影響連續重整芳烴收率的因素分析及優化

胡海龍

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

某公司150 萬t/a 連續重整裝置的建成，采用了中石化的國產超低壓連續重整(SLCR) 工藝以及國產連續重整催化劑PS-VI。該裝置于2013 年6 月完成了基礎設計，同年10 月開工建設，歷時近3 年，終于在2016 年5 月27 日成功引油開工。該裝置以直餾石腦油和汽柴油加氫石腦油為主要原料，同時摻和一定量的裂解抽余油以及加氫重石腦油。這些組分的性質相對比較穩定，然后通過重整反應主要生成C6+重整汽油以及大量氫氣。該裝置的重整汽油被作為下游芳烴裝置進料，進一步分離后生成苯、甲苯、二甲苯等。因此，提高重整汽油的芳烴收率對于提高整個裝置的經濟效益具有重要意義。

1 重整裝置影響芳烴收率的因素

煉廠評估連續重整裝置運行工況的重要參數之一是裝置的芳烴收率，即重整生成油液收率與原料芳烴潛含量之積。根據定義，重整裝置的芳烴收率主要受重整生成油液收率和芳烴潛含量的影響。在日常生產中，進料初餾點、進料組分、反應溫度、空速、氫油比、水氯平衡等因素都會對芳烴收率產生影響。

2 重整進料初餾點與芳烴收率的影響

2.1 重整進料初餾點的控制

預加氫分餾塔控制著重整進料的初餾點，通過控制分餾塔底重沸爐F103 出口溫度來調節分餾塔底溫度，通過控制V107 塔的頂回流量來調節靈敏板的溫度，以實現控制重整進料初餾點的目標。

2.2 連續重整發生的主要反應

連續重整發生的反應包括環烷烴脫氫反應、環烷烴脫氫異構反應、烷烴異構反應、烷烴脫氫環化反應、加氫裂化反應等。通過大量研究表明，影響芳烴收率的主要因素是六元和五元環烷烴的反應，進料中的輕組分C5、C6P 不會生成芳烴，并且容易積炭，如果能進一步切割不會生成芳烴C5、C6P 輕組分，則可以增加芳烴收率，同時可以提高轉化率并降低催化劑積炭。因此，可以通過提高進料的初餾點來降低其中C5 和C6P 的含量，以嘗試提高芳烴收率[1]。

2.3 實踐數據

2022 年年初，將重整進料的初餾點調整為78 ℃，比2021 年提高4 ℃，接著，將2021 年6—12 月與2022 年1—6 月的化驗數據以及計算成果對比，如表1所示。

表1 數據統計數對比

2.4 結論

通過12 個月的試驗，將2021 年6—12 月控制74 ℃初餾點的數據與2022 年1—6 月控制78 ℃初餾點的數據進行比對，可以明顯看出在液收相對穩定的情況下初餾點提升至78 ℃后，轉化率從128.12%提高至134.75%，芳烴收率從69.13% 提高至72.61%，四苯收率從64.06%提高至65.62%，重整汽油的轉化率、芳烴收率、四苯收率都有了明顯的提高。

此外，芳烴收率是判定連續重整裝置生產經濟效益的重要指標。從重整反應原理可以看出，六元環烷烴脫氫最容易發生。同時，C6 環烷烴是轉化為苯的有效組分。由于C6 烷烴的沸點低于C6 環烷烴，因此我們可以適當提高預加氫分餾塔拔出量來的提高重整進料初餾點，從而降低重整進料中C6 烷烴的含量。這樣不僅能夠提高有效組分比例，對于裝置滿負荷運行工況下提高辛烷值和芳烴收率也十分有效。從本次裝置的實驗數據可以看出，在進料組成穩定的情況下，通過適當的提高重整進料初餾點，盡可能減少C5、C6P 輕組分，同時在此基礎上調整重整反應溫度，芳烴收率可以顯著的提高，為公司提供更高的效益。需要注意的是隨著重整進料初餾點的提高，催化劑的積碳也將增加，因此提高初餾點要結合再生系統的運行工況而定。而且考慮到苯產品收率，目前本裝置重整進料初餾點控制在77 ℃±2 ℃。

