催化裂化催化剂形态分析与监测技术的应用及优点

催化裂化催化剂形态分析与监测技术的应用及优点

张国计

山东裕龙石化有限公司 山东 烟台 265700

摘要：近年来，我国的石油化工行业有了很大进展，石化企业催化裂化装置配置权重大，催化裂化柴油（LCO）芳烃和氮含量高、密度大、十六烷指数低，加氢精制困难，同时国内柴油需求下降，必须找出合适的加工方法处理LCO。本文就催化裂化催化剂形态分析与监测技术的应用及优点进行研究，以供参考。

关键词：催化剂；形态分析；显微诊断

引言

当前催化裂化装置存在稳定汽油辛烷值低、烯烃高的矛盾，催化剂单耗高等问题，达不到公司的要求。在保证汽油烯烃合格的情况下，对催化剂配方进行调整，提高催化剂循环量，提高反应汽提效率，优化汽提蒸汽量和催化剂循环量，降低催化剂加注量，努力满足公司催化裂化装置汽油产品升级质量要求，同时，进一步降低三剂消耗成本。

1FCC催化剂形态分析与监测技术的主要应用范围

催化剂形貌和结构表征：通过显微镜和光谱技术观察和分析催化剂的形貌和结构，如颗粒大小、形状、粒度分布、孔隙结构、晶体结构、活性中心分布等，为催化剂的设计和制备提供参考和指导。催化剂活性评估：催化剂显微诊断可以用于评估催化剂的活性和稳定性，包括表面结构、晶体形貌、表面酸碱性和孔道结构等方面。催化剂寿命预测：催化剂显微诊断可以通过监测催化剂的结构变化和失活情况，预测催化剂的寿命，并制定更加有效的催化剂管理策略。催化剂失活机理研究：催化剂显微诊断可以用于研究催化剂失活机理，以便识别催化剂失活的原因并开发新的催化剂材料。总之，催化剂形态分析与监测技术能够提供有关催化剂结构、成分和活性的详细信息，有助于提高催化装置转化率、降低生产成本和改进催化剂管理策略。

2催化裂化装置稳定汽油现状

装置设计生产指标为国Ⅳ汽油，催化汽油烯烃设计指标含量为45%。随着汽油产品质量升级，国家颁布第六阶段汽柴油质量标准，于2019年1月1日起执行汽油国ⅥA阶段标准和柴油国Ⅵ标准，2022年起执行汽油国ⅥB阶段标准，催化汽油内控烯烃指标要求≤32%，在装置的常规操作调整下，催化汽油烯烃含量已无法实现内控烯烃指标要求。目前，汽油执行国ⅥB阶段标准，而催化裂化装置降烯烃关键技术有两个：其一是对装置进行改造，应用降烯烃工艺改造实现催化汽油降烯烃的目的，如MIP工艺，通过原料油与催化剂反应条件的改变，能够彻底降低催化汽油烯烃含量并提高其辛烷值。其二是使用降烯烃催化剂，通过催化剂配方的调整降低催化汽油的烯烃含量。催化剂由沸石和基质组成，可以通过调整催化剂的有效成分和比例，改变催化剂性能，主要是通过调整氢转移活性，改变不饱和烃转变为饱和烃的能力，从而降低汽油中烯烃含量。提高催化剂的氢转移反应活性，有利于不饱和烃向饱和烃转化，从而降低汽油烯烃含量，但是汽油辛烷值也会同时降低。在不进行装置改造的情况下，催化裂化装置选用调整催化剂配方，以此来实现汽油烯烃内控指标合格的要求。统计2022年汽油烯烃含量，在使用降烯烃催化剂后，汽油烯烃基本实现了内控指标要求，但从月均烯烃含量分析，汽油烯烃达到内控指标合格率并不高，只有8—11月汽油烯烃内控指标达到要求。统计2022年汽油辛烷值，催化裂化装置采用降烯烃催化剂后，氢转移加剧，不饱和烃转变为饱和烃，汽油中烯烃含量降低，汽油辛烷值下降明显，在不增加异构化、芳构化程度的前提下，汽油辛烷值与汽油烯烃属于此消彼长的矛盾关系。催化裂化装置使用降烯烃催化剂，通过提高催化剂活性、增加催化剂加注量的方式降低催化汽油中的烯烃含量，这造成催化裂化装置的轻质油收率降低（＜65%）、气体和焦炭产率增加，汽油烯烃和辛烷值达到内控指标合格率低，严重影响催化裂化装置的经济效益。且在提高系统催化剂活性的操作下，催化剂单耗高达1.40kg/t，催化裂化装置催化剂单耗成本增加明显。在收率损失大、催化剂单耗高及操作控制难的情况下，通过工艺调整和催化剂配方的调整，力求实现稳定汽油烯烃含量≤32%的样品合格率达到90%，汽油辛烷值≥90.2的样品合格率达到90%，催化剂单耗降低至1.00kg/t的目标。

