化、成粒(marumerizing)、喷雾干燥、挤出、这些技术的任意组合。制备沸石/铝磷酸盐载体的优选方法涉及将沸石添加至氧化铝溶胶或磷化合物中,通过采用上述油滴法形成氧化铝溶胶/沸石/磷化合物的混合物,此时将其形成颗粒。如上所述煅烧所述颗粒提供用于金属组分的载体。
优选催化剂的另一组分为弱的非骨架金属。金属主要以被还原的状态存在于最终催化剂中,即超过50%金属,优选至少75%并更优选至少90%金属以低于+3的氧化态存在于催化剂中。在300℃-500℃的温度下,弱金属促进H2/D2的交换而不影响甲基环己烷的脱氢作用。优选地,金属选自铂、钯、镍、钨、镓、铼和铋,更优选基本上由镓或铋组成,并最优选基本上由镓组成。
在优选催化剂的制备中,可以以任何适当方式将镓或铋组分沉积于载体上以影响催化剂的所公开的特性。通过用镓金属盐浸渍载体将镓组分适当地沉积于载体上。用选自以下的镓盐浸渍颗粒:硝酸镓、氯化镓、溴化镓、氢氧化镓、乙酸镓等。合适的铋盐包括例如硝酸铋、乙酸铋、三氯化铋、三溴化铋和三氧化铋。沉积在载体上的镓和/或铋的量以元素金属表示为最终催化剂的0.1质量%-5质量%。
通过本领域众所周知的任何技术可以使镓和/或铋组分浸渍到载体颗粒上,所述技术例如将催化剂浸入金属化合物的溶液中或将溶液喷雾于载体上。制备的一种优选方法涉及使用带蒸汽夹套的旋转干燥器。将载体颗粒浸没于干燥器包含的浸渍溶液中,并通过干燥器的旋转运动使载体颗粒在那里翻转。通过将蒸汽应用于干燥器夹套来加速与翻转载体接触的溶液的蒸发。在颗粒被完全干燥后,将它们在500℃-700℃的温度下在氢气氛中加热1小时-15小时。尽管优选纯氢气氛来还原和分散金属,但可以用氮稀释氢。接着在空气和蒸汽中在400℃-700℃的温度下将经氢处理的颗粒加热1小时-10小时。空气中存在的蒸汽的量为1%-40%。
将来自烷基转移区的流出物引入蒸气-液体分离器以提供富氢气态料流,其被压缩并用作加氢裂化区的补充氢气。将来自蒸气-液体分离器的石脑油沸程液态烃汽提以除去沸点低于苯的烃,然后将其送至分馏部分以分离苯、甲苯、二甲苯和更高沸点芳族化合物。在优选实施方案中,可使苯和甲苯再循环至烷基转移区以使最有价值的二甲苯的收率最大。如果以二甲苯生产为代价期望更多的苯和甲苯,则它们可送至产物罐。例如,如果操作者希望生产其它高辛烷值汽油,则苯/甲苯净产物流速会增加从而使总体二甲苯生产下降。这种容易利用的特性提供非常灵活的方法以生产不同产品构成。
根据本发明,在第一级压缩机中将补充氢气压缩至适于引入烷基转移区的压力。在流过烷基转移区后,分离富氢气体并将其送至第二级压缩机,其后将富氢气体送至四个潜在位置,即1)用于热高压汽提塔的汽提气体供给(services),2)石脑油汽提塔,3)送至芳烃加氢区的补充气体和4)直接送至加氢裂化区的补充气体。补充氢气首先通过烷基转移区的分级使用使烷基转移区和芳烃加氢区不需要单独的再循环气体压缩机。优选对来自石脑油汽提塔顶部的富氢气体进行胺处理以除去硫化氢并水洗除去氨,并将其送至加氢裂化区再循环气体压缩机,所述压缩机然后将再循环氢气送至两个潜在位置,即芳烃加氢区和加氢裂化区。
从热高压汽提塔底部回收的且沸点通常超过石脑油沸程并在柴油沸程中的液态烃料流,在一个实施方案中可以部分再循环至加氢裂化区,在另一实施方案中可以至少部分在芳烃加氢区反应。可以利用任何合适的加氢处理催化剂使芳族化合物加氢以改善十六烷值。在另一实施方案中,可以回收全部料流作为低硫柴油产品料流。
附图详述
附图为本发明优选实施方案的简化工艺流程图。附图旨在示意性例示本发明,而并非是对本发明的限制。
将包含轻循环油的液态含烃原料经管道1引入方法中,并与由管道44提供的下文所述富氢气态料流混合。所得混合物经管道2输送并与由管道45提供的下文所述液态含烃再循环料流合并。该所得混合物经管道3输送并引入加氢处理/加氢裂化区4。将来自加氢处理/加氢裂化区4的流出物经管道5输送并引入热高压汽提塔6。从热蒸气液体分离器6经管道7移出热蒸气料流,部分冷凝并引入石脑油汽提塔8。从石脑油汽提塔8经管道46移出富氢气态料流并引入胺洗涤塔47。从胺洗涤塔47经管道48移出硫化氢和氨并回收。从胺洗涤塔47移出具有浓度降低的硫化氢和氨的富氢气态料流并经管道49输送。从石脑油汽提塔8经管道9移出包含石脑油的液态含烃料流,并且部分经管道11引入热蒸气液体汽提塔6作为回流,另一部分经管道10输送并引入汽提塔20。经管道28将基本上不包含硫化氢的富氢气态料流引入第一级补充压缩机29,并且将所得压缩的富氢气体经管道52输送并经管道14引入烷基转移区15。将来自烷基转移区15的流出物经管道16输送并引入蒸气液体分离器17。从蒸气液体分离器17经管道18移出富氢气态料流并引入第二级补充压缩机30以生产压缩的富氢气态料流,其经管道31运送。