文 斌，臧高山，劉振偉，唐紹泉，岳 磊

(1.中國石油獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699；2.中國石化石油化工科學(xué)研究院)

中國石油獨山子石化公司(簡稱獨山子石化)的半再生催化重整(簡稱重整)裝置原為從比利時雪佛龍煉油廠引進的舊裝置，首次投產(chǎn)于1970年，原設(shè)計能力為400 kt/a。2007年裝置進行了改造擴建，改造后重整原料主要包括：213.8 kt/a來自2.0 Mt/a加氫裂化裝置的重石腦油、101.2 kt/a來自600 kt/a加氫裂化裝置的重石腦油以及146.8 kt/a來自獨山子石化新廠區(qū)化工芳烴抽提裝置的抽余油，裝置副產(chǎn)的氫氣供蠟油加氫及重整預(yù)加氫裝置使用。

2011年9月裝置開始采用中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)開發(fā)、中國石油撫順石化公司催化劑廠生產(chǎn)的第三代半再生重整催化劑PRT-C/PRT-D催化劑，2015年5月對催化劑進行了一次器外再生，截止目前該批催化劑已累計使用近10年。2021年4月由于重整反應(yīng)器到期正常檢驗，催化劑卸劑過篩后繼續(xù)使用。

由于PRT-C/PRT-D催化劑使用時間較長，穩(wěn)定汽油收率有明顯降低的趨勢[1]，為了分析對比獨山子石化半再生重整裝置使用新、舊催化劑的經(jīng)濟性，為更換新催化劑SR-1000提供依據(jù)，根據(jù)SR-1000催化劑的實際工業(yè)標定數(shù)據(jù)和獨山子石化重整原料性質(zhì)對獨山子石化重整裝置使用SR-1000催化劑時的加工效果進行了模擬計算，預(yù)測了C5+重整穩(wěn)定汽油研究法辛烷值(RON)為95時重整反應(yīng)的主要反應(yīng)條件、產(chǎn)物分布等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 PRT-C/PRT-D催化劑目前運行情況

獨山子石化500 kt/a半再生重整裝置的4個重整反應(yīng)器(第一反應(yīng)器、第二反應(yīng)器、第三反應(yīng)器、第四反應(yīng)器，依次簡稱為一反、二反、三反、四反)中分別裝填催化劑PTR-C，PTR-C，PTR-D，PTR-D。其中，第一段反應(yīng)區(qū)(簡稱一段)包括一反、二反，第二段反應(yīng)區(qū)(簡稱二段)包括三反、四反。因反應(yīng)器于2021年4月鑒定檢驗到期，故對裝置停工進行催化劑卸劑、過篩后回裝繼續(xù)開工。從各反應(yīng)器催化劑卸劑(含碳催化劑)中取樣送石科院做雜質(zhì)含量分析，結(jié)果見表1。

表1 各反應(yīng)器含碳催化劑中的雜質(zhì)元素含量 w，%

從表1可以看出：四反中PRT-D催化劑的碳質(zhì)量分數(shù)已接近10%，為了提高環(huán)烷烴和烷烴的轉(zhuǎn)化率[2]，需要提高各反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，這不僅會增加加熱爐負荷[3]，也會導(dǎo)致穩(wěn)定汽油收率下降；一反中PRT-C催化劑上的鐵質(zhì)量分數(shù)已經(jīng)達到0.160 0%，較其他反應(yīng)器催化劑中鐵含量明顯偏高，這會影響催化劑的性能[4]。

重整反應(yīng)器鑒定檢驗后裝置于2021年4月19日開工正常，穩(wěn)定后的主要反應(yīng)條件和結(jié)果見表2。

表2 裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時的反應(yīng)條件及結(jié)果

從表2可知，穩(wěn)定汽油中環(huán)烷烴質(zhì)量分數(shù)已達4.97%，而正常情況下環(huán)烷烴質(zhì)量分數(shù)應(yīng)小于2%。由于環(huán)烷烴很容易轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的芳烴，而目前反應(yīng)產(chǎn)物中C6～C8環(huán)烷烴含量高，說明催化劑的整體活性明顯下降。而且，由于四反催化劑的碳質(zhì)量分數(shù)接近10%，為使原料油中環(huán)烷烴充分轉(zhuǎn)化以及提高芳烴轉(zhuǎn)化率，需要提高各反應(yīng)器的入口反應(yīng)溫度，但這將導(dǎo)致催化劑積炭加快，C5+穩(wěn)定汽油收率下降，目前穩(wěn)定汽油收率已較裝置運轉(zhuǎn)初期下降2～3百分點，經(jīng)濟效益損失明顯。

2 裝置采用SR-1000催化劑評估

2.1 SR-1000催化劑介紹

SR-1000催化劑是石科院于2015年開發(fā)成功的第四代鉑錸固定床半再生重整催化劑，該催化劑采用具有特殊孔道的新型氧化鋁催化材料作為載體，載體的比表面積和孔體積明顯高于PRT-C/PRT-D催化劑。

