催化重整循環(huán)氫的作用

曲喜臣(中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209)

催化重整循環(huán)氫的作用

曲喜臣(中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步，國(guó)民生產(chǎn)水平不斷提高，對(duì)汽油和石油化工原料的質(zhì)量要求非常高，因此對(duì)煉油廠的處理工藝越來(lái)越重視，催化重整技術(shù)在煉油廠中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。催化重整是在有催化劑作用的條件下，對(duì)汽油餾分中的烴類分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新排列成新的分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程。是煉油廠中二次加工的生產(chǎn)裝置之一，催化重整過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廉價(jià)氫氣，是煉油廠中重要的的氫氣來(lái)源，但是催化過(guò)程也需要循環(huán)氫氣的存在，且在過(guò)程中起到了決定性的作用。本文主要介紹了催化重整的過(guò)程，并重點(diǎn)介紹了循環(huán)氫氣在催化重整過(guò)程中的作用及意義。

催化重整;循環(huán)氫氣;作用

1 催化重整技術(shù)的介紹

催化重整技術(shù)自上世紀(jì)五十年代起始于美國(guó)，以建成世界上第一套鉑催化重整裝置為里程碑節(jié)點(diǎn)，但是目前隨著工藝技術(shù)的改進(jìn)和科技的發(fā)展，這種催化劑的活性不高，催化效果不佳，被其他高活性的催化劑所替代，以鉑為催化劑的重整技術(shù)已經(jīng)被淘汰。雙金屬催化劑的應(yīng)用，大大提高了催化重整的反應(yīng)深度，產(chǎn)生的芳烴和氫氣產(chǎn)率較之前有了很大的進(jìn)步，刷新了催化重整技術(shù)當(dāng)前的工藝流程，標(biāo)志著催化重整技術(shù)歷史性的變革。近年來(lái)，我國(guó)催化重整裝置不斷應(yīng)用到煉油廠中，成為了煉油廠關(guān)鍵的設(shè)備，副產(chǎn)大量廉價(jià)的氫氣為煉油廠的生產(chǎn)運(yùn)行提供了氫氣，降低了煉油廠的生產(chǎn)成本。

催化重整技術(shù)是提高原油煉化汽油，柴油品質(zhì)的重要手段，為了滿足廣大人民群眾對(duì)汽油柴油的需求，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的要求，高辛烷值的汽油柴油是煉油廠的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)目前煉油廠中催化重整裝置主要生產(chǎn)芳烴，生產(chǎn)高辛烷值的汽油逐漸成為煉油廠的重要內(nèi)容。

在催化重整反應(yīng)過(guò)程中，裝置內(nèi)主要發(fā)生四個(gè)反應(yīng)，主要包括：①環(huán)烷烴脫氫；②烷烴脫氫環(huán)化；③異構(gòu)化；④加氫裂化。

2 催化重整的工藝流程

以含有烷烴、環(huán)烷烴和芳烴為主要原料的石腦油和低質(zhì)量汽油為原料，其中含量豐富的多環(huán)烷烴是優(yōu)質(zhì)的重整原料，當(dāng)前世界上的催化重整裝置主要用于生產(chǎn)高辛烷值汽油，以提高汽油使用效率降低汽油燃燒對(duì)環(huán)境的污染。由于催化重整催化劑的活性受到外界因素的影響非常嚴(yán)重，對(duì)于雜質(zhì)非常敏感，很容易失去活性，造成催化效果的降低，因此原料中的烯烴、水以及其他金屬雜質(zhì)在進(jìn)入裝置反應(yīng)之前必須通過(guò)除雜設(shè)備進(jìn)行去除。對(duì)該過(guò)程的影響因素除了原料性質(zhì)和催化劑類型以外，還有溫度、壓力、空速和氫油比。溫度高、壓力低、空速小和低氫油比對(duì)生成芳烴有利，但為了抑制生焦反應(yīng)，需要使這些參數(shù)保持在一定的范圍內(nèi)。此外，為了取得最好的催化活性和催化劑選擇性，有時(shí)在操作中還注入適當(dāng)?shù)穆然镆跃S持催化劑的氯含量穩(wěn)定。

