朱英娣

（中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆阿克蘇 842000）

某煉廠連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)規(guī)模60萬(wàn)t/a，是汽油產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)最重要的裝置之一。采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)超低壓連續(xù)重整工藝，選用PS-VI系列Pt-Sn催化劑，主要生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)和組分，副產(chǎn)重整氫氣和液化石油氣等。再生部分采用連續(xù)再生技術(shù)，再生能力500 kg/h，通過(guò)閉鎖料斗和再生器實(shí)現(xiàn)催化劑的連續(xù)循環(huán)和再生，使得催化劑始終保持較高的芳烴轉(zhuǎn)化率，可長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)和組分。

重整反應(yīng)過(guò)程的中間產(chǎn)物烯烴聚合和環(huán)化生成的稠環(huán)化合物，在催化劑活性金屬位和載體的酸性中心上生成積碳[1-2]，使得油品與活性中心的接觸面積降低。連續(xù)重整待生催化劑的碳含量通?？刂圃?.5%~5%（w），當(dāng)積碳量上升至5%（w）[3-4]， 催化劑活性和選擇性會(huì)大大降低，導(dǎo)致重整裝置液收、汽油芳烴含量及辛烷值大幅下降。因此對(duì)于連續(xù)重整工藝，需對(duì)催化劑碳含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確測(cè)定，為再生燒焦提供可靠的數(shù)據(jù)支撐[5]。該文依據(jù)再生器燒焦段的化學(xué)反應(yīng)及熱量平衡，利用Petro-SIM軟件建立了再生器燒焦模型。該模型能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中催化劑的循環(huán)速度、催化劑進(jìn)出再生器的溫度及再生氣進(jìn)出再生器的溫度，實(shí)時(shí)計(jì)算出待生催化劑的碳含量，能大大減少檢測(cè)頻次。

1 催化劑再生過(guò)程描述

燒焦的目的是把催化劑上的積碳燒掉，主要反應(yīng)機(jī)理是焦炭與氧氣在一定溫度下燃燒，產(chǎn)生二氧化碳、水，并放出熱量。再生器中，催化劑自上而下通過(guò)燒焦段、氯氧化段和焙燒段，實(shí)現(xiàn)燒焦、氧化和焙燒過(guò)程，使催化劑碳含量由1.5%~5%（w）降至0.2%（w）以下。

1.1 燒焦段流程

待生催化劑從再生器頂部進(jìn)入燒焦段環(huán)形床層，依靠重力向下緩慢移動(dòng)[6]，含氧量為0.5%~0.8%（φ）的再生氣體（主要組成為氮?dú)?、二氧化碳和氧氣）?jīng)加熱到474℃左右，進(jìn)入燒焦段中部及下部，在燒焦段中氣體與催化劑逆流接觸，并通過(guò)燒焦反應(yīng)除去催化劑上的積碳。再生煙氣從再生器上部抽出，經(jīng)脫氯、冷卻、干燥后實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，燒焦段流程見(jiàn)圖1。

圖1 再生器燒焦段工藝流程

由于催化劑上的Pt對(duì)CO有助燃作用，因此，再生過(guò)程中生成的CO完全轉(zhuǎn)化為CO2，即積碳在燒焦段完全燃燒[7]。

1.2 燒焦段溫度分布

燒焦段的溫度從上到下縱向分布，見(jiàn)圖2，并遵循以下規(guī)律：

圖2 再生器燒焦段溫度分布

1）溫度峰值處于燒焦區(qū)頂部向下40%處，即5~12層，床層溫度高達(dá)550℃，說(shuō)明此處燒焦速率最快、反應(yīng)最為劇烈。

2）13層以后，隨著碳含量的逐漸減少，燒焦反應(yīng)減弱，放熱量也隨之減少，床層溫度基本恒定，呈現(xiàn)平坦趨勢(shì)。

2 R301燒焦段反應(yīng)及熱量平衡模擬

2.1 燒焦段工藝參數(shù)分析

影響催化劑再生效果的工藝參數(shù)有催化劑循環(huán)量（循環(huán)速率）、再生循環(huán)氣氧含量、待生催化劑碳含量及再生氣循環(huán)量。催化劑燒焦必須全部在燒焦區(qū)發(fā)生，如果燒焦不完全，高碳催化劑轉(zhuǎn)移到氯化區(qū)和焙燒區(qū)，將造成催化劑燒結(jié)、再生器內(nèi)構(gòu)件燒損。

1）催化劑循環(huán)量（循環(huán)速率）

催化劑循環(huán)量由邏輯控制系統(tǒng)通過(guò)壓力平衡控制閉鎖料斗來(lái)實(shí)現(xiàn)，循環(huán)速率通常由再生氣氧含量、待生催化劑碳含量和再生氣循環(huán)量來(lái)決定，以保證燒碳全部在燒焦區(qū)完成。該次模擬選用再生裝置正常生產(chǎn)時(shí)的催化劑循環(huán)速率70%。

