催化裂化装置提高丙烯收率的操作优化

催化裂化装置提高丙烯收率的操作优化

王浩然

（中国石油大连石化公司，辽宁省大连市 116000）

摘 要：丙烯是一种重要的石油化工产品，广泛用于聚合物制造、化学合成和其他工业应用。催化裂化装置是生产丙烯的主要工艺单元之一。提高丙烯收率对于降低生产成本、提高利润至关重要。因此，本文主要就如何提高催化裂化装置丙烯收率进行探讨，并提出一系列操作优化策略，旨在实现更高的丙烯产量。

关键词：催化裂化装置；反应条件；丙烯收率；操作优化

前言

    催化裂化装置是石油炼制工业中的重要组成部分，其主要功能是将重负荷的石油馏分分解成更有价值的产品，其中包括丙烯这一关键化学品。丙烯是一种广泛应用于化工行业的重要原料，用于生产塑料、合成橡胶、燃料添加剂等众多产品。因此，提高催化裂化装置丙烯的收率对于提高炼油厂的盈利能力和资源利用效率至关重要。

一、操作优化

1 反应条件优化

    反应条件优化是提高催化裂化装置丙烯收率的关键，尤其是反应温度的控制。催化裂化过程中主要发生裂化反应、氢转移反应、异构化反应和芳构化反应，其中裂化反应和芳构化反应是吸热反应，而氢转移反应和异构化反应是放热反应。所以随着反应温度的升高，有利于裂化反应的发生，丙烯的产率会逐步提高。丁烯是非稳定的二次产物，正、异丁烯间的异构反应有利于异丁烯生成，而氢转移反应不利于异丁烯保留。反应温度较高时，氢转移反应的比重大，异丁烯转化率较高，异丁烯含量下降。而在高温度的区间内，热裂化反应的比重大，抑制了氢转移反应的发生，异丁烯转化率较低，异丁烯含量增加，这就造成了异丁烯含量先减少后增加的现象。当反应温度较高时以后，反丁烯－２、顺丁烯－２的生成量和消耗量达到短期平衡。另外汽油中的烯烃和芳烃是辛烷值较高的组分，提高反应温度后，有利于裂化反应的发生，烯烃和芳烃温度对汽油成分以及辛烷值的影响的生成增加。同时，消耗烯烃的氢转移反应为放热反应，提高反应温度相当于抑制氢转移，因此提高了裂化反应与氢转移反应比，从而，汽油中烯烃的体积分数和辛烷值都有一定程度的上升。但是当反应温度达到某一平衡点后，芳烃的生成量不会随着温度的升高而增加，甚至有所减少。所以说适宜的反应温度对催化裂化装置丙烯收率有着至关重要的作用。【1】

2 催化剂选择

    催化剂是催化裂化装置中至关重要的组成部分，对丙烯收率和选择性具有重要影响。常见催化剂类型包括酸性催化剂、金属催化剂和酸-碱协同催化剂。第一，酸性催化剂。固体酸是一种常见的酸性催化剂类型。固体酸通常是无机氧化物或酸性载体，如氧化铝、氧化硅或氧化锆等，它们具有高表面积和酸性位点。这些固体酸可以吸附和激活反应物，促使碳链的裂解，从而增加丙烯的生成。第二，金属催化剂。不同的金属催化剂在选择性和活性方面有所不同。例如，氧化铜催化剂通常用于催化裂化反应中。其具有高的表面活性位点，并且能够促使碳链的裂解和丙烯的生成。氧化铜还可以调整反应物的吸附性质，有助于提高丙烯选择性。另一方面，氧化镍催化剂在一些催化裂化反应中也表现出良好的活性。这有利于促使反应物的分解和丙烯的形成。第三，酸-碱协同催化剂。具有同时存在的酸性和碱性位点。酸性位点通常用于催化裂化的起始步骤，而碱性位点用于中间体生成的调控。这种组合可以提高反应的选择性，减少副产物的生成，从而增加丙烯收率。在催化裂化反应中，酸-碱协同催化剂具有广泛应用价值，特别是对于复杂的原料组合。它们可以优化反应条件，实现更高的丙烯产率，同时保持选择性。综合来说，酸性催化剂、金属催化剂和酸-碱协同催化剂都在催化裂化装置中发挥着关键作用。催化剂的选择将取决于具体的反应需求和条件。通过合理选择和调整催化剂类型、支撑材料以及催化剂改性，可以实现更高的丙烯选择性和产率，从而提高炼化工业的效率和经济性。【2】

