對連續重整催化劑性能及重整反應影響因素的分析

摘 要：催化重整操作是石油化工的重要工藝之一，該技術是在催化劑的作用下，將原本存在的分子進行重新排列成新分子。本文圍繞操作條件對積炭影響、金屬Pt分散度對積炭的影響、優化反應環境對催化劑積炭影響對比、積炭對催化劑活性和選擇性的影響四個方面展開分析，通過分析催化劑的積炭情況，從而對重整反應的影響因素有一定掌握，實現石油工業不斷發展的目標。

關鍵詞：連續重整；催化劑；連續再生

前言：隨著石油市場的發展，煉化企業需要作出相應的技術調整來適應社會的發展，其中催化重整技術對石油化工的發展有很大的影響。現有的催化重整裝置主要包括半再生重整和連續再生重整兩類，其中連續再生重整裝置將逐漸成為主要重整項目。連續催化重整技術經過了長時間的發展，目前已經逐步趨于成熟，并促進了煉化企業的穩健發展。

一、連續重整催化劑性能的研究

（一）固定床臨氫重整催化劑

催化劑技術是影響催化重整產業發展的重要因素，催化劑技術的不斷發展創新就意味著重整技術的發展，催化劑的發展主要體現在兩個方面：催化劑再生工藝和催化劑的性能，兩者之間相互影響、互相促進發展、具有密切的聯系。通過催化劑再生工藝的發展情況，就可以明確的分析出催化劑性能的發展狀況。固定床臨氫重整催化劑是最先出現的一種重整技術，美國的三個石油公司公布了此方法，并將它取名為固定床臨氫重整催化劑。該重整工藝的裝置由4個反應器構成，其中2個固定床反應器為一組，兩組交替運行，進而實現重整工藝的順利進行。該工藝采用的催化劑以鉬原子為主，反應壓力為1-2MPa，溫度較高，反應周期較短。另外還存在Cr2O3/Al2O3和CuO/Al2O3重整催化劑，由于Al2O3本身具有較強的揮發性，因此這些重整催化劑的穩定性較差，并且使用成本較高。Cr2O3/Al2O3和CuO/Al2O3重整催化劑主要應用在二戰時期，生產甲苯來制作炸藥。

（二）半再生重整催化劑

半再生重整工藝的催化劑主要為Pt/Al2O3，這種催化劑的活性較高，穩定性也大幅度提高，并且增加了連續運行的可能性。通過在高壓下進行重整操作，能有效避免催化劑失活，從而增加運轉時間。目前，半再生催化重整裝置仍然應用在大部分煉化企業中，但是隨著催化劑失活現象，企業會考慮更換穩定性較高，運行周期較長的催化劑。

（三）循環再生重整催化劑

循環再生重整裝置是在半再生工藝的基礎上增加一個固定床反應器，新增的反應器用作循環更替使用。由于重整工藝進行時，反應器會受催化劑積炭影響，通過更換反應器，能有效加長重整裝置的使用時間。循環再生重整催化劑由于具有較高的活性和穩定性，能在較苛刻的環境下運轉，但是因為重整裝置復雜度較大，因此實際應用范圍較小。

（四）連續再生重整催化劑

連續再生重整裝置應用球形催化劑，在重力的作用下使催化劑在不同反應器之間游走，有效的減少了催化劑的浪費。連續再生催化劑主要是雙金屬催化劑，這類催化劑失活速率較慢、金屬Pt分散度較大、并且在進行燒積炭時，催化劑活性受較小影響。目前催化劑發展的重點在于制造積炭量較少、穩定性較高的催化劑，由于連續再生重整催化劑能很好的滿足企業發展的需求，已經在實際生產中得到了廣泛應用。

