催化裂化裝置用劑的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與評價(jià)

趙 博，高明軍，譚映臨，張新功，葉 紅

（青島惠城環(huán)保科技股份有限公司，山東 青島 266500）

催化裂化技術(shù)是煉油工業(yè)中重質(zhì)油二次加工的主要途徑和提高輕油收率的重要手段，也是我國車用汽油的主要來源。隨著石化企業(yè)裝置復(fù)雜程度的不斷提高，作為煉油廠關(guān)鍵裝置的FCC裝置也成為石化企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要選擇[1]。在工業(yè)催化裂化中，催化劑作為活性來源，對處理能力、產(chǎn)品產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，乃至生產(chǎn)成本均起著主要作用[2]。因此FCC催化劑配方的選擇就尤為關(guān)鍵，除了需滿足基本理化指標(biāo)達(dá)到合適流化狀態(tài)和機(jī)械強(qiáng)度之外，還需對其活性選擇性進(jìn)行評價(jià)，國內(nèi)普遍使用的FCC催化劑活性評價(jià)裝置主要有輕油微反[3]、重油微反、FFB小型固定流化床、提升管和ACE[4]等實(shí)驗(yàn)裝置。反應(yīng)性能評價(jià)是表征其促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)能力大小的重要指標(biāo)。

青島惠城環(huán)?？萍脊煞萦邢薰緸闈M足不同客戶裝置的操作條件、工藝過程和設(shè)備型式對不同F(xiàn)CC催化劑需求，采用“按需定制、靈活集成”的個(gè)性化催化劑定制方案。建立了三級評價(jià)體系，以收集到的裝置情況、原料油數(shù)據(jù)、操作參數(shù)和產(chǎn)品分布等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合積累的豐富經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)思路制備催化劑，通過多種分析評價(jià)手段為客戶篩選合適的催化劑配方。本文以某煉廠X為例，對催化裂化裝置用劑從實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)開始到提升管評價(jià)結(jié)束進(jìn)行了介紹，整理了催化劑制備思路和評價(jià)流程，以供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)指正。

1 裝置基本情況和客戶需求

某煉廠X催化裂化裝置加工能力為120萬t/a，以多產(chǎn)汽油和丙烯為目的，主要操作條件和產(chǎn)物分布見表1，原料油數(shù)據(jù)見表2。目前在用催化劑Y，單耗1.25kg/t，平衡劑數(shù)據(jù)見表3。

表1 裝置主要操作條件和產(chǎn)物分布

表2 原料油數(shù)據(jù)表

表3 平衡劑數(shù)據(jù)表

2 配方設(shè)計(jì)思路及催化劑性質(zhì)

催化劑配方設(shè)計(jì)思路：①采用專有高性能分散基質(zhì)，梯度分布的孔結(jié)構(gòu)提高其可接近性，能提高催化劑穩(wěn)定性和活性的同時(shí)，減少過度裂化的發(fā)生[5]；②采用化學(xué)超穩(wěn)化Y型分子篩為主要活性組分，調(diào)整稀土含量和超穩(wěn)化程度使催化劑具有適度的階梯分布裂化活性[6-7]；③根據(jù)原料油性質(zhì)有針對性地賦予部分抗重金屬（鎳釩等）污染性能和抗堿性氮中毒性能，控制基質(zhì)的焦炭選擇性[8-9]；④采用專有的鋁溶膠技術(shù)與特有的催化劑制備技術(shù)，賦予催化劑優(yōu)異的抗磨損性能，將催化劑的跑損減至最低[10]。根據(jù)此設(shè)計(jì)思路得到兩個(gè)配方，實(shí)驗(yàn)室制備相應(yīng)數(shù)量樣品，制備流程如圖1所示。裝置在用劑與制備所得配方A/B的化學(xué)組成、微反活性及其他理化性質(zhì)如表4所示。由表4可知，配方A和配方B與在用劑相比在稀土含量、孔體積等方面做了相應(yīng)的調(diào)整，其他理化指標(biāo)均滿足使用要求。

圖1 催化裂化催化劑實(shí)驗(yàn)室制備流程

表4 裝置在用劑和配方A/B數(shù)據(jù)表

催化劑配方制備需兩種Y型分子篩樣品，REY和REUSY。REY分子篩經(jīng)NaY稀土交換、一次銨交換后高溫焙燒，二次銨交換后得到成品分子篩，稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為12.0%。REUSY分子篩經(jīng)NaY一次銨交換后高溫水熱超穩(wěn)處理，二次銨交換、稀土交換后得到成品分子篩，稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10.0%。催化劑制備時(shí)，配方A加入REY和REUSY兩種分子篩樣品；配方B僅加入REY分子篩，漿液氣流干燥前加入一定量的金屬捕集組分，提高對原料中重金屬抵抗能力。

