催化裂化催化剂铁中毒问题剖析

针对国内某炼油厂重油催化裂化装置因受加工重质、劣质原料油的影响,催化剂出现严重铁中毒的情况,从平衡剂和产品分布两个方面剖析了工业生产中的铁中毒现象。通过关联平衡剂铁含量与平衡剂物性发现,铁含量高会造成平衡剂堆密度下降,但铁含量与平衡剂的比表面积和孔体积变化的关联性较差。通过关联平衡剂铁含量与产品分布发现,催化剂铁中毒会造成油浆、干气产率增加,轻质油收率下降。通过表征高含铁平衡剂的形貌和元素分布发现,铁中毒平衡剂的表面有很多凹陷和沟槽,凹陷处铁含量较高,而且铁主要富集在催化剂外表面。基于上述研究结果,为装置加工高铁原料提出几点建议,其中,使用抗铁性能更好的催化剂可大大减少铁中毒现象。     

催化裂化平衡剂铁含量偏高的原因分析

针对中国石化海南炼油化工有限公司重油催化裂化装置平衡剂铁含量偏高的问题,分析了平衡剂上铁的来源及分布特点,结果表明：催化剂生产过程中引入的铁（新鲜剂本身含有的铁）占比较小且该部分铁较稳定,对平衡剂性能影响较小;催化裂化原料油带入的铁（外源污染铁）是平衡剂中铁含量的主要来源。进一步分析了原油运输、原油储存、上游加工等过程对催化裂化原料油中铁含量的影响,结果表明,原油储存及上游加工过程腐蚀会产生铁,经过没有容铁能力的渣油加氢催化剂后进入尾油,以及未加氢的重油包括渣油加氢反冲洗油（罐底油）中的铁都会进入催化裂化原料油,导致催化裂化原料中的铁含量过高。由于平衡剂表面已存在的铁会堵塞催化剂孔道,因此后续污染的无机铁在催化剂上的沉积以表面沉积为主。根据分析结果,提出了降低平衡剂中铁含量的改进措施。     

CMT催化剂在加工高铁原料下的工业应用

受加工重质、劣质原料油的影响,催化剂重金属污染严重,国内某炼油厂重油催化裂化(FCC)装置原料油铁质量分数高于20μg/g,平衡剂上铁质量分数高达15 mg/g,催化剂出现严重的铁中毒。催化剂铁中毒不仅影响装置长周期运转,而且会降低重油转化率、恶化产品分布,严重时带来流化问题。为了进一步提高FCC催化剂抗铁污染能力、缓解铁中毒对装置的影响,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院开发了抗金属催化剂CMT并进行了工业应用,结果表明:与对比剂相比,CMT剂上污染铁质量分数增加2 210μg/g的情况下,汽油、柴油收率分别增加1.76,1.04百分点,干气、焦炭产率分别降低0.42,1.47百分点,表现出更好的抗铁污染能力和优异的产品选择性。     

抗铁污染催化裂化催化剂

采用碱抽提方法对传统高岭土进行改性并将其作为基质材料制备了催化裂化催化剂。利用N2吸附-脱附、FTIR、元素分析等方法分析了高岭土改性前后的结构和性能;通过重油催化裂化反应考察了催化剂的抗铁污染性能。表征结果显示,相对传统高岭土,改性高岭土具有更大的比表面积和孔体积,分别可达158 m~2/g和0.40 cm~3/g,同时Al_2O_3含量增至65.23%(w),提高了催化剂表面酸性中心可接近性,进而显著改善了催化剂的抗铁污染性能。在相同铁污染条件下,与传统高岭土制备的催化剂相比,使用改性高岭土制备的催化剂的重油转化率、汽油收率、总液体收率和轻质油收率分别提高了1.94,2.01,2.09,1.24百分点,而干气、焦炭和重油产率则分别降低了0.17,0.73,1.17百分点。     