該催化重整工藝流程主要包括原料預(yù)處理和重整兩個(gè)工序，在以生產(chǎn)芳烴為目的時(shí),還包括芳烴抽提和精餾裝置。經(jīng)過(guò)原料預(yù)分餾系統(tǒng)，分離出重石腦油、輕石腦油及少量燃料氣。輕石腦油送至灌區(qū)作為汽油調(diào)和組分，燃料氣進(jìn)入重整裝置放空系統(tǒng)后出裝置，重石腦油進(jìn)入重整反應(yīng)系統(tǒng)，與循環(huán)氫混合并加熱至450～490℃后,在1～1.2MPa下進(jìn)入反應(yīng)器。反應(yīng)器由4個(gè)串聯(lián)，其間設(shè)有加熱爐，以補(bǔ)償反應(yīng)所吸收的熱量。重整反應(yīng)系統(tǒng)生成氫氣和重整反應(yīng)生成油，氫氣一部分循環(huán)，一部分加壓后送至氫氣外管網(wǎng)，重整生成油送至穩(wěn)定系統(tǒng)。穩(wěn)定系統(tǒng)分離出燃料氣并入裝置內(nèi)燃料氣管網(wǎng)，液化石油氣送至液化氣灌區(qū)，穩(wěn)定塔脫去輕組分送至灌區(qū)后作為好辛烷值汽油和組分。（研究法辛烷值95以上），或送往芳烴抽提裝置生產(chǎn)芳烴。

3 催化重整技術(shù)循環(huán)氫的作用

催化重整的副產(chǎn)是氫氣，在反應(yīng)進(jìn)行的前階段會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣，加氫裂化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)大分子烷烴斷裂成較輕的烷烴和低分子氣體，會(huì)減少液體收率，并消耗氫,反應(yīng)是放熱，這個(gè)反應(yīng)的過(guò)程中需要消耗大量的氫氣，不僅如此，在升溫升壓的過(guò)程中，很容易由于分壓不均造成焦化反應(yīng)的生成。整個(gè)催化重整反應(yīng)都需要循環(huán)氫氣的存在，在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中使用循環(huán)氫氣的目的是：

（1）是抑制生焦反應(yīng)，保護(hù)催化劑。在催化重整反應(yīng)進(jìn)行中，還會(huì)有其他的副反應(yīng)進(jìn)行，整個(gè)過(guò)程都需要保證催化劑的活性，才能保證反應(yīng)的順利向前進(jìn)行。近代催化重整催化劑的金屬組分主要是鉑，酸性組分為鹵素（氟或氯），載體為氧化鋁。其中鉑構(gòu)成脫氫活性中心，促進(jìn)脫氫反應(yīng)；而酸性組分提供酸性中心，促進(jìn)裂化、異構(gòu)化等反應(yīng)。改變催化劑中的酸性組分及其含量可以調(diào)節(jié)其酸性功能。為了改善催化劑的穩(wěn)定性和活性，各種雙金屬或多金屬催化劑。這些催化劑中除鉑外，還加入錸、銥或錫等金屬組分作助催化劑，以改進(jìn)催化劑的性能。催化重整反應(yīng)中各階段的催化劑由于反應(yīng)的不同而不同，前兩個(gè)反應(yīng)是脫氫反應(yīng)，需要保持脫氫催化劑的活性，在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，催化劑很容易跟反應(yīng)產(chǎn)物及中間產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，降低催化劑活性，影響整個(gè)反應(yīng)效果。

（2）同時(shí)也起到熱載體的作用，減少反應(yīng)床層溫降，提高反應(yīng)器內(nèi)的平均溫度。循環(huán)氫壓縮機(jī)在正常工況下運(yùn)行時(shí)，氫氣在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)做功，并未帶走系統(tǒng)內(nèi)的熱量只是將熱量從一端傳遞到另一端，及時(shí)帶走了放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量的同時(shí)，又為吸熱反應(yīng)提供需要的能量，保證整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。及時(shí)將熱量傳遞給周圍降低了反應(yīng)床內(nèi)的溫度差，進(jìn)而提高整個(gè)反應(yīng)的溫度。