2）再生循環(huán)氣氧含量

在正常操作中，再生循環(huán)氣氧含量是再生過(guò)程中最直接的調(diào)節(jié)參數(shù)。正?？刂圃偕鹾繛?.5%~ 0.8%（φ）。氧含量過(guò)高將導(dǎo)致燒焦反應(yīng)過(guò)于激烈、燒焦區(qū)溫度超高，對(duì)催化劑造成損害，甚至因超溫?fù)p壞再生器內(nèi)構(gòu)件等設(shè)備。氧含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致燒焦緩慢，造成燒焦區(qū)內(nèi)燒焦不徹底，使含焦催化劑進(jìn)入氯化區(qū)發(fā)生燒焦反應(yīng)，造成氧氯化區(qū)超溫，改變催化劑載體氧化鋁狀態(tài)，致使鉑聚結(jié)，損害氯化區(qū)設(shè)備。該次模擬選用正常生產(chǎn)時(shí)的氧含量0.54%。

3）待生催化劑碳含量

催化劑碳含量是進(jìn)料速率、產(chǎn)品辛烷值、進(jìn)料質(zhì)量、反應(yīng)器壓力及催化劑循環(huán)速率的函數(shù)。該次模擬采用的待生催化劑焦炭操作范圍是1.5%~5%（w）。在這個(gè)范圍內(nèi)，催化劑達(dá)到最優(yōu)的使用性能和壽命。

4）再生循環(huán)氣流量

再生循環(huán)氣流量是再生氣循環(huán)壓縮機(jī)供給的最大流率，是該壓縮機(jī)額定流率和貫穿燒焦區(qū)回路壓力降的函數(shù)。正常生產(chǎn)中燒焦區(qū)氣體流量稍有波動(dòng)。

2.2 數(shù)據(jù)采集和分析

分別選取裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)中進(jìn)出再生器進(jìn)行再生的循環(huán)氣組成，見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)/出再生器再生循環(huán)氣組成

表1的數(shù)據(jù)表明，再生循環(huán)氣的主要組分是N2、O2、CO2；CO、H2O微量；HCl、H2S的含量可忽略不計(jì)。通過(guò)CO的數(shù)據(jù)判斷，催化劑燒焦過(guò)程中，絕大部分碳生成CO2，僅有微量的碳生成CO，因此，模擬過(guò)程按照碳完全燃燒計(jì)算。

2.3 燒焦段反應(yīng)及熱平衡模擬

再生處理能力為500 kg/h，催化劑循環(huán)速率70%。利用Petro-SIM軟件并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，建立燒焦段反應(yīng)及熱平衡模型，見(jiàn)圖3。

圖3 燒焦段反應(yīng)及熱平衡模擬

該模型利用轉(zhuǎn)化反應(yīng)器模擬了再生器燒焦段中的燒炭反應(yīng)，并以再生煙氣出再生器的溫度為依據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)器反推出催化劑上的碳含量，即以實(shí)際生產(chǎn)中的再生煙氣溫度作為目標(biāo)變量，實(shí)時(shí)推斷出調(diào)節(jié)變量—待生催化劑上的碳含量。

2.4 模型模擬結(jié)果分析

通過(guò)模型模擬計(jì)算得出的碳含量與化驗(yàn)分析碳含量比較見(jiàn)圖4。

由圖4可看出，該模型能較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)催化劑碳含量變化趨勢(shì)，與化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)偏差很小。該模型能實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)出待生催化劑的碳含量，為再生燒焦參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，保證催化劑再生完全。但由于建模過(guò)程采用了較為理想的狀態(tài)，導(dǎo)致模型與實(shí)際生產(chǎn)略有偏差。下一步可建立合理分析模塊，分析再生器系統(tǒng)熱量耗散對(duì)模型精度的影響。

圖4 待生催化劑碳含量模擬值與分析值比較

預(yù)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)再生煙氣出再生器的溫度對(duì)測(cè)算結(jié)果影響較大，而該溫度的數(shù)值一直在波動(dòng)，導(dǎo)致模型的穩(wěn)定性不夠。

3 結(jié)論

通過(guò)Petro-SIM軟件可模擬連續(xù)重整裝置再生器中的化學(xué)反應(yīng)和熱平衡，能較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)待生催化劑的碳含量，為參數(shù)調(diào)整提供重要的 指導(dǎo)作用。該模型未考慮再生器系統(tǒng)熱量損失對(duì)模 型精準(zhǔn)度的影響，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)略有偏 差，模型仍有優(yōu)化空間。