对连续重整催化剂性能及重整反应影响因素的分析

摘 要：催化重整操作是石油化工的重要工艺之一，该技术是在催化剂的作用下，将原本存在的分子进行重新排列成新分子。本文围绕操作条件对积炭影响、金属Pt分散度对积炭的影响、优化反应环境对催化剂积炭影响对比、积炭对催化剂活性和选择性的影响四个方面展开分析，通过分析催化剂的积炭情况，从而对重整反应的影响因素有一定掌握，实现石油工业不断发展的目标。

关键词：连续重整；催化剂；连续再生

前言：随着石油市场的发展，炼化企业需要作出相应的技术调整来适应社会的发展，其中催化重整技术对石油化工的发展有很大的影响。现有的催化重整装置主要包括半再生重整和连续再生重整两类，其中连续再生重整装置将逐渐成为主要重整项目。连续催化重整技术经过了长时间的发展，目前已经逐步趋于成熟，并促进了炼化企业的稳健发展。

一、连续重整催化剂性能的研究

（一）固定床临氢重整催化剂

催化剂技术是影响催化重整产业发展的重要因素，催化剂技术的不断发展创新就意味着重整技术的发展，催化剂的发展主要体现在两个方面：催化剂再生工艺和催化剂的性能，两者之间相互影响、互相促进发展、具有密切的联系。通过催化剂再生工艺的发展情况，就可以明确的分析出催化剂性能的发展状况。固定床临氢重整催化剂是最先出现的一种重整技术，美国的三个石油公司公布了此方法，并将它取名为固定床临氢重整催化剂。该重整工艺的装置由4个反应器构成，其中2个固定床反应器为一组，两组交替运行，进而实现重整工艺的顺利进行。该工艺采用的催化剂以钼原子为主，反应压力为1-2MPa，温度较高，反应周期较短。另外还存在Cr2O3/Al2O3和CuO/Al2O3重整催化剂，由于Al2O3本身具有较强的挥发性，因此这些重整催化剂的稳定性较差，并且使用成本较高。Cr2O3/Al2O3和CuO/Al2O3重整催化剂主要应用在二战时期，生产甲苯来制作炸药。

（二）半再生重整催化剂

半再生重整工艺的催化剂主要为Pt/Al2O3，这种催化剂的活性较高，稳定性也大幅度提高，并且增加了连续运行的可能性。通过在高压下进行重整操作，能有效避免催化剂失活，从而增加运转时间。目前，半再生催化重整装置仍然应用在大部分炼化企业中，但是随着催化剂失活现象，企业会考虑更换稳定性较高，运行周期较长的催化剂。

（三）循环再生重整催化剂

循环再生重整装置是在半再生工艺的基础上增加一个固定床反应器，新增的反应器用作循环更替使用。由于重整工艺进行时，反应器会受催化剂积炭影响，通过更换反应器，能有效加长重整装置的使用时间。循环再生重整催化剂由于具有较高的活性和稳定性，能在较苛刻的环境下运转，但是因为重整装置复杂度较大，因此实际应用范围较小。

（四）连续再生重整催化剂

连续再生重整装置应用球形催化剂，在重力的作用下使催化剂在不同反应器之间游走，有效的减少了催化剂的浪费。连续再生催化剂主要是双金属催化剂，这类催化剂失活速率较慢、金属Pt分散度较大、并且在进行烧积炭时，催化剂活性受较小影响。目前催化剂发展的重点在于制造积炭量较少、稳定性较高的催化剂，由于连续再生重整催化剂能很好的满足企业发展的需求，已经在实际生产中得到了广泛应用。