SR-1000催化劑具有積炭速率低、選擇性高、活性穩(wěn)定性好等特點[5]。該催化劑既可以用來生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分，也可以用來生產(chǎn)苯、甲苯和二甲苯(BTX)等輕質(zhì)芳烴。根據(jù)SR-1000催化劑的實際工業(yè)標定數(shù)據(jù)和獨山子石化重整原料性質(zhì)預(yù)測獨山子石化半再生重整裝置使用SR-1000時各反應(yīng)器裝填催化劑的情況，并與裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時的裝填情況進行對比。SR-1000與PRT-C/PRT-D催化劑的物化性質(zhì)及裝填量對比如表3所示。

表3 SR-1000與PRT-C/PRT-D催化劑的物化性質(zhì)及裝填情況對比

由表3可以看出，與PRT-C/PRT-D相比，SR-1000的裝填密度明顯較低，初始比表面積增大，4個反應(yīng)器的催化劑裝填總質(zhì)量減少近4 t。

2.2 SR-1000催化劑模擬計算反應(yīng)條件和結(jié)果

采用典型的兩段混氫半再生重整工藝對裝置使用SR-1000催化劑進行模擬計算。為滿足裝置實際生產(chǎn)的要求，按C5+生成油RON為95進行計算。獨山子石化的重整進料組成如表4所示，模擬計算得到裝置使用SR-1000催化劑的反應(yīng)條件和反應(yīng)結(jié)果分別如表5和表6所示。為便于對比，將裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑運行初期時反應(yīng)條件和反應(yīng)結(jié)果列于表7。

表4 獨山子石化重整進料組成 w，%

表5 裝置使用SR-1000催化劑時的模擬反應(yīng)條件

表6 模擬計算使用SR-1000催化劑時的反應(yīng)結(jié)果

表7 PRT催化劑運行初期反應(yīng)條件和結(jié)果

由表5可知，裝置使用SR-1000催化劑時的模擬反應(yīng)條件與表7所示裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時的運行條件基本相當(dāng)，且使用前者時的WABT比使用后者時降低5 ℃，同時，使用前者時的一段、二段氫油比比使用后者時低，可降低循環(huán)氫壓縮機的功耗。

對比表5、表6與表7可知：與裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時運行初期實際反應(yīng)條件相比，裝置使用SR-1000催化劑時的模擬反應(yīng)條件除WABT低近5 ℃外，其他條件基本一致；與使用PRT-C/PRT-D催化劑相比，使用SR-1000催化劑時的C5+汽油收率提高3.1百分點，純氫產(chǎn)率提高0.4百分點，循環(huán)氫純度提高3.9百分點；雖然使用PRT-C/PRT-D催化劑時C5+汽油RON比使用SR-1000催化劑時高1.3，按照一般反應(yīng)規(guī)律催化劑WABT每提高3 ℃，C5+汽油RON提高1計算[6]，折算使用SR-1000催化劑時將WABT提高至456 ℃可使SR-1000在較高的反應(yīng)空速下，與使用PRT-C/PRT-D的C5+汽油RON值相當(dāng)，而使用SR-1000時的WABT比使用PRT-C/PRT-D時仍然低2 ℃，說明SR-1000催化劑反應(yīng)活性、選擇性有明顯的優(yōu)勢。

3 PRT-C/PRT-D運轉(zhuǎn)末期技術(shù)經(jīng)濟性分析

為了綜合分析裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑運轉(zhuǎn)末期的技術(shù)經(jīng)濟性，從以下幾方面綜合考慮：貴金屬回收及補充的成本、更換新劑SR-1000的費用、更換新劑增加的效益、更換新劑后降低的能耗、節(jié)約開工時間的費用節(jié)省，具體情況見表8。

表8 PRT-C/PRT-D催化劑運轉(zhuǎn)末期更換新劑SR-1000的效益匯總

由表8計算得到PRT-C/PRT-D催化劑運轉(zhuǎn)末期更換為新劑SR-1000的綜合收益為(907.20+1 209.60+345.60+17.10+116.73+71.32-42.1-547.98)=2 077.47萬元/a。由此可見，新催化劑SR-1000在C5+穩(wěn)定汽油收率、氫氣產(chǎn)率、氫油比(蒸汽消耗)具有明顯優(yōu)勢，裝置催化劑更換為新催化劑SR-1000的效益明顯增加。因此，建議盡快更換使用SR-1000催化劑。

4 結(jié) 論

(1)獨山子石化現(xiàn)有PRT-C/PRT-D重整催化劑經(jīng)過一次器外再生，已累計使用近10年，第一反應(yīng)器催化劑的鐵質(zhì)量分數(shù)已經(jīng)達到0.160 0%，第四反應(yīng)器催化劑碳質(zhì)量分數(shù)已經(jīng)接近10%，反應(yīng)產(chǎn)物中環(huán)烷烴含量明顯提高，催化劑整體反應(yīng)活性下降，穩(wěn)定汽油收率下降。

(2)模擬計算結(jié)果表明，與使用PRT-C/PRT-D時的運行初期實際反應(yīng)條件相比，使用SR-1000催化劑的WABT低5 ℃，C5+穩(wěn)定汽油收率提高3百分點，純氫產(chǎn)率提高0.4百分點，循環(huán)氫純度提高3.9百分點。

(3)與PRT-C/PRT-D使用末期相比，從SR-1000催化劑可以提高C5+汽油收率、氫氣產(chǎn)率、循環(huán)氫純度、降低反應(yīng)溫度、減少能耗以及開工節(jié)省時間等方面綜合考慮，催化劑更換為SR-1000每年可增加收益2 077.46萬元，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。