3催化裂化催化剂形态分析与监测技术工业应用

3.1提高裂化段的反应温度

混合油加氢裂化的产品中石脑油馏分收率升高，芳潜降低；柴油馏分收率升高，密度明显降低，十六烷指数升高；尾油收率降低，黏度指数先升高后降低，可以为下游异构脱蜡装置提供优质尾油原料，副产部分清洁汽油调和组分和清洁柴油调和组分。

3.2反应温度调整

催化裂化过程中主要发生热裂化和催化裂化反应，催化裂化反应主要有裂化、氢转移、异构化、芳构化等。裂化和芳构化反应是吸热反应，裂化反应生成烯烃，芳构化反应消耗烯烃，氢转移和异构化反应是放热反应，消耗烯烃。提高反应温度，有利于裂化和芳构化反应，不利于氢转移和异构化反应。在催化剂用量不断优化调整的基础上，优化操作参数，将反应温度由501℃降至491℃，降低反应深度，提高轻质油收率，同时，强化氢转移和异构化反应，再降低汽油烯烃含量，提高汽油辛烷值。

3.3LCO加氢转化工艺压力及循环氢纯度对汽油组分质量的影响

反应压力是芳烃加氢饱和反应的重要影响因素，根据芳烃加氢饱和反应的动力学和热力学特性来看，提高反应压力有利于提高芳烃加氢饱和反应速率，反之则会降低芳烃加氢饱和反应速率。为了避免芳烃加氢饱和反应过度，较低的反应压力有利于提高汽油产品中的芳烃含量，从而提高其辛烷值。随装置运行时间延长，催化剂加氢活性逐渐降低，芳烃加氢饱和反应深度下降，为了延长装置运行周期，需要适当提高反应压力。

3.4采用FRIPP推荐催化剂

在设计操作条件范围内，加工石油蜡和减压蜡油的混合油，可以根据需要灵活调整加氢裂化装置的尾油产率，为下游异构脱蜡装置提供高黏度指数尾油进料，生产二类和三类润滑油基础油，很好满足企业正常生产要求。

3.5反应时间调整

催化裂化生成的汽油烯烃进行二次反应需要一定的时间，延长反应时间是汽油烯烃组分氢转移反应的必要条件。氢转移反应的速度一般较快，适当延长反应时间即可满足要求。

3.6提高工艺稳定性

显微诊断技术可以帮助炼油厂工程师及时发现FCC过程中的异常情况，从而及时进行调整和控制。这样可以提高工艺稳定性，减少产品质量波动和生产成本。总之，显微诊断技术可以帮助炼油厂工程师及时发现和解决FCC过程中的问题，从而提高生产效率，降低成本，提高产品质量和稳定性。

结语

LCO原料中水含量偏高会破坏催化剂晶体结构，减少分子筛催化剂的酸性活性中心，降低加氢裂化催化剂的裂解活性，导致催化剂活性和选择性下降，严重影响运行周期。反应压力是芳烃加氢饱和反应的重要影响因素，较低的反应压力有利于提高汽油产品中的芳烃含量，从而提高其辛烷值。随着装置运行时间的延长，催化剂活性逐渐降低，需要适当提高反应压力，保证装置长周期运行。反应器内气液物流分配不均匀会导致反应器内出现热点，反应器热点温度限制了装置末期使用温度，影响装置长周期运行。

参考文献

［1］方友，郑港西，曾文钦.蜡油加氢裂化装置掺炼加氢精制柴油的探讨[J].石油炼制与化工，2017，48（11）：56-59.

［2］郭笑楠，曹正凯，王东锋，等.直馏柴油加氢裂化生产化工原料及喷气燃料反应规律研究[J].当代化工，2024，53（3）：571-576.

［3］樊宏飞，郭大光，赵崇庆，等.FC-28单段高中油选择性加氢裂化催化剂的反应性能[J].石油化工高等学校学报，2005，18（3）：54-57.