石油炼制中的加氢催化剂和技术研究

张凤军

摘要：本文对加氢催化剂和技术展开深入的分析与研究，并且在此基础上，从石油、柴油、油渣等方面，对加氢催化剂和技术的应用，也有着进一步的明确，通过加氢、催化剂等化学物质的使用，其主要目的即为保证石油炼制的效率和质量，也避免对环境造成严重的影响，满足我国发展对石油原料的需求，且也在一定程度上提升石油行业经济效益。

关键词：石油炼制；加氢催化剂和技术；应用

1导言

我国石油资源相对匮乏，石油炼制过程中对轻质原油的需求相对较高，石油裂化的过程主要以加氢裂化、催化裂化为主。加氢催化技术可提高轻质油品产出率，满足市场需求，对环境和谐友好，从而提升我国石油行业的经济效益，实现“既要金山银山，又要绿水青山”。为此，本文就针对石油炼制中加氢催化剂和技术展开详细的研究，旨在同行参考借鉴。

2 石油炼制中的加氢催化剂和技术

加氢裂化催化剂具有加氢和裂化双重功能，按性能分类包括轻油型、灵活型、中油型和无定形型四种，其中轻油型加氢裂化催化剂分子筛含量相对较高，催化剂活性最高；无定形型加氢裂化催化剂则基本不含分子筛，催化剂活性最低。虽这4种类型的加氢裂化催化剂都可生产优质的重石脑油、柴油等，但它们的操作条件和产品分布差别较大。加氢裂化装置建成投产后的催化剂类型和产品方案都相对比较固定，且加氢裂化反应器通常只装填一个主要类型的催化剂。加氢裂化属强放热反应，为了尽可能避免不等温反应对产品选择性造成不利影响，加氢裂化反应器一般设置3-4个催化剂床层，每个床层间通过注入大量冷氢来控制入口温度以实现等温升操作。这种传统操作模式存在着产品选择性相对单一等缺点，也会造成大量的反应热损失。催化剂级配技术就是依据原料油中不同烃类在催化剂活性中心上发生竞争吸附及不同的反应的机理，在不同反应区装填不同类型的催化剂，通过发挥不同功能催化剂的优势，实现烃类组分在目标产品中的富集，从而最大限度提高目的产品的收率和质量。

3 导致石油炼制中催化剂失活的原因分析

在实际生产过程中，经常会发生催化剂失活的情况，导致失活的原因主要有以下几方面：

3.1 水热失活

水热失活是一个较为缓慢的过程，一般与停留的时间长短有关。它是催化剂在高温及水蒸气存在的条件下，因催化剂表面结构发生变化，如孔容及表面积减小或是分子筛晶体结构遭受破坏等，从而造成催化剂本身的活性选择性降低。也就是讲在实际生产过程中，应对温度进行严格控制，当温度小于等于650℃的时候催化剂失活比较缓慢，一旦温度超过730℃，此时催化剂失活现象就会较为凸显。

3.2 结焦失活

结焦失活主要与反应生焦的速率有关。反应生焦通常会沉积在催化剂的表面，并覆盖在活性中心上，而这种情况则会导致催化剂的选择性及活性有所降低。通常在工业生产中由催化裂化产生出的焦炭大致可分为以下几种：（1）催化谈。这是在反应过程中生成的焦炭；（2）附加炭。属于原料中及生焦过程发生前的物质，如稠环芳烃等；（3）可汽提焦。这种焦炭一般是由于汽提不完全造成的，主要为残留在催化剂上的重质烃类；（4）污染焦。当重金属沉积在催化剂表面时，会在一定程度上促进缩合及脱氢反应的发生，由此生成的物质为污染焦。

