连续重整催化剂更换周期的经济效益对比

刘 捷，刘 彤，曹正堂

(1.中国石化金陵分公司，南京 210033；2.中国石化石油化工科学研究院)

催化剂活性是连续重整装置高效运转的关键。连续重整催化剂连续烧焦再生，催化剂因积炭造成的活性损失能够得到恢复。然而，随着运行周期的延长，催化剂不可避免地遭受不可逆损伤，如比表面积下降、载体晶相破坏、Pt金属分散度减小以及杂质污染等[1-2]，导致再生催化剂活性持续下降，表现为重整装置C5+液体产品(或芳烃)和纯氢等高附加值产品收率下降，液化气和干气产率上升[3-4]。为了弥补催化剂活性下降带来的损失，不得不采取增加注氯量、提高反应温度等操作。由于注氯量的提高以及催化剂持氯能力的下降会导致重整生成油、产氢及再生烟气中的氯含量持续增加，造成下游装置设备、管线等腐蚀加剧[5]，重整装置液相脱氯和气相脱氯操作费用上升[6]；反应温度提高，导致燃料气消耗增加，装置能耗上升，生产成本增加[7]。此外，催化剂到了使用末期，压碎强度严重下降，粉尘量增加[8]，导致因反应-再生系统压降异常[9]、催化剂提升不畅、内构件损坏[10]等造成异常停工的次数增多，也会影响装置的经济效益。催化剂成本占连续重整装置生产成本的比例大，连续重整催化剂使用年限越长是否代表装置经济效益越高是业界一直争议的问题。针对连续重整催化剂更换周期的选择问题，基于中国石化金陵分公司(简称金陵分公司)1.0 Mt/a连续重整装置催化剂使用2个生产周期的工业应用数据，从催化剂使用成本、“三剂”及燃料气消耗成本、产品收率等方面，综合分析两种更换新催化剂方案下装置产生的经济效益，以期为重整装置确定合理的换剂周期提供决策依据。方案一为重整催化剂使用2个生产周期(8年)；方案二为重整催化剂使用1个生产周期(4年)，之后全部更换新催化剂，再次使用1个生产周期(4年)。

1 重整催化剂使用2个生产周期的运行结果

金陵分公司1.0 Mt/a连续重整装置由石脑油加氢单元、催化重整单元、催化剂再生单元及界区内配套公用工程组成，预加氢、重整反应及再生部分采用UOP公司CycleMax专利技术(UOP公司仅提供专利许可)，其余部分的工艺及工程设计均由中国石化洛阳工程公司完成，重整催化剂采用中国石化石油化工科学研究院开发的PS-Ⅵ型连续重整催化剂，装置于2008年首次开工。2008—2015年，该装置运行了2个生产周期，期间，2011年11月按计划停工检修改造。2008年1月至2011年11月为第1个生产周期，2011年12月至2015年12月为第2个生产周期。第1个生产周期开始时采用新催化剂，总装填量为78 t；第1个生产周期结束时，卸出10 t旧催化剂回收贵金属，补充了10 t新催化剂。

1.1 生产数据

2008—2015年连续重整装置2个生产周期的催化剂及燃料气消耗(平均值)见表1。

表1 2008—2015年连续重整装置2个生产周期的催化剂及燃料气消耗

1.2 催化剂的物化性质

2个生产周期催化剂的比表面积(平均值)变化见图1。由图1可见：催化剂的比表面积最初为196 m2/g，到第1个生产周期末快速下降至152 m2/g；在第2个生产周期中，催化剂比表面积基本恒定在150 m2/g左右，与新鲜催化剂的比表面积差距较大，所以第2个生产周期中催化剂活性明显低于第1个生产周期。比表面积下降的快慢与所采用的连续重整工艺有关。采用UOP公司CycleMax工艺的装置，由于再生循环气中水含量高，催化剂再生过程中比表面积下降较快；采用国产超低压连续重整(SLCR)、逆流连续重整(SCCCR)、Axens等工艺的装置，再生循环气经过冷却和干燥，催化剂再生过程中比表面积下降较慢[11-12]。

图1 2个生产周期催化剂的比表面积变化

由于催化剂比表面积下降，高附加值产品重整生成油及混氢收率逐年下降(表1)，为了保持产品辛烷值达标，需要提高反应温度，受此影响，裂化反应增多，造成低附加值的液化气产率逐年上升；脱氯剂、四氯乙烯等“三剂”和燃料气单耗同样逐年增加，2012年的生产数据优于2011年的生产数据，主要是由于第1生产周期末大检修时，补充了10 t新鲜催化剂以替换旧催化剂。

2个生产周期催化剂压碎强度的变化如图2所示。由于催化剂强度下降，装置淘析出的粉尘量逐年增多，与表1中催化剂单耗变化趋势吻合。2011年催化剂单耗偏高，是因为将大检修时补充的10 t新鲜催化剂计算在内。

