催化裂化裝置用劑的實驗室設計與評價

趙 博，高明軍，譚映臨，張新功，葉 紅

（青島惠城環保科技股份有限公司，山東 青島 266500）

催化裂化技術是煉油工業中重質油二次加工的主要途徑和提高輕油收率的重要手段，也是我國車用汽油的主要來源。隨著石化企業裝置復雜程度的不斷提高，作為煉油廠關鍵裝置的FCC裝置也成為石化企業提高經濟效益的一個重要選擇[1]。在工業催化裂化中，催化劑作為活性來源，對處理能力、產品產率和產品質量，乃至生產成本均起著主要作用[2]。因此FCC催化劑配方的選擇就尤為關鍵，除了需滿足基本理化指標達到合適流化狀態和機械強度之外，還需對其活性選擇性進行評價，國內普遍使用的FCC催化劑活性評價裝置主要有輕油微反[3]、重油微反、FFB小型固定流化床、提升管和ACE[4]等實驗裝置。反應性能評價是表征其促進化學反應能力大小的重要指標。

青島惠城環保科技股份有限公司為滿足不同客戶裝置的操作條件、工藝過程和設備型式對不同FCC催化劑需求，采用“按需定制、靈活集成”的個性化催化劑定制方案。建立了三級評價體系，以收集到的裝置情況、原料油數據、操作參數和產品分布等數據為基礎，結合積累的豐富經驗確定設計思路制備催化劑，通過多種分析評價手段為客戶篩選合適的催化劑配方。本文以某煉廠X為例，對催化裂化裝置用劑從實驗室設計開始到提升管評價結束進行了介紹，整理了催化劑制備思路和評價流程，以供相關專業技術人員學習指正。

1 裝置基本情況和客戶需求

某煉廠X催化裂化裝置加工能力為120萬t/a，以多產汽油和丙烯為目的，主要操作條件和產物分布見表1，原料油數據見表2。目前在用催化劑Y，單耗1.25kg/t，平衡劑數據見表3。

表1 裝置主要操作條件和產物分布

表2 原料油數據表

表3 平衡劑數據表

2 配方設計思路及催化劑性質

催化劑配方設計思路：①采用專有高性能分散基質，梯度分布的孔結構提高其可接近性，能提高催化劑穩定性和活性的同時，減少過度裂化的發生[5]；②采用化學超穩化Y型分子篩為主要活性組分，調整稀土含量和超穩化程度使催化劑具有適度的階梯分布裂化活性[6-7]；③根據原料油性質有針對性地賦予部分抗重金屬（鎳釩等）污染性能和抗堿性氮中毒性能，控制基質的焦炭選擇性[8-9]；④采用專有的鋁溶膠技術與特有的催化劑制備技術，賦予催化劑優異的抗磨損性能，將催化劑的跑損減至最低[10]。根據此設計思路得到兩個配方，實驗室制備相應數量樣品，制備流程如圖1所示。裝置在用劑與制備所得配方A/B的化學組成、微反活性及其他理化性質如表4所示。由表4可知，配方A和配方B與在用劑相比在稀土含量、孔體積等方面做了相應的調整，其他理化指標均滿足使用要求。

圖1 催化裂化催化劑實驗室制備流程

表4 裝置在用劑和配方A/B數據表

催化劑配方制備需兩種Y型分子篩樣品，REY和REUSY。REY分子篩經NaY稀土交換、一次銨交換后高溫焙燒，二次銨交換后得到成品分子篩，稀土質量分數約為12.0%。REUSY分子篩經NaY一次銨交換后高溫水熱超穩處理，二次銨交換、稀土交換后得到成品分子篩，稀土質量分數約為10.0%。催化劑制備時，配方A加入REY和REUSY兩種分子篩樣品；配方B僅加入REY分子篩，漿液氣流干燥前加入一定量的金屬捕集組分，提高對原料中重金屬抵抗能力。

3 FFB小型固定流化床性能評價

在用劑和配方A、配方B進行活性評價前，需經800℃，100%水蒸氣處理17h[11]。

所用設備流程圖如圖2所示[12]。

評價條件為反應溫度515℃，質量空速20h-1，原料油為裝置在用油。改變多組劑油比，使用軟件對產物分布進行曲線擬合，液化氣、汽油、焦炭和丙烯產率與轉化率關系分別如圖3至圖6所示。同時計算每種催化劑在轉化率為75.0%時的各個產物收率，如表5所示。

圖2 FFB小型固定流化床裝置流程示意圖

圖3 轉化率對液化氣產率的影響

圖4 轉化率對汽油產率的影響

由圖3至圖6和表5看出，與在用劑相比，在不同轉化率的條件下，配方A/B的液化氣、汽油、丙烯產率均高于在用劑，焦炭產率低于在用劑，配方A/B的效果皆優于在用劑且配方A效果更優于配方B。比較同一轉化率下的產物分布，相比在用劑，配方A汽油收率提高1.25%，液化氣收率提高0.47%，丙烯收率提高0.22%，同時焦炭產率降低0.28%，因此選取配方A進一步于提升管進行中試評價實驗，與在用劑對比。

圖5 轉化率對焦炭產率的影響

圖6 轉化率對丙烯產率的影響

表5 相同轉化率下的產品分布

4 提升管評價

對優選的配方A繼續與在用劑進行提升管評價，評價所用設備為Ru-1型高低并列式中型催化裂化提升管裝置[13]，流程圖如圖7所示。

圖7 中型催化裂化提升管裝置流程示意圖

評價用劑均需經800℃，100%水蒸氣處理17h，原料油為裝置在用油，最后計算得到相應的產物分布，實驗結果如表6所示。

表6 提升管裝置的物料平衡及產品分布

由表6可知，配方A與在用劑產物分布比較，汽油收率提高0.47%，液化氣收率提高0.89%，丙烯收率提高0.37%，同時焦炭產率降低0.59%。催化劑配方A能夠達到煉廠X，保證最大化生產液化氣、丙烯和汽油的同時，焦炭產率也有所降低，性能各方面優于在用劑Y，因此催化劑A配方設計合理。

5 結論

1）由實驗結果可知，根據配方設計理論設計得到的配方A磨損、篩分、堆比和水孔等理化指標達到產品質量指標，且反應性能各方面優于在用劑Y，配方設計達到目的。

2）由FFB小型固定流化床對多個設計配方進行初選，較優配方進一步在Ru-1中型提升管實驗裝置上進行性能評價驗證，篩選出的配方各方面性能較優，說明該配方篩選流程可靠合理，能夠實現逐步篩選出最優配方的目的。

3） 煉廠X應用我公司配方設計催化劑后，統計對比了使用前后的生產數據，液化氣收率上升0.91個百分點，汽油收率上升0.81個百分點，輕收增加0.54個百分點，說明配方設計催化劑具有較好的產品選擇性，能夠增產液化氣和汽油產率。