石油煉制中的加氫催化劑和技術研究

張鳳軍

摘要：本文對加氫催化劑和技術展開深入的分析與研究，并且在此基礎上，從石油、柴油、油渣等方面，對加氫催化劑和技術的應用，也有著進一步的明確，通過加氫、催化劑等化學物質的使用，其主要目的即為保證石油煉制的效率和質量，也避免對環(huán)境造成嚴重的影響，滿足我國發(fā)展對石油原料的需求，且也在一定程度上提升石油行業(yè)經濟效益。

關鍵詞：石油煉制；加氫催化劑和技術；應用

1導言

我國石油資源相對匱乏，石油煉制過程中對輕質原油的需求相對較高，石油裂化的過程主要以加氫裂化、催化裂化為主。加氫催化技術可提高輕質油品產出率，滿足市場需求，對環(huán)境和諧友好，從而提升我國石油行業(yè)的經濟效益，實現(xiàn)“既要金山銀山，又要綠水青山”。為此，本文就針對石油煉制中加氫催化劑和技術展開詳細的研究，旨在同行參考借鑒。

2 石油煉制中的加氫催化劑和技術

加氫裂化催化劑具有加氫和裂化雙重功能，按性能分類包括輕油型、靈活型、中油型和無定形型四種，其中輕油型加氫裂化催化劑分子篩含量相對較高，催化劑活性最高；無定形型加氫裂化催化劑則基本不含分子篩，催化劑活性最低。雖這4種類型的加氫裂化催化劑都可生產優(yōu)質的重石腦油、柴油等，但它們的操作條件和產品分布差別較大。加氫裂化裝置建成投產后的催化劑類型和產品方案都相對比較固定，且加氫裂化反應器通常只裝填一個主要類型的催化劑。加氫裂化屬強放熱反應，為了盡可能避免不等溫反應對產品選擇性造成不利影響，加氫裂化反應器一般設置3-4個催化劑床層，每個床層間通過注入大量冷氫來控制入口溫度以實現(xiàn)等溫升操作。這種傳統(tǒng)操作模式存在著產品選擇性相對單一等缺點，也會造成大量的反應熱損失。催化劑級配技術就是依據(jù)原料油中不同烴類在催化劑活性中心上發(fā)生競爭吸附及不同的反應的機理，在不同反應區(qū)裝填不同類型的催化劑，通過發(fā)揮不同功能催化劑的優(yōu)勢，實現(xiàn)烴類組分在目標產品中的富集，從而最大限度提高目的產品的收率和質量。

3 導致石油煉制中催化劑失活的原因分析

在實際生產過程中，經常會發(fā)生催化劑失活的情況，導致失活的原因主要有以下幾方面：

3.1 水熱失活

水熱失活是一個較為緩慢的過程，一般與停留的時間長短有關。它是催化劑在高溫及水蒸氣存在的條件下，因催化劑表面結構發(fā)生變化，如孔容及表面積減小或是分子篩晶體結構遭受破壞等，從而造成催化劑本身的活性選擇性降低。也就是講在實際生產過程中，應對溫度進行嚴格控制，當溫度小于等于650℃的時候催化劑失活比較緩慢，一旦溫度超過730℃，此時催化劑失活現(xiàn)象就會較為凸顯。

3.2 結焦失活

結焦失活主要與反應生焦的速率有關。反應生焦通常會沉積在催化劑的表面，并覆蓋在活性中心上，而這種情況則會導致催化劑的選擇性及活性有所降低。通常在工業(yè)生產中由催化裂化產生出的焦炭大致可分為以下幾種：（1）催化談。這是在反應過程中生成的焦炭；（2）附加炭。屬于原料中及生焦過程發(fā)生前的物質，如稠環(huán)芳烴等；（3）可汽提焦。這種焦炭一般是由于汽提不完全造成的，主要為殘留在催化劑上的重質烴類；（4）污染焦。當重金屬沉積在催化劑表面時，會在一定程度上促進縮合及脫氫反應的發(fā)生，由此生成的物質為污染焦。

4 石油煉制中加氫催化劑和技術的應用研究

4.1 汽油用加氫脫硫催化劑技術開發(fā)

