連續(xù)重整催化劑的性能考核及操作優(yōu)化

陳中民，邵 文

（1.中國石油集團(tuán)工程股份有限公司，北京 100029；2.中石油華東設(shè)計院有限公司，山東 青島 266071）

某公司120萬t·a-1連續(xù)重整裝置以上游石腦油加氫處理后的石腦油為原料，采用UOP超低壓連續(xù)重整工藝及CyclemaxⅢ催化劑再生技術(shù)[1]，主要生產(chǎn)高辛烷值汽油組分和混合二甲苯、苯、甲苯等產(chǎn)品，同時副產(chǎn)含氫氣體、C5-輕烴和抽余油等。C5+的辛烷值按RONC為103.8進(jìn)行設(shè)計，該裝置在2020年8月10日到12日進(jìn)行了催化劑性能標(biāo)定。

1 連續(xù)重整催化劑性質(zhì)及主要設(shè)計條件

本裝置的重整催化劑采用UOP的FR-334的連續(xù)重整催化劑（國內(nèi)生產(chǎn)），主要技術(shù)指標(biāo)見表1，重整反應(yīng)的主要設(shè)計條件見表2。

表1 FR-334重整催化劑性質(zhì)

2 催化劑性能考核及其分析

連續(xù)重整催化劑的性能考核共進(jìn)行3d，考核指標(biāo)主要包括重整生成油辛烷值（RONC）、氫氣產(chǎn)率、脫戊烷塔底油中的芳烴含量及液收、催化劑粉塵產(chǎn)生量等。

表2 重整反應(yīng)操作條件(設(shè)計)

2.1 重整進(jìn)料性質(zhì)

標(biāo)定期間重整進(jìn)料的性質(zhì)見表3。由表3可以看到，標(biāo)定期間重整進(jìn)料的環(huán)烷烴和芳烴的含量較高，優(yōu)于設(shè)計值，且組成相對穩(wěn)定，進(jìn)料負(fù)荷在98.5%～105%之間均能正常操作。

2.2 標(biāo)定結(jié)果

2.2.1 收率

標(biāo)定期間脫戊烷塔底油的族組成、辛烷值及氫氣收率標(biāo)定數(shù)據(jù)見表4。由表4可以看到，脫戊烷塔底油中芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于83wt%，3d的C5+液收略高于設(shè)計值89.8wt%，說明FR-334催化劑具有良好的活性及選擇性[2]。

表3 重整進(jìn)料性質(zhì)

表4 脫戊烷塔底油的族組成

2.2.2 辛烷值及氫氣收率

標(biāo)定期間的辛烷值及氫氣收率見表5。由表5可以看到，標(biāo)定期間進(jìn)料負(fù)荷在98.5%～105%之間，RONC略低于設(shè)計值，需對氫氣收率進(jìn)行修正。修正后，前兩日的氫氣收率低于設(shè)計值，但在優(yōu)化操作后的第3日可以看到氫氣收率顯著高于設(shè)計值，因此氫氣收率滿足設(shè)計要求。

表5 辛烷值及氫氣收率

2.2.3 催化劑粉塵量

本裝置采用Cyclemax Ⅲ催化劑再生技術(shù)，設(shè)有2套粉塵收集系統(tǒng)，在2020年8月連續(xù)10d對重整催化劑在循環(huán)過程中產(chǎn)生的粉塵量進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表6。由表6可以看到，在考核粉塵量的10d內(nèi)，催化劑消耗量（數(shù)值上等于24h內(nèi)產(chǎn)生的粉塵）最高為2.9kg·d-1，低于設(shè)計時所保證的4.4kg·d-1，表明催化劑具有良好的穩(wěn)定性。

