連續重整催化劑更換周期的經濟效益對比

劉 捷，劉 彤，曹正堂

(1.中國石化金陵分公司，南京 210033；2.中國石化石油化工科學研究院)

催化劑活性是連續重整裝置高效運轉的關鍵。連續重整催化劑連續燒焦再生，催化劑因積炭造成的活性損失能夠得到恢復。然而，隨著運行周期的延長，催化劑不可避免地遭受不可逆損傷，如比表面積下降、載體晶相破壞、Pt金屬分散度減小以及雜質污染等[1-2]，導致再生催化劑活性持續下降，表現為重整裝置C5+液體產品(或芳烴)和純氫等高附加值產品收率下降，液化氣和干氣產率上升[3-4]。為了彌補催化劑活性下降帶來的損失，不得不采取增加注氯量、提高反應溫度等操作。由于注氯量的提高以及催化劑持氯能力的下降會導致重整生成油、產氫及再生煙氣中的氯含量持續增加，造成下游裝置設備、管線等腐蝕加劇[5]，重整裝置液相脫氯和氣相脫氯操作費用上升[6]；反應溫度提高，導致燃料氣消耗增加，裝置能耗上升，生產成本增加[7]。此外，催化劑到了使用末期，壓碎強度嚴重下降，粉塵量增加[8]，導致因反應-再生系統壓降異常[9]、催化劑提升不暢、內構件損壞[10]等造成異常停工的次數增多，也會影響裝置的經濟效益。催化劑成本占連續重整裝置生產成本的比例大，連續重整催化劑使用年限越長是否代表裝置經濟效益越高是業界一直爭議的問題。針對連續重整催化劑更換周期的選擇問題，基于中國石化金陵分公司(簡稱金陵分公司)1.0 Mt/a連續重整裝置催化劑使用2個生產周期的工業應用數據，從催化劑使用成本、“三劑”及燃料氣消耗成本、產品收率等方面，綜合分析兩種更換新催化劑方案下裝置產生的經濟效益，以期為重整裝置確定合理的換劑周期提供決策依據。方案一為重整催化劑使用2個生產周期(8年)；方案二為重整催化劑使用1個生產周期(4年)，之后全部更換新催化劑，再次使用1個生產周期(4年)。

1 重整催化劑使用2個生產周期的運行結果

金陵分公司1.0 Mt/a連續重整裝置由石腦油加氫單元、催化重整單元、催化劑再生單元及界區內配套公用工程組成，預加氫、重整反應及再生部分采用UOP公司CycleMax專利技術(UOP公司僅提供專利許可)，其余部分的工藝及工程設計均由中國石化洛陽工程公司完成，重整催化劑采用中國石化石油化工科學研究院開發的PS-Ⅵ型連續重整催化劑，裝置于2008年首次開工。2008—2015年，該裝置運行了2個生產周期，期間，2011年11月按計劃停工檢修改造。2008年1月至2011年11月為第1個生產周期，2011年12月至2015年12月為第2個生產周期。第1個生產周期開始時采用新催化劑，總裝填量為78 t；第1個生產周期結束時，卸出10 t舊催化劑回收貴金屬，補充了10 t新催化劑。

1.1 生產數據

2008—2015年連續重整裝置2個生產周期的催化劑及燃料氣消耗(平均值)見表1。

表1 2008—2015年連續重整裝置2個生產周期的催化劑及燃料氣消耗

1.2 催化劑的物化性質

2個生產周期催化劑的比表面積(平均值)變化見圖1。由圖1可見：催化劑的比表面積最初為196 m2/g，到第1個生產周期末快速下降至152 m2/g；在第2個生產周期中，催化劑比表面積基本恒定在150 m2/g左右，與新鮮催化劑的比表面積差距較大，所以第2個生產周期中催化劑活性明顯低于第1個生產周期。比表面積下降的快慢與所采用的連續重整工藝有關。采用UOP公司CycleMax工藝的裝置，由于再生循環氣中水含量高，催化劑再生過程中比表面積下降較快；采用國產超低壓連續重整(SLCR)、逆流連續重整(SCCCR)、Axens等工藝的裝置，再生循環氣經過冷卻和干燥，催化劑再生過程中比表面積下降較慢[11-12]。

圖1 2個生產周期催化劑的比表面積變化

由于催化劑比表面積下降，高附加值產品重整生成油及混氫收率逐年下降(表1)，為了保持產品辛烷值達標，需要提高反應溫度，受此影響，裂化反應增多，造成低附加值的液化氣產率逐年上升；脫氯劑、四氯乙烯等“三劑”和燃料氣單耗同樣逐年增加，2012年的生產數據優于2011年的生產數據，主要是由于第1生產周期末大檢修時，補充了10 t新鮮催化劑以替換舊催化劑。

2個生產周期催化劑壓碎強度的變化如圖2所示。由于催化劑強度下降，裝置淘析出的粉塵量逐年增多，與表1中催化劑單耗變化趨勢吻合。2011年催化劑單耗偏高，是因為將大檢修時補充的10 t新鮮催化劑計算在內。