图2 2个生产周期催化剂压碎强度的变化

2 不同换剂周期经济效益比较

重整处理量按1.1 Mt/a计，产品生产量及燃料气、“三剂”等的消耗量按表1中的数据(年平均值)计。两种方案下原料的成本、固定费用等波动较小，以下讨论中认为两种方案的上述项目相等。

2.1 原料、产品、“三剂”及催化剂平均价值

原料、产品及“三剂”的平均价值见表2。其中，氢气产品为混氢，重整进料按石脑油计，生成油取戊烷及苯类产品价格的平均值。表中价格按2008—2016年的平均价格计算。催化剂旧剂的价值指旧剂中所能回收铂的价值，铂回收率按95%计，同时扣减5%的风险质量；铂价格按2008—2016年上海黄金交易所收盘平均价，扣除5%风险费；铂的回收费用为2.0万元/kg，旧剂的运费总计1.2万元，旧剂的量按78 t计；催化剂新剂的价值指新剂生产过程中消耗的铂价值与加工费之和；生产每吨PS-Ⅵ连续重整催化剂时的投铂量为2.9 kg，另加2%的铂购买手续费，催化剂加工费为30万元/t，新剂的质量按78 t计。

表2 原料、产品及“三剂”的平均价值

2.2 两种方案下装置的投资与收益对比

两种方案下的成本及产品价值见表3。由表3可见：方案一的催化剂投资比方案二要少3 720万元，但方案一的燃料气和“三剂”成本比方案二多9 840万元，最终方案一的成本比方案二高6 120万元；方案一的低附加值产品液化气的收益比方案二高9 587万元，但高附加值产品生成油和氢气的收益比方案二低18 645万元，最终方案一的实际收益比方案二低9 058万元。综合考虑投资与收益，8年间方案一比方案二的效益低15 178万元。

表3 两种方案下的成本及产品价值 万元

注：两种方案中第1生产周期开工时催化剂的采购成本一致，故不予考虑。

2.3 其他消耗

由于催化剂比表面积逐年下降，其持氯能力也逐年降低，导致生成油中的氯含量升高。生成油中氯含量升高会给下游处理装置带来一系列问题，最典型的是芳烃抽提装置的腐蚀泄漏问题。表4列出了芳烃抽提装置2008—2018年发生的腐蚀泄漏情况，发生腐蚀泄漏的部位主要在溶剂环丁砜和水存在的地方，水含量越高的位置腐蚀泄漏频率越高。

表4 2008—2018年芳烃抽提装置泄漏情况统计

抽提装置泄漏部位主要集中在重沸器管板与头盖交界处、积液箱侧壁与底板连接处等，如图3～图6所示。上述位置均有一个共同点，即液体流速缓慢，液体中的酸性腐蚀物如氯离子、硫磺酸以及亚硫酸等容易聚集，从而造成迅速腐蚀减薄穿孔。该装置第1、第2生产周期因腐蚀泄漏造成的停工分别为4次和11次，第2生产周期频繁泄漏停工与催化剂持氯能力下降密不可分。

图3 溶剂再生塔重沸器堵漏照片

图4 回收塔积液箱开裂照片

图5 汽提塔塔底重沸器腐蚀照片

图6 水汽提塔重沸器腐蚀照片

抽提装置每次停工通常需要3天时间消漏处理，期间重整装置需要降低进料量20 t/h。每吨重整进料加工效益按500元计，每次停工损失为72万元。此外每次抽提停工检修费平均为30万。假设方案二第2生产周期重整催化剂全部换新后，芳烃抽提装置的停工次数由11次降至4次，与第1 生产周期持平，则方案一增加7次抽提停工带来的经济效益损失为714万元。

2.4 两种方案效益之差汇总

从投资与收益的角度考虑，方案一比方案二的效益低15 178万元。此外，考虑因腐蚀造成的抽提装置泄漏停工，方案一比方案二多7次，效益损失714万元。两种方案总的效益之差为15 892万元，8年内平均相差1 987万元/a。

3 结 论

基于金陵分公司1.0 Mt/a连续重整装置催化剂使用两个生产周期的工业应用数据，综合分析了2个生产周期更换新催化剂(方案一)和1个生产周期更换新催化剂(方案二)两种方案下，装置产生的经济效益。从催化剂投资、燃料气消耗、产品收率等方面对比投资和收益，方案一比方案二的效益低15 178万元。考虑因腐蚀造成的抽提装置泄漏停工，方案一比方案二的效益损失714万元。连续重整催化剂使用1个生产周期换剂产生的经济效益比2个周期要高1 987万元/a，1个生产周期换剂更具有经济性。