二、重整反应影响因素分析

（一）操作条件对积炭影响

重整汽油需要的成分可以通过改变操作条件来完成，工业重整装置的优势在于使这些条件更容易达成，换言之，工业重整装置的存在，使重整汽油在条件苛刻度较高时便可实现RONC或BTX芳烃含量的增加。催化剂的积炭行为是影响催化剂活性和稳定性的重要因素，所以在研究重整反应时，应注重关注催化剂的积炭行为。操作条件的改变对积炭行为有一定的影响，在苛刻度较高的操作条件下，有利于积炭量的去除，当反应压力维持不变时，提高入口温度和降低风速都会使去除积炭更容易实现。另外，降低反应压力也可以起到提高苛刻度的作用，从而使催化剂积炭更容易去除。因此，目前为了促进重整技术的发展，应该着重考虑如何在低压下实现催化剂连续发挥作用。通过改变催化剂成分可以有效实现这一目标，将催化剂成分调整为Pt-Re/Al2O3，能有效减少催化剂在低压下的积炭行为[1]。

（二）金属Pt分散度对积炭的影响

金属Pt在催化剂中的分散情况会对重整反应造成一定的影响，根据以往的实际操作经验表明，在催化剂中金属Pt分散度相似或相同的状况下，随着金属Pt含量的增加，催化剂的积炭含量也有所增多。这种情况主要是由于Pt金属含量的增多，促进了积炭前驱体的增多。金属的分散度对积炭反应有显著影响，随着金属分散度的提高，积炭生成量将会降低，这是由于在金属晶粒变小时，电子会从金属上离开，使金属晶粒处于缺电子的状态，从而不利于积炭前驱体的形成。

（三）优化反应环境对催化剂积炭影响对比

反应环境对重整催化剂的活性和稳定性都有一定的影响。首先，考虑到催化剂的积炭影响，应控制合理的氢烃比；第二，在重整装置上使用双金属催化剂时，应尽量减少操作环境中的硫含量；第三，通过氯含量的改变，保证环境中维持一定的水氯比。以上的三点措施都是从减少催化剂积炭含量的角度出發，能有效提高催化剂的活性和运转时间[2]。在重整过程中，应该保证操作环境具有一定的氢含量，不仅可以控制积炭含量，还保证了重整催化剂的活性，促使催化剂可以长时间的发挥作用。随着操作环境中氢成分的增多，反应器中的氢分压也加大，由此可以降低多聚环芳烃的含量，从而减少积炭量，实现保证催化剂活性的目标。另外，高温环境下催化剂会更容易发生积炭现象。但是初期热量主要是由氢解反应提供的，氢解反应会放出大量热量，从而造成高温操作环境，进而降低催化剂活性。工业上为了避免之一问题，通过预硫化来保护催化剂的活性。

（四）积炭对催化剂活性和选择性的影响

催化剂积炭会影响重整过程中发生的反应类型，在重整反应中，生成需要成分的异构化、环化等反应是理想反应，而氢解反应应是尽量避免的反应。异构化和环化等反应会因为催化剂积炭而失活，氢解反应则能被促进。催化剂积炭的一个重要特征就是交换氢能力的改变，产生氢的溢出和逆向溢出都会影响催化剂的活性和稳定性。电子效应可以很好的解释积炭行为对催化剂的影响，通过电子与Pt金属的结合，加强了不必要反应的进行，而影响了金属元素发挥作用，从而降低了催化剂的活性和选择性。

结论：连续重整技术在石油化工等领域有重要作用，其中催化剂是促进重整操作有效进行的关键。影响重整催化剂活性和选择性的主要因素在于催化剂的积炭行为，积炭量的增多，会加强重整反应中次要反应的进行，进而降低金属元素对催化剂的有利作用。目前相关学者考虑到催化剂积炭行为，已经从多方面对降低积炭量展开了讨论，从而促进炼化企业的不断发展。

参考文献：

[1]王杰广，马爱增，张新宽，刘辰. 连续重整装置催化剂更换的分析与判断[J]. 石油炼制与化工，2016，47（02）：32-37. [2017-08-02].

[2]陈世安，胡满生，金海冰，冯兵，胡维君，张立忠，赵悦. 连续重整催化剂研究及应用进展[J]. 工业催化，2013，21（09）：12-17. [2017-08-02].

作者简介：

姓名：孟成（1989.06--）；性别：男，籍贯：湖北郧县人，学历：本科，毕业于中国石油大学（华东）；现有职称：助理工程师；