圖2 2個生產周期催化劑壓碎強度的變化

2 不同換劑周期經濟效益比較

重整處理量按1.1 Mt/a計，產品生產量及燃料氣、“三劑”等的消耗量按表1中的數據(年平均值)計。兩種方案下原料的成本、固定費用等波動較小，以下討論中認為兩種方案的上述項目相等。

2.1 原料、產品、“三劑”及催化劑平均價值

原料、產品及“三劑”的平均價值見表2。其中，氫氣產品為混氫，重整進料按石腦油計，生成油取戊烷及苯類產品價格的平均值。表中價格按2008—2016年的平均價格計算。催化劑舊劑的價值指舊劑中所能回收鉑的價值，鉑回收率按95%計，同時扣減5%的風險質量；鉑價格按2008—2016年上海黃金交易所收盤平均價，扣除5%風險費；鉑的回收費用為2.0萬元/kg，舊劑的運費總計1.2萬元，舊劑的量按78 t計；催化劑新劑的價值指新劑生產過程中消耗的鉑價值與加工費之和；生產每噸PS-Ⅵ連續重整催化劑時的投鉑量為2.9 kg，另加2%的鉑購買手續費，催化劑加工費為30萬元/t，新劑的質量按78 t計。

表2 原料、產品及“三劑”的平均價值

2.2 兩種方案下裝置的投資與收益對比

兩種方案下的成本及產品價值見表3。由表3可見：方案一的催化劑投資比方案二要少3 720萬元，但方案一的燃料氣和“三劑”成本比方案二多9 840萬元，最終方案一的成本比方案二高6 120萬元；方案一的低附加值產品液化氣的收益比方案二高9 587萬元，但高附加值產品生成油和氫氣的收益比方案二低18 645萬元，最終方案一的實際收益比方案二低9 058萬元。綜合考慮投資與收益，8年間方案一比方案二的效益低15 178萬元。

表3 兩種方案下的成本及產品價值 萬元

注：兩種方案中第1生產周期開工時催化劑的采購成本一致，故不予考慮。

2.3 其他消耗

由于催化劑比表面積逐年下降，其持氯能力也逐年降低，導致生成油中的氯含量升高。生成油中氯含量升高會給下游處理裝置帶來一系列問題，最典型的是芳烴抽提裝置的腐蝕泄漏問題。表4列出了芳烴抽提裝置2008—2018年發生的腐蝕泄漏情況，發生腐蝕泄漏的部位主要在溶劑環丁砜和水存在的地方，水含量越高的位置腐蝕泄漏頻率越高。

表4 2008—2018年芳烴抽提裝置泄漏情況統計

抽提裝置泄漏部位主要集中在重沸器管板與頭蓋交界處、積液箱側壁與底板連接處等，如圖3～圖6所示。上述位置均有一個共同點，即液體流速緩慢，液體中的酸性腐蝕物如氯離子、硫磺酸以及亞硫酸等容易聚集，從而造成迅速腐蝕減薄穿孔。該裝置第1、第2生產周期因腐蝕泄漏造成的停工分別為4次和11次，第2生產周期頻繁泄漏停工與催化劑持氯能力下降密不可分。

圖3 溶劑再生塔重沸器堵漏照片

圖4 回收塔積液箱開裂照片

圖5 汽提塔塔底重沸器腐蝕照片

圖6 水汽提塔重沸器腐蝕照片

抽提裝置每次停工通常需要3天時間消漏處理，期間重整裝置需要降低進料量20 t/h。每噸重整進料加工效益按500元計，每次停工損失為72萬元。此外每次抽提停工檢修費平均為30萬。假設方案二第2生產周期重整催化劑全部換新后，芳烴抽提裝置的停工次數由11次降至4次，與第1 生產周期持平，則方案一增加7次抽提停工帶來的經濟效益損失為714萬元。

2.4 兩種方案效益之差匯總

從投資與收益的角度考慮，方案一比方案二的效益低15 178萬元。此外，考慮因腐蝕造成的抽提裝置泄漏停工，方案一比方案二多7次，效益損失714萬元。兩種方案總的效益之差為15 892萬元，8年內平均相差1 987萬元/a。

3 結 論

基于金陵分公司1.0 Mt/a連續重整裝置催化劑使用兩個生產周期的工業應用數據，綜合分析了2個生產周期更換新催化劑(方案一)和1個生產周期更換新催化劑(方案二)兩種方案下，裝置產生的經濟效益。從催化劑投資、燃料氣消耗、產品收率等方面對比投資和收益，方案一比方案二的效益低15 178萬元。考慮因腐蝕造成的抽提裝置泄漏停工，方案一比方案二的效益損失714萬元。連續重整催化劑使用1個生產周期換劑產生的經濟效益比2個周期要高1 987萬元/a，1個生產周期換劑更具有經濟性。