3 FFB小型固定流化床性能評價(jià)

在用劑和配方A、配方B進(jìn)行活性評價(jià)前，需經(jīng)800℃，100%水蒸氣處理17h[11]。

所用設(shè)備流程圖如圖2所示[12]。

評價(jià)條件為反應(yīng)溫度515℃，質(zhì)量空速20h-1，原料油為裝置在用油。改變多組劑油比，使用軟件對產(chǎn)物分布進(jìn)行曲線擬合，液化氣、汽油、焦炭和丙烯產(chǎn)率與轉(zhuǎn)化率關(guān)系分別如圖3至圖6所示。同時(shí)計(jì)算每種催化劑在轉(zhuǎn)化率為75.0%時(shí)的各個(gè)產(chǎn)物收率，如表5所示。

圖2 FFB小型固定流化床裝置流程示意圖

圖3 轉(zhuǎn)化率對液化氣產(chǎn)率的影響

圖4 轉(zhuǎn)化率對汽油產(chǎn)率的影響

由圖3至圖6和表5看出，與在用劑相比，在不同轉(zhuǎn)化率的條件下，配方A/B的液化氣、汽油、丙烯產(chǎn)率均高于在用劑，焦炭產(chǎn)率低于在用劑，配方A/B的效果皆優(yōu)于在用劑且配方A效果更優(yōu)于配方B。比較同一轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)物分布，相比在用劑，配方A汽油收率提高1.25%，液化氣收率提高0.47%，丙烯收率提高0.22%，同時(shí)焦炭產(chǎn)率降低0.28%，因此選取配方A進(jìn)一步于提升管進(jìn)行中試評價(jià)實(shí)驗(yàn)，與在用劑對比。

圖5 轉(zhuǎn)化率對焦炭產(chǎn)率的影響

圖6 轉(zhuǎn)化率對丙烯產(chǎn)率的影響

表5 相同轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)品分布

4 提升管評價(jià)

對優(yōu)選的配方A繼續(xù)與在用劑進(jìn)行提升管評價(jià)，評價(jià)所用設(shè)備為Ru-1型高低并列式中型催化裂化提升管裝置[13]，流程圖如圖7所示。

圖7 中型催化裂化提升管裝置流程示意圖

評價(jià)用劑均需經(jīng)800℃，100%水蒸氣處理17h，原料油為裝置在用油，最后計(jì)算得到相應(yīng)的產(chǎn)物分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 提升管裝置的物料平衡及產(chǎn)品分布

由表6可知，配方A與在用劑產(chǎn)物分布比較，汽油收率提高0.47%，液化氣收率提高0.89%，丙烯收率提高0.37%，同時(shí)焦炭產(chǎn)率降低0.59%。催化劑配方A能夠達(dá)到煉廠X，保證最大化生產(chǎn)液化氣、丙烯和汽油的同時(shí)，焦炭產(chǎn)率也有所降低，性能各方面優(yōu)于在用劑Y，因此催化劑A配方設(shè)計(jì)合理。

5 結(jié)論

1）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，根據(jù)配方設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)得到的配方A磨損、篩分、堆比和水孔等理化指標(biāo)達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，且反應(yīng)性能各方面優(yōu)于在用劑Y，配方設(shè)計(jì)達(dá)到目的。

2）由FFB小型固定流化床對多個(gè)設(shè)計(jì)配方進(jìn)行初選，較優(yōu)配方進(jìn)一步在Ru-1中型提升管實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行性能評價(jià)驗(yàn)證，篩選出的配方各方面性能較優(yōu)，說明該配方篩選流程可靠合理，能夠?qū)崿F(xiàn)逐步篩選出最優(yōu)配方的目的。

3） 煉廠X應(yīng)用我公司配方設(shè)計(jì)催化劑后，統(tǒng)計(jì)對比了使用前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，液化氣收率上升0.91個(gè)百分點(diǎn)，汽油收率上升0.81個(gè)百分點(diǎn)，輕收增加0.54個(gè)百分點(diǎn)，說明配方設(shè)計(jì)催化劑具有較好的產(chǎn)品選擇性，能夠增產(chǎn)液化氣和汽油產(chǎn)率。