3 平衡剂重金属的控制

催化裂化原料中重金属如铁，镍，铜，钒，钠等沉积在催化剂颗粒表面上，如置换不够造成催化剂选择性及活性有所降低，导致原料油转化率下降，回炼比上升，目的产品收率将大幅下降，干气、焦炭、油浆等非目的产品收率增加，汽油辛烷值降低，汽油烯烃含量上升，诱导期下降，产品不饱和度增加，尤其是液化气中Ｃ３（丙烯）和Ｃ４产率降低，氢气产率则明显增加，而重金属中又以镍与钒对催化剂毒害最为严重。

镍具有强烈的脱氢作用，使催化剂活性和选择性严重下降，大幅增加氢气与焦炭的产率；而钒主要通过在催化剂颗粒内和颗粒间的迁移与催化剂分子筛发生多种形式的物理－化学作用，破坏分子筛结构及催化剂颗粒的酸性中心，使其酸性中心失去活性。其次钒在有氧环境下生成Ｖ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５熔点较低，在正常再生条件下即可熔融，进一步破坏催化剂的酸性中心；同时Ｖ２Ｏ５又与再生器中水蒸气发生化学反应，在水蒸气存在的环境下，Ｖ２Ｏ５的挥发性比Ｖ２Ｏ５在干空气中强１０倍以上，气态的Ｖ２Ｏ５与水蒸气结合生成一种挥发性强酸ＶＯ（ＯＨ）

３（钒酸），其反应式为：Ｖ２Ｏ５＋３Ｈ２Ｏ＝２ＶＯ（ＯＨ）３生成的钒酸进入催化剂分子筛并发生水解反应，导致作为催化剂颗粒框架的四面体氧化铝结构的破坏，使催化剂活性降低。而钠对催化剂的影响主要来自钠与钒对催化剂造成协同性破坏，钠与钒在催化剂颗粒外表面形成低熔点氧化共熔物，这些氧化共熔物进一步接受游离的钠离子生成氧化钠。这些生成的氧化钠不仅覆盖了催化剂颗粒表面，破坏了催化剂活性中心的同时，也松动了催化剂颗粒的载体结构，使催化剂颗粒变成直径更小的细粉，减少了催化剂颗粒与原料油分子的接触时间和反应表面积，造成原料油转化率下降的同时又增加了催化剂的跑损量。我们知道平衡催化剂中重金属的浓度直接影响了催化剂中毒的程度，平衡剂中重金属浓度越大，催化剂中毒也就越严重，且催化剂中毒程度随平衡剂中重金属浓度呈指数规律增大；因此我们要定期分析监控平衡剂中重金属含量，确保装置生产平稳，保证液化气中的丙烯收率。【3】

大连石化三催化装置根据集团精益化管理的要求，2023年初就制定相关调整方案，针对装置丙烯收率较低的情况，装置提前辨识风险制定专项方案，在保证生产长周期运行的前提下尽量提高再生滑阀开度，大剂油比，控制高反应温度，高再生温度，装置合理分配两器风量，优化再生器烧焦，收窄再生器氧含量控制范围，在保证外排烟气氮氧化物达标的情况下，控制装置尾燃情况；并多次开展丙烯助剂的试用工作，提高剂耗在原料性质较差的情况下，降低平衡剂重金属含量。丙烯体积分数从32%提高至40%，取得了较好的产品效益。

二、结束语

    在催化裂化装置中提高丙烯收率的操作优化是炼化工业中的重要挑战，然而，合理控制反应条件、优化催化剂选择和降低平衡剂中总金属含量，可以实现更高的丙烯产率和选择性。这不仅有助于提高生产效率，还有助于降低资源浪费和环境影响。

参考文献：

[1]江火生. 催化裂化装置反应温度对产品分布的影响[J].《 广东石油化工学院学报 》   2020年 第4期30卷 23-26页

[2]陈家祥等."提高催化裂化装置丙烯收率的操作优化."化工管理000.008(2021):152-153.

[3]杜建峰.钝化剂对催化剂重金属污染的影响及其在催化装置的应用[J].：《山东化工》2020年第3期49卷89-91页