4 石油炼制中加氢催化剂和技术的应用研究

4.1 汽油用加氢脱硫催化剂技术开发

我们在此以RIPP开发的选择性加氢脱硫技术为例，该技术的核心点在于加氢脱硫的同时还能最大限度地饱和烯烃，路径有2个：一是依据其依据汽油中硫、烯烃等分布特点，再针对综合考虑原料和目标产品，采用适当的分馏点分FCC汽油进行切割，对FCC重馏分加氢精制，从而大大减少了烯烃饱和；二是卡法加氢脱硫催化剂技术。由于汽油加氢脱硫催化剂选择性与活性相结构关系密切，因此对催化剂硫化态活性相貌结构及其对选择性因子的影响来建立选择性加氢脱硫活性模型建立，逐渐找到活性结构与加氢催化剂之间的关系，由于与开发针对性的催化剂产品。

4.2 柴油用加氢脱硫技术的开发

随着我国对环境保护的重视程度不断提高，相关环保条例的要求也越来越严格，在一定程度上对运输燃料的规格也提出了更高的要求。针对此问题RIPP开发了RTS技术，即高空速柴油超深度加氢脱硫技术。RTS技术的大体设计思路如下：将第一反应区设为适度高温反应去，并在该区域内完成大部分的脱硫及氮化物脱除工作，也使多环芳烃在这一过程中部分饱和；将第二反应区设为低温反应区，主要用于实现剩余硫化物的脱除及多环芳烃的加氢饱和，从而便可得到超低硫的柴油。在以高硫柴油为主要原料的炼油过程中，采用该技术能够比常规技术高约50%的空速下产出硫含量较低且颜色呈水白色的柴油产品。

4.3 渣油加氢催化裂化技术开发

对渣油的加氢脱硫加工是借助脫硫装置对劣质渣油加氢处理后为下游重油催化裂化装置提供原料，顺带副产出部分的柴油、石脑油等轻质原油。随着高油价时代的来临，对渣油加氢技术的研究和应用越来越更具广阔的前景。然而渣油加氢催化的技术难点很多，主要集中在催化剂利用率、消除积碳、沥青质的加氢转化以及催化剂与活性的平衡等，而干扰到加氢催化剂有效利用率的主要制约因素是渣油的大分子和高粘度，这往往容易附着大量的积碳。所以降低渣油粘度和利用打孔催化剂载体材料加速大分析渣油在看催化剂孔内的扩散等成了技术改进的出发点。

5 石油炼制中加氢催化剂和技术的发展趋势

5.1 科学控制加氢裂化技术所使用的材料，对其中的替代性材料进行及时处理并且开展有针对性的加工活动；

5.2 通过加氢裂化技术的使用来不断增加企业的经济效益，在其中要延长加氢裂化技术设备的使用寿命，催化剂应以稳定性、灵活性较强的元素为首选；

5.3 扩大加氢裂化技术的使用材料，不断增强加氢裂化设备的适应能力，确保其可以更好的提高劣质原油的加工能力；

5.4 催化剂级配技术既是一种理念，也是一种高效实用的技术解决方案，能够根据装置对产品质量或产品分布的需求进行灵活组合，以在加氢裂化、加氢精制以及其他多种使用催化剂的场合进行推广，有着广泛的应用前景，经济效益和社会效益显著。

6 结语

总之，就当前的形势来讲，石油市场所呈现的局面相对较为复杂，石油资源变的愈发紧张。所以，为满足市场对石油资源的需求，在石油炼制的过程中，逐渐将加氢催化剂和技术应用到其中，可适时的为指导研制催化剂和相关工艺技术提供帮助，从而让炼油企业满足越来越高的环保要求。也可实现劣质油向低成本、高质量、低硫低碳等环保汽油高效率转变的目标，也可满足各类基础油的需求。

参考文献：

[1]秦富礼.石油炼制中的催化剂问题研究[J].2014.

[1]曹亚军.探究石油炼制中的加氢催化剂和技术[J].2016.

[3]欧旭东.催化加氢在化工技术上的应用[J].2015.

（作者单位：大庆石化公司）