二、重整反應影響因素分析

（一）操作條件對積炭影響

重整汽油需要的成分可以通過改變操作條件來完成，工業重整裝置的優勢在于使這些條件更容易達成，換言之，工業重整裝置的存在，使重整汽油在條件苛刻度較高時便可實現RONC或BTX芳烴含量的增加。催化劑的積炭行為是影響催化劑活性和穩定性的重要因素，所以在研究重整反應時，應注重關注催化劑的積炭行為。操作條件的改變對積炭行為有一定的影響，在苛刻度較高的操作條件下，有利于積炭量的去除，當反應壓力維持不變時，提高入口溫度和降低風速都會使去除積炭更容易實現。另外，降低反應壓力也可以起到提高苛刻度的作用，從而使催化劑積炭更容易去除。因此，目前為了促進重整技術的發展，應該著重考慮如何在低壓下實現催化劑連續發揮作用。通過改變催化劑成分可以有效實現這一目標，將催化劑成分調整為Pt-Re/Al2O3，能有效減少催化劑在低壓下的積炭行為[1]。

（二）金屬Pt分散度對積炭的影響

金屬Pt在催化劑中的分散情況會對重整反應造成一定的影響，根據以往的實際操作經驗表明，在催化劑中金屬Pt分散度相似或相同的狀況下，隨著金屬Pt含量的增加，催化劑的積炭含量也有所增多。這種情況主要是由于Pt金屬含量的增多，促進了積炭前驅體的增多。金屬的分散度對積炭反應有顯著影響，隨著金屬分散度的提高，積炭生成量將會降低，這是由于在金屬晶粒變小時，電子會從金屬上離開，使金屬晶粒處于缺電子的狀態，從而不利于積炭前驅體的形成。

（三）優化反應環境對催化劑積炭影響對比

反應環境對重整催化劑的活性和穩定性都有一定的影響。首先，考慮到催化劑的積炭影響，應控制合理的氫烴比；第二，在重整裝置上使用雙金屬催化劑時，應盡量減少操作環境中的硫含量；第三，通過氯含量的改變，保證環境中維持一定的水氯比。以上的三點措施都是從減少催化劑積炭含量的角度出發，能有效提高催化劑的活性和運轉時間[2]。在重整過程中，應該保證操作環境具有一定的氫含量，不僅可以控制積炭含量，還保證了重整催化劑的活性，促使催化劑可以長時間的發揮作用。隨著操作環境中氫成分的增多，反應器中的氫分壓也加大，由此可以降低多聚環芳烴的含量，從而減少積炭量，實現保證催化劑活性的目標。另外，高溫環境下催化劑會更容易發生積炭現象。但是初期熱量主要是由氫解反應提供的，氫解反應會放出大量熱量，從而造成高溫操作環境，進而降低催化劑活性。工業上為了避免之一問題，通過預硫化來保護催化劑的活性。

（四）積炭對催化劑活性和選擇性的影響

催化劑積炭會影響重整過程中發生的反應類型，在重整反應中，生成需要成分的異構化、環化等反應是理想反應，而氫解反應應是盡量避免的反應。異構化和環化等反應會因為催化劑積炭而失活，氫解反應則能被促進。催化劑積炭的一個重要特征就是交換氫能力的改變，產生氫的溢出和逆向溢出都會影響催化劑的活性和穩定性。電子效應可以很好的解釋積炭行為對催化劑的影響，通過電子與Pt金屬的結合，加強了不必要反應的進行，而影響了金屬元素發揮作用，從而降低了催化劑的活性和選擇性。

結論：連續重整技術在石油化工等領域有重要作用，其中催化劑是促進重整操作有效進行的關鍵。影響重整催化劑活性和選擇性的主要因素在于催化劑的積炭行為，積炭量的增多，會加強重整反應中次要反應的進行，進而降低金屬元素對催化劑的有利作用。目前相關學者考慮到催化劑積炭行為，已經從多方面對降低積炭量展開了討論，從而促進煉化企業的不斷發展。

參考文獻：

[1]王杰廣，馬愛增，張新寬，劉辰. 連續重整裝置催化劑更換的分析與判斷[J]. 石油煉制與化工，2016，47（02）：32-37. [2017-08-02].

[2]陳世安，胡滿生，金海冰，馮兵，胡維君，張立忠，趙悅. 連續重整催化劑研究及應用進展[J]. 工業催化，2013，21（09）：12-17. [2017-08-02].

作者簡介：

姓名：孟成（1989.06--）；性別：男，籍貫：湖北鄖縣人，學歷：本科，畢業于中國石油大學（華東）；現有職稱：助理工程師；