CMT-1HN催化剂在高含量铁污染条件下的工业应用

受加工重质、劣质原料油及清罐油的影响,中国石化海南炼油化工有限公司（简称海南炼化）重油催化裂化装置铁中毒严重,平衡剂上铁含量很高,有时质量分数超过10 000 μg/g。严重的铁中毒对装置操作造成较大负面影响,降低了转化率及目标产品收率,同时影响了催化剂流化。为了消除铁中毒的影响,中国石化石油化工科学研究院开发了CMT-1HN催化剂并在海南炼化进行了工业应用,结果表明：与对比剂相比,在平衡剂上污染铁含量更高的情况下,CMT-1HN催化剂作用下具有更好的重油转化能力和汽油收率,同时能有效降低干气和焦炭产率,表现出更好的产品选择性和抗金属污染能力;当原料油中铁、钠、钙平均质量分数分别达到35.35,4.735,8.115 μg/g时,CMT-1HN催化剂仍表现出较好的性能。     

催化裂化反应器床层铁迁移规律研究及新型抗铁催化剂的工业应用

针对中国石化海南炼油化工有限公司(简称海南炼化)重油催化裂化装置平衡剂上铁含量长期偏高的问题,对平衡剂上铁的分布规律进行了研究。利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)仪、电子探针(EPMA)研究了高铁平衡剂上铁的迁移规律,发现平衡剂上的铁存在颗粒间的迁移,可为对设计开发抗铁型催化剂提供指导。对海南炼化催化裂化装置出现的典型催化剂铁中毒现象进行了总结,主要表现在第二再生器内稀相密度增加、油浆产率增加、平衡剂堆密度下降、孔体积下降等。中国石化石油化工科学研究院设计开发的新型抗铁催化剂CMT-1HN在海南炼化进行了工业应用,结果表明,在平衡剂铁质量分数长期维持8 000～10 000μg/g的情况下,装置流化正常,同时重油转化能力较好,说明该催化剂具有优异的抗铁污染能力。     

催化裂化催化剂铁污染研究

 选用2种工业催化裂化催化剂Cat-G和Cat-H，采用3种不同类型的铁污染源，参照Mitchell方法制备出被铁污染的催化剂，表征了它们的物化性质，并用轻油微反（MAT）和重油微反（ACE）评价它们的反应性能。结果表明，不同铁源的铁污染对催化剂相对结晶度和比表面积等物化性质上的影响程度存在很大差异，其中环烷酸铁产生的铁污染影响显著； ACE评价结果显示了2种FCC催化剂铁中毒后反应性能的差别，而MAT评价结果则无法区分；环烷酸铁类大分子沉积在催化剂颗粒表面造成催化剂铁中毒，同时还发现具有大孔基质的催化剂具备更强的抗铁污染性能。     

锌改性催化裂化催化剂的抗铁污染性能

以硫酸锌为锌源,制备了锌改性催化裂化(FCC)催化剂,对锌改性催化剂抗铁污染机理进行了分析,并对其理化性能和反应性能进行了评价。结果表明:高温焙烧条件下,锌与铁能够形成高熔点锌铁尖晶石稳定物种(ZnFe_2O_4);锌改性FCC催化剂与常规FCC催化剂的比表面积、孔体积、微反活性无明显差异,但二者经过铁污染后,锌改性FCC催化剂的比表面积、孔体积和微反活性均明显高于常规FCC催化剂的;相同铁污染条件下,与常规FCC催化剂相比,锌改性FCC催化剂的重油收率降低了0.89个百分点,汽油和总液体收率分别提高了0.61,0.75个百分点。     

催化裂化汽油催化改质降烯烃反应规律的试验研究

利用催化裂化催化剂在小型提升管催化裂化装置上对催化裂化汽油催化改质降烯烃过程的反应规律进行了试验研究，详细考察了反应温度、剂油比、反应时间、催化剂活性以及催化剂类型对催化裂化汽油改质降烯烃过程的影响。试验结果表明，随着反应温度、剂油比、反应时间以及催化剂活性的增加，改质汽油烯烃含量降低的幅度增加。催化裂化汽油改质后，烯烃含量大幅下降，异构烷烃和芳烃含量有较大幅度的增加，烯烃含量可以降低到汽油新标准的要求，辛烷值基本维持不变，并且汽油收率高，液体收率维持在98．5％以上，(干气 焦炭)产率损失小。     

污染铁在FCC催化剂上的分布研究

通过对实验室制备以及在工业装置上收集的铁污染催化剂进行SEM、EDS分析发现,不同铁源产生的铁在催化剂上的分布存在显著差异。利用环烷酸铁作为污染源时,可以得到与工业平衡剂相近的铁分布。综合分析不同工业平衡剂的铁分布状况以及生产情况,认为评价铁污染对催化剂的影响不能单纯以平均铁含量为标准,必须结合铁在催化剂上的分布情况。根据平衡剂磁分离物的分析结果可推断污染铁在催化剂上的变化过程。     