我們在此以RIPP開發(fā)的選擇性加氫脫硫技術為例，該技術的核心點在于加氫脫硫的同時還能最大限度地飽和烯烴，路徑有2個：一是依據(jù)其依據(jù)汽油中硫、烯烴等分布特點，再針對綜合考慮原料和目標產品，采用適當?shù)姆逐s點分FCC汽油進行切割，對FCC重餾分加氫精制，從而大大減少了烯烴飽和；二是卡法加氫脫硫催化劑技術。由于汽油加氫脫硫催化劑選擇性與活性相結構關系密切，因此對催化劑硫化態(tài)活性相貌結構及其對選擇性因子的影響來建立選擇性加氫脫硫活性模型建立，逐漸找到活性結構與加氫催化劑之間的關系，由于與開發(fā)針對性的催化劑產品。

4.2 柴油用加氫脫硫技術的開發(fā)

隨著我國對環(huán)境保護的重視程度不斷提高，相關環(huán)保條例的要求也越來越嚴格，在一定程度上對運輸燃料的規(guī)格也提出了更高的要求。針對此問題RIPP開發(fā)了RTS技術，即高空速柴油超深度加氫脫硫技術。RTS技術的大體設計思路如下：將第一反應區(qū)設為適度高溫反應去，并在該區(qū)域內完成大部分的脫硫及氮化物脫除工作，也使多環(huán)芳烴在這一過程中部分飽和；將第二反應區(qū)設為低溫反應區(qū)，主要用于實現(xiàn)剩余硫化物的脫除及多環(huán)芳烴的加氫飽和，從而便可得到超低硫的柴油。在以高硫柴油為主要原料的煉油過程中，采用該技術能夠比常規(guī)技術高約50%的空速下產出硫含量較低且顏色呈水白色的柴油產品。

4.3 渣油加氫催化裂化技術開發(fā)

對渣油的加氫脫硫加工是借助脫硫裝置對劣質渣油加氫處理后為下游重油催化裂化裝置提供原料，順帶副產出部分的柴油、石腦油等輕質原油。隨著高油價時代的來臨，對渣油加氫技術的研究和應用越來越更具廣闊的前景。然而渣油加氫催化的技術難點很多，主要集中在催化劑利用率、消除積碳、瀝青質的加氫轉化以及催化劑與活性的平衡等，而干擾到加氫催化劑有效利用率的主要制約因素是渣油的大分子和高粘度，這往往容易附著大量的積碳。所以降低渣油粘度和利用打孔催化劑載體材料加速大分析渣油在看催化劑孔內的擴散等成了技術改進的出發(fā)點。

5 石油煉制中加氫催化劑和技術的發(fā)展趨勢

5.1 科學控制加氫裂化技術所使用的材料，對其中的替代性材料進行及時處理并且開展有針對性的加工活動；

5.2 通過加氫裂化技術的使用來不斷增加企業(yè)的經濟效益，在其中要延長加氫裂化技術設備的使用壽命，催化劑應以穩(wěn)定性、靈活性較強的元素為首選；

5.3 擴大加氫裂化技術的使用材料，不斷增強加氫裂化設備的適應能力，確保其可以更好的提高劣質原油的加工能力；

5.4 催化劑級配技術既是一種理念，也是一種高效實用的技術解決方案，能夠根據(jù)裝置對產品質量或產品分布的需求進行靈活組合，以在加氫裂化、加氫精制以及其他多種使用催化劑的場合進行推廣，有著廣泛的應用前景，經濟效益和社會效益顯著。

6 結語

總之，就當前的形勢來講，石油市場所呈現(xiàn)的局面相對較為復雜，石油資源變的愈發(fā)緊張。所以，為滿足市場對石油資源的需求，在石油煉制的過程中，逐漸將加氫催化劑和技術應用到其中，可適時的為指導研制催化劑和相關工藝技術提供幫助，從而讓煉油企業(yè)滿足越來越高的環(huán)保要求。也可實現(xiàn)劣質油向低成本、高質量、低硫低碳等環(huán)保汽油高效率轉變的目標，也可滿足各類基礎油的需求。

參考文獻：

[1]秦富禮.石油煉制中的催化劑問題研究[J].2014.

[1]曹亞軍.探究石油煉制中的加氫催化劑和技術[J].2016.

[3]歐旭東.催化加氫在化工技術上的應用[J].2015.

（作者單位：大慶石化公司）