工业加氢催化剂活性如何控制

分类：自动化论文发表 时间：2018-03-16 16:38 关注：(1)

　　工业上加氢催化剂活性的评估是收集大量反应温度数据并将它们归一化以获得催化剂的失活速率。 该方法具有一定的滞后性，难以实时监测催化剂活性。接下来小编简单介绍一篇优秀工业论文。

　　摘要：以中海油惠州石化有限公司4.0Mt/a加氢裂化装置为例，把初期催化剂的活性设定为催化剂活性的评价基准，用催化剂床层平均温度的实时变化量描述催化剂活性的动态变化，提出了一种在线评价加氢精制催化剂和加氢裂化催化剂活性的方法，从而实现加氢工艺中催化剂活性的实时监控，达到合理利用催化剂效能、提高装置经济效益的目的。应用表明，该方法能直观地展现加氢催化剂活性的实时动态，计算出催化剂失活速率，为生产调整提供参考依据。

　　关键词：加氢裂化;加氢精制;在线评价;实时监控;催化剂活性;失活速率

　　鉴于生产中反应器内的催化剂不能取出，故此方法不适用于加氢装置生产周期内的催化剂活性评价。以中海油惠州石化有限公司(惠州石化)4.0Mt/a加氢裂化装置为研究对象，提出一种在线评价加氢精制催化剂和加氢裂化催化剂活性的方法，从而实现加氢工艺中催化剂活性的实时监控，对加氢催化剂效能进行了合理利用，提高了加氢装置的经济效益。

　　1过程描述

　　惠州石化4.0Mt/a加氢裂化装置反应部分采用2个反应器系列并联方案，每台反应器设置6个床层，前3个床层装填精制催化剂，第4～6床层装填裂化催化剂，如图1所示。重质原料油经过反应器是从上垂直向下流动，在精制段催化剂床层，含硫、含氮、含氧化合物发生加氢脱硫、脱氮、脱氧反应，含金属的有机化合物发生氢解反应，同时，烯烃和部分芳烃发生加氢饱和反应，进而为裂化段提供合格进料;然后进入裂化段被裂化成柴油、喷气燃料、重石脑油、轻石脑油、液化石油气及气体等馏分[5]。

　　2加氢催化剂活性评价

　　在工业生产中，为了装置的长周期、平稳运行，氢分压以及产品性质(如杂质含量)等参数通常不会有大幅度变化，甚至在较长一段时间内维持基本不变，因此假设在线评价催化剂活性的周期内装置的氢分压和产品性质维持不变。而装置原料油的性质则受到全厂生产情况变化的影响，且没有规律，因此文中评价催化剂活性时采用人为输入催化剂活性校正因子的方法来关联原料油性质的变化。2.1精制段催化剂活性评价以反应器初期操作条件为基准态，以初期催化剂活性为评价催化剂活性的基准，用催化剂床层平均温度的实时变化量来描述催化剂活性的动态变化，故精制段催化剂的活性如式(1)所示：CAHT=WAHTSOR-[WAHT-(M-MSOR)ΔTHT+α](1)式中，CAHT表示精制催化剂的活性，负数表示催化剂失活，需要通过提高床层平均温度来弥补失去的那部分活性;WAHTSOR表示反应器运行初期的精制段床层平均温度，表征基准催化剂活性;WAHT表示实时的精制段催化剂床层加权平均温度;M表示该反应器进料量;MSOR表示初期进料量，通常为设计进料量;ΔTHT表示在维持相同反应苛刻度的条件下增加每吨进料精制段床层加权平均温度的增加量，此值为催化剂运行初期摸索获得的经验数据，本装置取值为0.1℃/t;α为精制段催化剂活性校正因子，用于原料性质、操作条件变化较大时进行校正，可根据生产情况分阶段取不同值。2.2裂化段催化剂活性评价对裂化催化剂活性而言，进料量、原料油性质和反应苛刻度即转化率是一个变量因素，因此用式(2)来评价裂化段催化剂的活性：CAHC=WAHCSOR-[WAHC-(M-MSOR)ΔTHC-(Y-YSOR)Δt+β](2)式中，CAHC表示裂化催化剂的活性;WAHCSOR表示反应器初期裂化段床层平均温度，表征基准催化剂活性;WHAC表示实时裂化段催化剂床层加权平均温度;ΔTHC表示在维持相同反应苛刻度的条件下增加每吨进料量裂化段床层加权平均温度的增加量，此值为经验数据，本装置为0.09℃/t;Y表示转化率，表征反应苛刻度;Δt表示提高1%的转化率需要裂化段床层加权平均温度的增加量，为实践中摸索获得的或催化剂厂家提供的经验数据，本装置为0.4℃/1%;β为裂化段催化剂校正因子。

　　3案例应用与分析

　　由于惠州石化4.0Mt/a蜡油加氢裂化装置并联的两个反应器A/B操作条件基本一致且催化剂床层加权平均温度基本相同，故该文以其反应器A为典型案例进行研究。该装置本生产周期开工初期处理量为476t/h(设计值)，其中反应器A为238t/h，压力为13.85MPa，氢纯度为92%～93%，WAHTSOR为391℃，WAHCSOR为392℃。现取反应器A在2016年9月1日—11月30日这3个月的生产数据，分别对其精制段和裂化段的催化剂活性进行分析，如图2和图3所示。在这3个月期间，原料油性质、氢分压等工况基本维持不变，因此本案例中α，β均取值为0将反应器A的进料量、反应转化率以及精制段和裂化段催化剂床层加权平均温度分别代入式(1)、式(2)，则可以计算出CAHT和CAHC，即精制段催化剂和裂化段催化剂的实时活性，见图4。从图4可以看出，尽管存在生产波动和仪表指示波动等因素，仍能直观地展现加氢催化剂活性的实时下降趋势，可通过DCS后台程序做成生产趋势图在线监控催化剂活性。若根据原料性质变化以及操作条件的变化调整α，β的取值，则可长周期监控催化剂活性。将图3的CAHT和CAHC进行归一化处理，可以准确获得图4催化剂的失活速率(即关联线的下降斜率)，其中精制剂的失活速率为0.0101℃/d，裂化剂的失活速率为0.0094℃/d。由此可关联出预测运行一定天数(d)后精制段和裂化段活性下降后以℃值表示的反应温度THT和THC的关联式(1)和(2)。THT=-0.0101d+425.24(1)THC=-0.0094d+396.47(2)

　　4结论

　　以加氢反应器运行初期操作条件为基准态，以初期催化剂的活性为评价催化剂活性的基准，用催化剂床层平均温度的实时变化量来描述催化剂活性的动态变化，充分考虑反应进料量、原料油性质、反应苛刻度等因素的影响，提出了在线评价加氢精制催化剂和加氢裂化催化剂活性的方法。以惠州石化4.0Mt/a蜡油加氢裂化装置为研究对象，用3个月的生产数据分别计算出反应器内精制段和裂化段的实时催化剂活性，并通过归一化计算出精制剂的失活速率，判断出此段时间内催化剂失活速率较低，预测出直至2018年换剂时催化剂活性仍较高，提出增加进料量、提高转化率等生产调整手段，以充分利用催化剂的效能。

　　阅读期刊：轮胎工业

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