从蒸气液体分离器17经管道19移出包含经烷基转移的烃的液态含烃料流并引入汽提塔20。从汽提塔20经管道53中移出包含通常为气态烃的蒸气料流并回收。从汽提塔20经管道21移出液态含烃料流并引入分馏区22。从分馏区22经管道24移出包含苯和甲苯的料流,并且部分经管道51和14输送并引入烷基转移区15。从分馏区22经管道24和60移出包含苯和甲苯的另一部分料流并回收。从分馏区22经管道23移出包含C8+芳族化合物的液态料流并引入分馏区25。从分馏区25经管道26移出包含二甲苯的料流并回收。从分馏区25经管道50移出包含C9和C10芳族化合物的侧馏分料流并经管道50、51和14引入烷基转移区15。从分馏区25经管道27移出包含C10+芳族化合物的烃料流并引入分馏区12以生产超低硫柴油料流,其经管道13输送并从分馏区12移出。从热高压汽提塔6经管道33移出包含沸点超过石脑油范围的烃的液态烃料流,并且部分经管道45和3输送并引入加氢处理/加氢裂化区4作为上文所述的液态烃再循环料流,另一部分经管道34和35输送并引入芳族化合物加氢区36。来自芳族化合物加氢区36的流出物经管道37输送,部分冷凝并引入蒸气液体分离器38。从蒸气液体分离器38经管道39移出包含沸点范围高于石脑油的烃并具有低浓度硫的液态烃料流并引入分馏区12。从蒸气液体分离器38经管道40移出富氢气态料流并与如前所述的经管道49提供的富氢气态料流合并,将所得混合物经管道42输送并引入再循环压缩机43。从再循环压缩机43经管道55移出所得的压缩的富氢气态料流,并且部分经管道44、2和3运送并引入加氢处理/加氢裂化区4作为如上文所述的富氢再循环气体,并且另一部分经管道41运送并与如上文所述的经管道31提供的富氢气态料流合并,并且所得混合物经管道32和35输送并引入芳族化合物加氢区36。经管道31和32提供富氢气态料流并引入石脑油汽提塔8。另一富氢气态料流经管道31和56提供并引入热高压汽提塔6。
前述说明和附图清楚地例示了本发明方法所包括的优点以及采用该方法获得的有益效果。
Claims (9)
1.一种生产低硫柴油和芳族化合物的方法,所述方法包括:
(a)使包含C9+烃的含烃料流在包含加氢裂化催化剂的加氢裂化区反应以生产包含二甲苯的加氢裂化区流出物;
(b)使加氢裂化区流出物进入热高压汽提塔以生产包含沸点为38℃-220℃的烃的塔顶蒸气料流和包含沸点超过220℃的烃的液态烃料流;
(c)使至少部分塔顶蒸气料流冷凝以生产包含沸点为38℃-220℃的烃的塔顶液态烃料流;
(d)使至少部分在步骤(c)中生产的塔顶液态烃料流分离并在烷基转移区与补充氢气反应以生产含烃烷基转移流出物和包含氢的气态料流;
(e)使至少部分在步骤(d)中生产的包含氢的气态料流进入加氢裂化区;以及
(f)回收二甲苯。
2.根据权利要求1所述的方法,其还包括以下步骤:使至少部分在步骤(b)中生产的包含沸点超过220℃的烃的液态烃料流进入加氢裂化区。
3.根据权利要求2所述的方法,其还包括以下步骤:使第二部分在步骤(b)中生产的包含沸点超过220℃的烃的液态烃料流进入芳族化合物加氢反应区。
4.根据权利要求1所述的方法,其还包括以下步骤:使至少部分在步骤(b)中生产的包含沸点超过220℃的烃的液态烃料流在芳族化合物加氢反应区反应。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法,其中所述包含C9+烃的含烃料流包含轻循环油。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的方法,其中所述热高压汽提塔在温度为149℃-288℃和压力为3.5MPa-17.3MPa(表压)下操作。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的方法,其中所述加氢裂化区在包含以下条件的条件下操作:温度为232℃-468℃,压力为3.5MPa-20.8MPa(表压),液体时空速(LHSV)为0.1hr-1-30hr-1,并且氢循环速率为337标准m3/m3-4200标准m3/m3。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的方法,其中所述烷基转移区在包含以下条件的条件下操作:温度为177℃-525℃,液体时空速为0.2hr-1-10hr-1。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的方法,其中所述加氢裂化区包含加氢裂化催化剂和加氢处理催化剂。
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