半再生重整裝置催化劑更換為SR-1000催化劑的經濟性評估

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，首次投產于1970年，原設計能力為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化工芳烴抽提裝置的抽余油，裝置副產的氫氣供蠟油加氫及重整預加氫裝置使用。

2011年9月裝置開始采用中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)開發、中國石油撫順石化公司催化劑廠生產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月由于重整反應器到期正常檢驗，催化劑卸劑過篩后繼續使用。

由于PRT-C/PRT-D催化劑使用時間較長，穩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、舊催化劑的經濟性，為更換新催化劑SR-1000提供依據，根據SR-1000催化劑的實際工業標定數據和獨山子石化重整原料性質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，預測了C5+重整穩定汽油研究法辛烷值(RON)為95時重整反應的主要反應條件、產物分布等基礎數據。

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個重整反應器(第一反應器、第二反應器、第三反應器、第四反應器，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，第一段反應區(簡稱一段)包括一反、二反，第二段反應區(簡稱二段)包括三反、四反。因反應器于2021年4月鑒定檢驗到期，故對裝置停工進行催化劑卸劑、過篩后回裝繼續開工。從各反應器催化劑卸劑(含碳催化劑)中取樣送石科院做雜質含量分析，結果見表1。

表1 各反應器含碳催化劑中的雜質元素含量 w，%

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

重整反應器鑒定檢驗后裝置于2021年4月19日開工正常，穩定后的主要反應條件和結果見表2。

表2 裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時的反應條件及結果

從表2可知，穩定汽油中環烷烴質量分數已達4.97%，而正常情況下環烷烴質量分數應小于2%。由于環烷烴很容易轉換成相應的芳烴，而目前反應產物中C6～C8環烷烴含量高，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量分數接近10%，為使原料油中環烷烴充分轉化以及提高芳烴轉化率，需要提高各反應器的入口反應溫度，但這將導致催化劑積炭加快，C5+穩定汽油收率下降，目前穩定汽油收率已較裝置運轉初期下降2～3百分點，經濟效益損失明顯。

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、活性穩定性好等特點[5]。該催化劑既可以用來生產高辛烷值汽油調合組分，也可以用來生產苯、甲苯和二甲苯(BTX)等輕質芳烴。根據SR-1000催化劑的實際工業標定數據和獨山子石化重整原料性質預測獨山子石化半再生重整裝置使用SR-1000時各反應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個反應器的催化劑裝填總質量減少近4 t。

2.2 SR-1000催化劑模擬計算反應條件和結果

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催化劑的反應條件和反應結果分別如表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條件和反應結果列于表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條件

表6 模擬計算使用SR-1000催化劑時的反應結果

表7 PRT催化劑運行初期反應條件和結果

由表5可知，裝置使用SR-1000催化劑時的模擬反應條件與表7所示裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑時的運行條件基本相當，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條件相比，裝置使用SR-1000催化劑時的模擬反應條件除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，純氫產率提高0.4百分點，循環氫純度提高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，按照一般反應規律催化劑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在較高的反應空速下，與使用PRT-C/PRT-D的C5+汽油RON值相當，而使用SR-1000時的WABT比使用PRT-C/PRT-D時仍然低2 ℃，說明SR-1000催化劑反應活性、選擇性有明顯的優勢。

3 PRT-C/PRT-D運轉末期技術經濟性分析

為了綜合分析裝置使用PRT-C/PRT-D催化劑運轉末期的技術經濟性，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、節約開工時間的費用節省，具體情況見表8。

表8 PRT-C/PRT-D催化劑運轉末期更換新劑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+穩定汽油收率、氫氣產率、氫油比(蒸汽消耗)具有明顯優勢，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 論

(1)獨山子石化現有PRT-C/PRT-D重整催化劑經過一次器外再生，已累計使用近10年，第一反應器催化劑的鐵質量分數已經達到0.160 0%，第四反應器催化劑碳質量分數已經接近10%，反應產物中環烷烴含量明顯提高，催化劑整體反應活性下降，穩定汽油收率下降。

(2)模擬計算結果表明，與使用PRT-C/PRT-D時的運行初期實際反應條件相比，使用SR-1000催化劑的WABT低5 ℃，C5+穩定汽油收率提高3百分點，純氫產率提高0.4百分點，循環氫純度提高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、氫氣產率、循環氫純度、降低反應溫度、減少能耗以及開工節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，經濟效益和社會效益顯著。