（3）烯烴飽和。在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，需要將不飽和的烯烴通過(guò)加氫反應(yīng)器，生成飽和的烷烴，進(jìn)而除去重整反應(yīng)中不穩(wěn)定的烯烴，防止其他副反應(yīng)的發(fā)生。烯烴飽和生成的烷烴還可以進(jìn)行重整反應(yīng)，生產(chǎn)出需要的油品及其他相關(guān)的產(chǎn)品，提高了原料的利用率。

（4）還可以起到稀釋原料的作用，使原料更均勻的與催化劑接觸。（在壓力一定的情況下，氫油比越大生焦反應(yīng)越少，生產(chǎn)運(yùn)行周期越長(zhǎng)。但過(guò)大的氫油比會(huì)減少反應(yīng)時(shí)間，從而減少了轉(zhuǎn)化率，另外使壓縮機(jī)消耗功率增大。）

（5）減輕加熱爐燃燒負(fù)荷，通過(guò)減少循環(huán)氫進(jìn)入加熱爐的流量，使對(duì)應(yīng)加熱爐出口溫度上升，從而減少對(duì)應(yīng)加熱爐燃料氣的流量，達(dá)到了減輕加熱爐的燃燒負(fù)荷。

循環(huán)氫影響著氫油比

在總壓不變時(shí)，提高氫油比意味著提高氫分壓，有利于抑制催化劑上積炭，對(duì)保護(hù)催化劑有利。但氫油比過(guò)大不利于脫氫反應(yīng)，并且增加循環(huán)機(jī)的負(fù)荷，增加能耗。氫油比過(guò)大時(shí)，還會(huì)由于減少反應(yīng)時(shí)間而降低了轉(zhuǎn)化率，因此氫油比不宜過(guò)大；但如果氫油比過(guò)低會(huì)大大加快重整催化劑的生焦速度。故保持適宜的氫油比是重整運(yùn)行的關(guān)鍵。

循環(huán)氫主要應(yīng)用在循環(huán)氫氫壓縮機(jī)中，該裝置的作用主要是通過(guò)壓縮機(jī)的工作來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的氫氣循環(huán)，防止由于外界其他雜質(zhì)混入反應(yīng)器，產(chǎn)生其他的副反應(yīng)影響整個(gè)催化重整反應(yīng)的純度和產(chǎn)物。不僅如此催化重整的第三個(gè)反應(yīng)是消耗氫氣的，為了保證反應(yīng)進(jìn)行完全，在循環(huán)氫氣的環(huán)境下，能夠保證整個(gè)吸熱反應(yīng)的順利進(jìn)行。

總而言之，催化重整反應(yīng)過(guò)程中盡管是個(gè)產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)，但是在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，需要循環(huán)氫氣的作用，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，循環(huán)氫在這個(gè)重整反應(yīng)中的是必不可少的，其在反應(yīng)中的作用也是非常重要的。因此應(yīng)該特別注意循環(huán)氫氣在反應(yīng)中的工況運(yùn)行，以及循環(huán)氫壓縮機(jī)的常見故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)維修。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加深，對(duì)石油化工產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，在工業(yè)生產(chǎn)以及日常的通運(yùn)輸方面，石油化工產(chǎn)品占據(jù)了重要地位。因此在煉油廠的各項(xiàng)裝置運(yùn)行過(guò)程中，催化重整技術(shù)對(duì)于提高煉油廠產(chǎn)品的質(zhì)量和收率具有非常重要的意義。其中循環(huán)氫在反應(yīng)中起到了重要作用：不僅有效的防止了焦化反應(yīng)的進(jìn)行，對(duì)于保證催化劑活性也起到了重要作用，而且循環(huán)氫氣的存在還提高了氫油比，抑制了催化劑表面積碳，保護(hù)了催化劑活性。

[1]宋健美。《催化重整氫氣循環(huán)系統(tǒng)除沫裝置的改造》，《化工機(jī)械》，1995（4）：52-54.

[2]果學(xué)義。《重整裝置引用外來(lái)氫氣開工》，《催化重整通訊》，1995（3）：58-60.

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[5]劉一輝。《MPCC煉油廠氫氣系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化決策的研究》，《華南理工大學(xué)》，2007.