表6 催化劑磨損粉塵量 /kg·d-1

2.3 標(biāo)定結(jié)果分析

雖然重整進(jìn)料的芳烴潛含量優(yōu)于設(shè)計值，但氫氣收率及RONC在標(biāo)定期的標(biāo)定結(jié)果并沒有完全達(dá)到設(shè)計要求。分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)氫的水含量高達(dá)100×10-6，說明重整進(jìn)料的水含量明顯高于UOP建議的水含量2×10-6。原料的高水含量會直接導(dǎo)致循環(huán)氫中HCl含量增加，催化劑的持氯能力下降[3]。

圖1是7月19日～8月12日催化劑持氯量、氫氣收率、循環(huán)氫水含量等的變化趨勢。7月19日～26日，全氯乙烯停止注入，7月26日后，全氯乙烯以0.34～0.42kg·h-1的速率注入重整再生器，待生催化劑的持氯量顯著提高，隨后逐漸穩(wěn)定到0.8wt%～0.9wt%。

圖1 催化劑持氯量、氫氣收率、循環(huán)氫水含量等趨勢對比圖

由圖1可以看到，在優(yōu)化期，循環(huán)氫水含量一直保持在較高水平，當(dāng)C1～C4收率增加時，氫氣收率、待生催化劑的持氯量相應(yīng)減少，這種變化表明，過高的水含量會加劇重整反應(yīng)中的加氫裂化反應(yīng)。同樣，當(dāng)水含量相應(yīng)較低時，加氫裂化反應(yīng)速度下降， 氫氣收率顯著提高[4]。

8月1日～9日，重整進(jìn)料為100%負(fù)荷時，重整生成油的辛烷值低于設(shè)計值103.8。這是由于催化劑較低的氯含量以及重整進(jìn)料較高的水含量，會造成催化劑的金屬活性下降且打破催化劑上的水氯平衡，從而影響催化劑的活性。為提高催化劑活性，將加權(quán)平均進(jìn)口溫度（WAIT）提高到534℃。此外，標(biāo)定期間逐漸提高進(jìn)料量，于8月11日達(dá)到105%的進(jìn)料負(fù)荷。此期間的變化曲線見圖2。

圖2 WAIT、水含量、RONC、氫氣收率等趨勢對比圖

從圖2可以看到，氫氣收率、C5+液收、RONC均低于設(shè)計值。8月5日WAIT從530℃升高到532℃時，RONC從102提高到103.2，各指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計值。預(yù)計在維持進(jìn)料量不變的情況下，如果WAIT再提高2℃，裝置性能將會更優(yōu)。但是進(jìn)料量若進(jìn)一步提高，進(jìn)料水含量將明顯增加，催化劑活性會降低，RONC在8月6日降低到102.8，并在7日進(jìn)一步降低到102.2。8日8日調(diào)整進(jìn)料水含量降低至28×10-6，RONC再一次升高到103.5，然而9日因水含量又一次升高至62×10-6，RONC值再次降低。由此可以看出，若裝置進(jìn)料水含量保持在較低水平，則催化劑的各項性能可以滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論及建議

1）進(jìn)一步優(yōu)化重整進(jìn)料的雜質(zhì)含量，維持催化劑的持氯能力在專利商允許范圍內(nèi)，可確保重整催化劑性能的最佳化。

2）重整催化劑FR-334在滿負(fù)荷的工況下，氫氣收率、C5+液收、辛烷值等指標(biāo)基本滿足設(shè)計值，表明該催化劑具有良好的活性及選擇性。

3）標(biāo)定期間，催化劑消耗量最高為3.5kg·d-1，低于設(shè)計時所保證的4.4kg·d-1，表明催化劑具有良好的穩(wěn)定性。

4）重整進(jìn)料的水含量較大時，會促進(jìn)重整反應(yīng)中的加氫裂化反應(yīng)，造成C1～C4收率增加，氫氣收率降低。通過優(yōu)化，控制進(jìn)料和循環(huán)氫的水含量，在確保設(shè)計需要的加權(quán)平均入口溫度的前提下，重整催化劑的性能將達(dá)到最優(yōu)。