乙烷与CO_2反应制乙烯催化剂研究

以CO2 与乙烷的主要反应热力学为基础 ,研制出Cr/Si 2和Fe Mn/Si 2两种催化反应性能较好的催化剂 ,得到乙烷转化率 69%、乙烯选择性 93%、乙烯单程收率 57%的好结果 ,并显示出很好的催化反应稳定性。将所研制的催化剂进行放大制备 ,可直接应用于催化裂化尾气中乙烷与CO2 反应制乙烯 ,取得好的结果。     

EFFECT OF ZSM-5 ADDITION ON PRODUCT DISTRIBUTION IN A HIGH SEVERITY FCC MODE

The high-severity fluid catalytic cracking (HS-FCC) process is a novel FCC process that enhances light olefins yield under high severity reaction conditions. The process has been investigated by using a small-scale FCC pilot plant (0.1 BPD) with a down-flow reactor. High severity reaction conditions are preferable for enhancing the production of light olefins by catalytic cracking of heavy oils. As another option for the light olefin production, adoption of ZSM-5 additive in conventional FCC units is well known. This presentation describes the effect of ZSM-5 additive on the catalytic cracking of vacuum gas oil under high severity reaction conditions, particularly focusing on the synergistic effect with the base catalyst. Three kinds of FCC catalysts with different activity were used as base catalysts. Although the employment of a ZSM-5 additive resulted in significant increase in the light olefins yield at the expense of gasoline in each catalyst system tested, the effectiveness was varied depending on the nature of the base catalysts. By choosing a suitable base cracking catalyst, more than 20 wt% of propylene yield was obtained at a one-pass conversion of fresh feed.     

EFFECT OF ZSM-5 ADDITION ON PRODUCT DISTRIBUTION IN A HIGH SEVERITY FCC MODE

The high-severity fluid catalytic cracking (HS-FCC) process is a novel FCC process that enhances light olefins yield under high severity reaction conditions. The process has been investigated by using a small-scale FCC pilot plant (0.1 BPD) with a down-flow reactor. High severity reaction conditions are preferable for enhancing the production of light olefins by catalytic cracking of heavy oils. As another option for the light olefin production, adoption of ZSM-5 additive in conventional FCC units is well known. This presentation describes the effect of ZSM-5 additive on the catalytic cracking of vacuum gas oil under high severity reaction conditions, particularly focusing on the synergistic effect with the base catalyst. Three kinds of FCC catalysts with different activity were used as base catalysts. Although the employment of a ZSM-5 additive resulted in significant increase in the light olefins yield at the expense of gasoline in each catalyst system tested, the effectiveness was varied depending on the nature of the base catalysts. By choosing a suitable base cracking catalyst, more than 20 wt% of propylene yield was obtained at a one-pass conversion of fresh feed.     

劣质重油高选择性催化裂化(RTC-G)技术开发

为了达到劣质重油催化裂化多产汽油和低碳烯烃的目的,基于拟全浓相、拟均温、拟匀速反应概念,提出使用快速流化床反应器对劣质重油原料进行催化裂化的思路。以中国石化济南分公司2号催化裂化装置原料油为原料,进行了快速流化床反应器催化裂化反应研究,开发了劣质重油原料高选择性催化裂化(RTC-G)技术。研究结果表明：相比于提升管反应器,使用快速流化床反应器催化裂化时的液化气产率和汽油产率分别高2.33百分点和0.35百分点,干气产率低0.34百分点,产品转化率和高价值产品选择性均有一定优势。在快速流化床反应器内选用适当的催化剂,可使劣质重油催化裂化的液化气产率达25.52%,丙烯产率达11.84%。     

废聚苯乙烯的热裂解与催化裂解

对废聚苯乙烯(WPS)的热裂解与催化裂解进行了研究,考察了反应温度、反应时间及催化剂用量对裂解率、产油率和各产物选择性的影响。实验结果表明,WPS的裂解产物主要是苯乙烯,副产物为苯、甲苯、乙苯和α-甲基苯乙烯。无论是热裂解还是催化裂解,裂解率和苯乙烯选择性均随反应温度的升高而增大;延长反应时间,裂解率增大,但苯乙烯选择性下降。在反应温度380℃、反应时间60min的条件下,催化剂用量(相对于WPS的质量分数)由2.0%增至8.0%时,裂解率由75.0%降至61.2%,产油率在90.0%以上;副产物α-甲基苯乙烯的选择性与催化剂的用量成正比。WPS裂解制取苯乙烯具有工艺简单、成本低等优点,具有较好的经济效益和社会效益。     