3 重整進料組分與芳烴收率的影響

重整原料組成中不同碳個數及不同烷烴結構在催化劑反應過程中存在很大不同，另外，一部分烷烴也會在反應中生產芳烴，因此重整原料對重整生成油收率和產品分布有著重要影響。

一般而言，常用芳烴潛含量(Ar%)來表示原料的品質。一般認為芳烴潛含量越高，其生成油芳烴收率也越高。芳烴潛含量(Ar%)的含義是描述原料中環烷烴和芳烴的含量水平。具體計算公式如下：

式(1)：0.95、0.94、0.95 分別為C6～C8 環烷烴與芳烴間的分子量轉化系數，計算如下：

C6 環烷中與苯分子量占比=0.93；

C7 環烷中與甲苯分子量占比=0.94；

C8 環烷中與二甲苯分子量占比=0.95。

∑Ar%為原料中總的芳烴含量，各種烴的含量可由原料油的組成分析數據中得到。

3.1 重整進料組成

本裝置重整進料由罐區直餾石腦油、汽柴油加氫石腦油、裂解抽余油以及加裂重石組成。正常生產階段各股進料量都比較穩定，在重整進料175 t/h情況下，罐區直餾石腦油75 t/h，汽柴油加氫石腦油60 t/h，裂解抽余油20 t/h，加裂重石20 t/h。本次選取9 月3 號汽柴油加氫石腦油進料提量作為分析要點。

3.2 重整進料組成調整

9 月3 號10 點，調整預加氫進料組分：汽柴油加氫石腦油由80 t/h 降至60 t/h，罐區直餾石腦油由55 t/h 增量至75 t/h，裂解抽余油與加裂重石以及重整進料量都維持不變。

3.3 結論

從以上數據分析可以看出，由于罐區直餾石腦油提量20 t/h，汽柴油加氫石腦油降量20 t/h，重整進料芳潛由56.18 下降至55.49，重整汽油的芳烴收率由76.22 下降至74.06。由此可以看出，重整進料的芳潛對重整汽油芳烴收率有很重要的影響，在其他因素不變的前提下，當重整進料中芳潛下降時，重整汽油芳烴收率也會相應降低。從本裝置的原料組成數據可以看出，直餾石腦油芳烴潛含量約17.5%，加氫裂化重石腦油芳烴潛含量約38.8%，汽柴油加氫石腦油芳烴潛含量約33.52%，裂解汽油抽余油芳烴潛含量約45.18%。從以上原料可以看出，各原料中芳烴潛含量的優勢：裂解汽油抽余油芳烴潛含量＞加氫裂化重石腦油芳烴潛含量＞汽柴油加氫石腦油芳烴潛含量＞直餾石腦油芳烴潛含量。

因此，在提高的重整裝置芳烴收率時，應優先選擇芳潛含量高的原料，本裝置的原料是將裂解抽余油與加裂重石全改進裝置，汽柴油加氫石腦油根據上游負荷控制料，如果最終原料不足，則通過直餾石腦油進行補充，通過該方案優化本裝置的原料，本裝置重整進料芳潛含量一直維持在2%±57%，遠高于設計值，介于重整進料的富料和貧料之間。

4 催化劑的活性與芳烴收率的影響

重整催化劑的活性直接影響到重整油辛烷值和芳烴收率，根據催化劑的物理性質，重整催化劑是一種雙活性催化劑，通過金屬活性和酸性中心共同作用，將原料轉化生成重整生產油。在一定的設計和工藝條件下，重整裝置雙金屬催化劑的性能對重整生產油中芳烴含量和液收有顯著影響，一般在實際生產中，催化劑活性通常可以通過觀察反應總溫和芳烴產率來反映催化劑的活性[2]。

