催化裂化催化劑LDS-6HRB的工業應用

劉智輝，樊紅超，汪 毅，宋潔瑞，柳召永，王辰晨，劉明霞

(中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060)

我國石油的對外依存度逐年攀升，國家統計局顯示，即使受新冠疫情和原油價格居高不下等多重因素影響，2021年我國進口原油仍高達5.13億噸[1]。催化裂化(FCC)是石油煉制過程中最重要的工藝過程，國內70%的汽油、40%的柴油、40%的丙烯都來源于催化裂化。隨著環保要求的提高，國家汽油質量快速升級，對汽油烯烴含量的控制日趨嚴格，國Ⅵ汽油質量標準自2020年全面實施，汽油烯烴體積分數由≤24%調整到≤18%[2]。催化裂化汽油烯烴含量較高，其中石蠟基原料生產的汽油烯烴含量達到60%以上，烯烴含量過高影響汽油穩定性[3]。因此，降低FCC汽油烯烴含量是各大煉廠面臨的重大挑戰。目前降低FCC汽油烯烴含量、提高汽油辛烷值，可以通過更換新型催化劑或助劑，調整反再部分操作參數和更改工藝等來實現。高杰等[4]通過提高加氫重油量比例，增加原料中芳烴含量，提高反應溫度，控制催化劑反應活性，降低再生器燒焦罐溫度，提高劑油比和降低汽油中丁烷含量等措施提高汽油辛烷值。其中更換新型催化劑或助劑是最經濟、高效、靈活的手段[5-8]。

超穩Y型分子篩具有氫轉移活性低的特點，可提高汽油中烯烴含量和汽油辛烷值。但是由于汽油穩定性要求，烯烴含量又要控制在合理的范圍內。因此，通過控制Y型分子篩晶胞大小、調節催化劑沸石表面積和基質表面積，可以降低汽油烯烴含量及提高辛烷值[9-12]。

針對哈爾濱石化分公司需求并結合原料油和裝置特點，蘭州化工研究中心采用改性介質穩固化稀土離子技術制備具有降烯烴功能的高活性穩定性Y型分子篩，提高汽油分子的氫轉移反應活性，降低汽油烯烴；通過孔道調配技術，將該新型分子篩與大孔基質配伍，開發出新型降烯烴催化劑LDS-6HRB。該催化劑在ACE實驗室評價裝置中滿足較低的汽油烯烴和較高的汽油辛烷值的要求。本文介紹了降低汽油烯烴、提高辛烷值的催化裂化催化劑LDS-6HRB在中石油哈爾濱石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化裝置的應用情況。

1 裝置概況

哈爾濱石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化裝置由中國石化洛陽石化工程公司設計，中國石化第四建筑工程公司承建，1993年8月投產。反應部分采用MIP降烯烴反應器，提升管出口采用VQS旋流器，單段再生，兩器同軸式布置，主要以減壓渣油為原料。

2 LDS-6HRB催化劑工業應用

2.1 原料油性質

LDS-6HRB催化劑標定時的原料油性質如表1所示。由表1可以看出，原料性質基本相當，空白標定時原料油性能略好于終期標。

表1 混合原料油性質Table 1 Properties of mixed feed oil

2.2 裝置操作參數

各階段裝置操作參數如表2所示。由表2可以看出，終期標定與空白標定時相比，反應溫度基本相當，再生器密相溫度基本相當，煙機過剩含氧量基本相當；沉降器壓力、再生器壓力基本相當；沉降器藏量、再生器藏量基本相當；裝置主風等流量基本相當；裝置加工量減少72 t·d-1，比空白標定時略低；分餾塔和穩定塔的溫度基本相當。終期標定和空白標定時裝置的操作基本一致，說明具有較強的可比性。

表2 裝置操作參數Table 2 Operation parameters of the unit

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2.3 平衡劑性質

平衡劑性質如表3所示。由表3可以看出，終期標定時新鮮催化劑單耗高于空白數據，平衡劑活性終期標定比空白略高，有利于汽油進一步裂化生成低碳烴；平衡劑中重金屬含量略有下降；污染指數降低了683.5；平衡劑定碳質量分數降低了0.048 5個百分點；平衡劑比表面積和孔體積略有增加。這主要是催化劑中加入了大孔體積、大比表面積的基質材料，催化劑孔道結構合理，孔體積和比表面積較大。

表3 平衡劑理化性質Table 3 Physicochemical properties of equilibrium catalyst

2.4 產品分布

表4為產品分布對比。由表4可以看出，LDS-6HRB催化劑應用后，重油轉化量提高，輕柴油收率下降0.35個百分點，油漿收率下降0.39個百分點，干氣略有增加，焦炭產率基本相當；增產液態烴效果明顯，增加1.82個百分點，汽油收率僅降低1.16個百分點；汽油+輕柴油+液態烴收率增加0.31個百分點。

表4 LDS-6HRB催化劑工業樣品評價結果Table 4 Evaluation results of commercial samples of LDS-6HRB catalyst

3 主要產品性質

3.1 干氣性質

表5為干氣性質對比。由表5可以看出，干氣性質基本相當，其中甲烷、氫氣、乙烷和乙烯等含量均有增加，反映出原料轉化率升高，表明應用LDS-6HRB催化劑后，原料油裂解反應增強。

表5 干氣性質對比Table 5 Properties comparison of dry gas

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3.2 液態烴性質

表6為液態烴性質對比。由表6可以看出，液態烴中丙烯含量增加4.8個百分點，丙烯收率(對原料)增加1.48個百分點(標定和空白期丙烯含量×液態烴收率的差值)；液態烴中丁烯含量降低1.10個百分點，丁烯收率(對原料)增加0.25個百分點(標定和空白期丁烯含量×液態烴收率的差值)。

表6 液態烴性質對比Table 6 Properties comparison of liquid hydrocarbons

3.3 穩定汽油性質

表7為穩定汽油性質對比。由表7可以看出，LDS-6HRB催化劑標定時，穩定汽油餾程基本保持不變，烯烴含量降低3.65個百分點，芳烴含量增加2.16個百分點，研究法辛烷值增加0.6個單位，馬達法辛烷值增加0.8個單位。

表7 穩定汽油性質對比Table 7 Properties comparison of stabilized gasoline

3.4 油漿性質

表8為油漿性質對比。由表8可以看出，油漿密度基本相當，油漿固含量相當。表明應用新催化后，沒有出現跑劑等影響裝置長周期運行的狀況，且新催化劑沒有影響裝置的重油轉化能力和轉化深度，表明催化劑的穩定性良好。

表8 油漿性質對比Table 8 Properties comparison of slurry

4 結 論

(1) 蘭州化工研究中心開發的催化裂化催化劑LDS-6HRB在哈爾濱石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化裝置應用后，工業應用運行平穩，未出現煙機振值偏高、細粉含量偏高等影響裝置長周期運行的狀況。

(2) 催化劑LDS-6HRB應用后，終期標定與空白標定相比：汽油+輕柴油+液態烴收率增加0.31個百分點，油漿產率降低0.39個百分點，汽油烯烴含量降低3.65個百分點，穩定汽油研究法辛烷值增加0.6個單位，滿足了裝置需求。表明LDS-6HRB催化劑具有強的重油轉化能力、優異的降低汽油烯烴和提高汽油辛烷值能力。