轻烃在积炭催化剂上的裂解反应性能研究

为了减少多产低碳烯烃的催化裂化过程中轻烃二次反应的氢气、甲烷和焦炭等副产物产率,以炼油厂轻烃和2-甲基-2-丁烯为原料,在小型固定流化床装置上考察了反应温度和催化剂床层密度对轻烃裂解反应性能的影响,探讨轻烃反应条件与副产物的关系;并以回炼油或常压渣油为积炭前体,将其与再生剂反应,形成一系列不同积炭覆盖程度的积炭催化剂,进一步考察轻烃在积炭催化剂上的裂解反应性能。结果表明：提高反应温度和催化剂床层密度都能使丙烯收率提高,但是提高反应温度会引起氢气和甲烷产率快速增长,而提高催化剂床层密度则会引起焦炭产率快速增长;轻烃在积炭催化剂上反应时氢气、甲烷和焦炭的总产率明显降低,而丙烯收率基本不变;积炭催化剂经多次循环使用后,仍可保持较好的轻烃裂解反应性能,具有良好的活性稳定性;以回炼油为前体的积炭催化剂的性能优于以常压渣油为前体的积炭催化剂。     

炼厂气芳构化Zn基与Mo基催化剂的比较

探讨了以未经任何预处理的炼厂气作原料气的芳构化反应。 结果表明,在不 同催化剂上,都 会发生 Ｃ２ ～ Ｃ４ 烃的裂解和芳构化反应,但没有观察到甲烷的转化。各催化剂性能差别较大, Ｈ Ｚ Ｓ Ｍ － ５ 和 Ｚｎ／ Ｈ Ｚ Ｓ Ｍ ５ 催化剂具有较强的抗中毒能力,而 Ｍｏ 负载型催化剂易于中毒,部分 Ｒｕ 物种的存在可以增强 Ｍｏ 的抗中毒性能。     

焦化蜡油在ZSM-5和USY催化剂上的裂化性能研究

在实验室重油微反装置上对比研究了焦化蜡油在ZSM-5和USY催化剂上的反应规律.实验结果表明,与USY催化剂相比,焦化蜡油在ZSM-5催化剂上的转化率虽然相对较低,但因ZSM-5分子筛对焦化蜡油中大分子氮化物进入分子筛孔道具有阻碍作用,使其对碱性氮化物中毒的敏感性明显降低;同时,在较低的转化率下,采用ZSM-5催化剂时液化石油气产率可达到23.6%以上,丙烯产率在10%以上.说明采用ZSM-5催化剂对催化裂化装置掺炼部分焦化蜡油多产丙烯具有重要意义.     

烃类催化裂解和氧化耦合反应制低碳烯烃

烃类催化裂解反应是强吸热过程,而金属氧化物和烃类的氧化反应是放热反应。在反应器中使两类反应同时进行,通过热量的耦合,提供部分催化裂解反应所需的热量。采用脉冲反应和固定床绝热反应装置对这种耦合反应进行了研究。脉冲反应结果表明,金属氧化物和烃类发生氧化反应(放热反应)存在热量耦合的作用。固定床绝热反应结果表明,与纯催化裂解催化剂(低碳烯烃(乙烯+丙烯)的收率为25.79%)相比,含有金属氧化物(CuO和M n2O3)的耦合催化剂在反应过程中金属氧化物被还原,同时生成H2O和COx,催化剂的床层温度随反应的进行温降幅度减小,低碳烯烃(乙烯+丙烯)的收率增加幅度不大(26.16%),说明该反应存在热量耦合的作用。     

焦化蜡油催化裂化性能的研究

研究了纯焦化蜡油在ZCM-7催化剂上的催化裂化性能和产率分布，重点考察了不同碱氮含量和不同反应温度对纯焦化蜡油催化裂化反应的影响。这一研究结果将为更好地掺炼焦化蜡油作FCC原料提供重要的参考数据。