重整反應中促進脫氫反應重整催化劑核心是金屬組分作用，而促進反應過程中的異構化和裂解性能是酸性組分的功能。在日常操作中，通過加入氯化物來補充因損失而減少的氯。因此，要控制好重整催化劑水氯平衡，它對催化劑活性的發揮，以及提高重整裝置芳烴產率尤為重要。在日常操作中，崗位人員一定控制好催化劑水氯平衡，使反應朝向生成芳烴的方向進行，烷烴的脫氫環化反應也需要在催化的酸性和金屬性下進行，這是提高重整生成油辛烷值和芳烴產率的關鍵。從重整反應原理得知，烷烴異構化反應則在酸性組分作用下進行，該反應速率較快，由于熱力學平衡的限制，加氫裂化反應會導致裝置的液收降低，同時生成的小分子影響循環氫氣純度，因此我們需要控制副反應，如加氫裂化反應，一定要加強注氯標定，嚴格控制好水氯平衡，避免催化劑因酸性功能過強導致加氫裂化反應增加。

在日常操作中，重整催化劑氯含量的來源主要是依靠再生燃燒時在高溫富氧環境中注入四氯乙烯，水的來源主要進料中和再生循環氣中水含量。在實際生產中，搞好水氯平衡主要是控制注氯量，基本上沒有注過水。崗位人員注意觀察反應器的溫降變化，定時分析重整循環氫的氫純度及組成，及時調整注氯量，以維持催化劑的水氯平衡，當裝置循環氫純度及注氯量出現異常時，要及時匯報并查找原因。

綜上所述，保持催化劑活性，即搞好催化劑水氯平衡，要促進有利于產品的反應，削弱和抑制不利于目的產品的反應，來提高重整裝置的生成油辛烷值和芳烴產率。目前本裝置再生催化劑氯含量基本穩定在1.2～1.3 之間。

5 再接觸溫度與芳烴收率的影響

再接觸系統操作的好壞影響裝置的液收。重整生成油與氫氣的分離效果好，使氣體組分中夾帶的C5組分減少，從而提高液收。如何提高重整生成油和氫氣的分離效果是重整裝置日常管理的重要工作。根據物理學原理，再接觸系統操作的好壞主要受壓力和溫度的影響。壓力越高、再接觸溫度越低，分液罐頂氣相組分中的C5+ 含量就越少。但由于壓力受到氫氣管網壓力的影響，導致再接觸壓力沒有提升的空間。因此，實際生產中只能對再接觸溫度進行優化，以實現更好的分離效果。

根據裝置的實際工藝操作參數，我們要求洛陽設計院模擬了再接觸在不同溫度條件下的效果，得出了再接觸罐底部液相組成的百分含量分析。根據模擬反饋數據，隨著再接觸溫度的升高，輕組分逐漸脫離液相并隨氣相流出。因此，得出結論：隨著再接觸溫度的升高，底部的液相流量呈減少趨勢。在實際操作中，尤其在夏天，要控制再接觸溫度需要氨壓機承擔較大負荷，容易導致氨壓機超負荷運行而跳機，影響下游裝置的運行。

為此本裝置為降低再接觸冷后溫度，在重整再接觸換熱器之前增設了冷凍水換熱器，進一步降低再接觸溫度，并提高重整液收。同時，在優化方案后，降低再接觸制冷壓縮機故障檢修的風險以避免裝置降負荷或停工。利用公司過剩冷凍水資源，進一步降低了再接觸制冷機組的負荷，節省電耗，節能效果明顯。

6 結語

在日常生產中，影響重整汽油芳烴收率的因素有很多，本文對重整進料初餾點、進料組分、催化劑活性以及再接觸溫度對芳烴收率的影響進行了分析：(1)實驗證明，在進料組成穩定的情況下，通過適當的提高重整進料初餾點，盡可能切割C5、C6P 輕組分，在此基礎上調整重整反應溫度，芳烴收率可以得到顯著的提高；(2)在重整進料充足的情況下和在其他影響因素都穩定不變的前提下，重整進料組分中的芳潛含量越高，越有利于提升重整汽油的芳烴收率，因此，盡可能選擇芳潛含量高的原料做重整原料；(3) 搞好催化劑水氯平衡，崗位人員時刻關注催化劑氯含量，密切關注循環氫氣中水含量，外操人員加強每班注氯量標定。當循環氫氣中水有異常情況時，及時匯報技術員，并查找原因；(4)投用冷凍水后，應及時關注再接觸溫度變化情況，特別在冬季氣溫較低時，當冷凍水回水調節閥關得很小的時候，應當考慮將氨壓機停運。