催化裂化催化剂LDS-6HRB的工业应用

刘智辉，樊红超，汪 毅，宋洁瑞，柳召永，王辰晨，刘明霞

(中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060)

我国石油的对外依存度逐年攀升，国家统计局显示，即使受新冠疫情和原油价格居高不下等多重因素影响，2021年我国进口原油仍高达5.13亿吨[1]。催化裂化(FCC)是石油炼制过程中最重要的工艺过程，国内70%的汽油、40%的柴油、40%的丙烯都来源于催化裂化。随着环保要求的提高，国家汽油质量快速升级，对汽油烯烃含量的控制日趋严格，国Ⅵ汽油质量标准自2020年全面实施，汽油烯烃体积分数由≤24%调整到≤18%[2]。催化裂化汽油烯烃含量较高，其中石蜡基原料生产的汽油烯烃含量达到60%以上，烯烃含量过高影响汽油稳定性[3]。因此，降低FCC汽油烯烃含量是各大炼厂面临的重大挑战。目前降低FCC汽油烯烃含量、提高汽油辛烷值，可以通过更换新型催化剂或助剂，调整反再部分操作参数和更改工艺等来实现。高杰等[4]通过提高加氢重油量比例，增加原料中芳烃含量，提高反应温度，控制催化剂反应活性，降低再生器烧焦罐温度，提高剂油比和降低汽油中丁烷含量等措施提高汽油辛烷值。其中更换新型催化剂或助剂是最经济、高效、灵活的手段[5-8]。

超稳Y型分子筛具有氢转移活性低的特点，可提高汽油中烯烃含量和汽油辛烷值。但是由于汽油稳定性要求，烯烃含量又要控制在合理的范围内。因此，通过控制Y型分子筛晶胞大小、调节催化剂沸石表面积和基质表面积，可以降低汽油烯烃含量及提高辛烷值[9-12]。

针对哈尔滨石化分公司需求并结合原料油和装置特点，兰州化工研究中心采用改性介质稳固化稀土离子技术制备具有降烯烃功能的高活性稳定性Y型分子筛，提高汽油分子的氢转移反应活性，降低汽油烯烃；通过孔道调配技术，将该新型分子筛与大孔基质配伍，开发出新型降烯烃催化剂LDS-6HRB。该催化剂在ACE实验室评价装置中满足较低的汽油烯烃和较高的汽油辛烷值的要求。本文介绍了降低汽油烯烃、提高辛烷值的催化裂化催化剂LDS-6HRB在中石油哈尔滨石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化装置的应用情况。

1 装置概况

哈尔滨石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化装置由中国石化洛阳石化工程公司设计，中国石化第四建筑工程公司承建，1993年8月投产。反应部分采用MIP降烯烃反应器，提升管出口采用VQS旋流器，单段再生，两器同轴式布置，主要以减压渣油为原料。

2 LDS-6HRB催化剂工业应用

2.1 原料油性质

LDS-6HRB催化剂标定时的原料油性质如表1所示。由表1可以看出，原料性质基本相当，空白标定时原料油性能略好于终期标。

表1 混合原料油性质Table 1 Properties of mixed feed oil

2.2 装置操作参数

各阶段装置操作参数如表2所示。由表2可以看出，终期标定与空白标定时相比，反应温度基本相当，再生器密相温度基本相当，烟机过剩含氧量基本相当；沉降器压力、再生器压力基本相当；沉降器藏量、再生器藏量基本相当；装置主风等流量基本相当；装置加工量减少72 t·d-1，比空白标定时略低；分馏塔和稳定塔的温度基本相当。终期标定和空白标定时装置的操作基本一致，说明具有较强的可比性。

表2 装置操作参数Table 2 Operation parameters of the unit

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2.3 平衡剂性质

平衡剂性质如表3所示。由表3可以看出，终期标定时新鲜催化剂单耗高于空白数据，平衡剂活性终期标定比空白略高，有利于汽油进一步裂化生成低碳烃；平衡剂中重金属含量略有下降；污染指数降低了683.5；平衡剂定碳质量分数降低了0.048 5个百分点；平衡剂比表面积和孔体积略有增加。这主要是催化剂中加入了大孔体积、大比表面积的基质材料，催化剂孔道结构合理，孔体积和比表面积较大。

表3 平衡剂理化性质Table 3 Physicochemical properties of equilibrium catalyst

2.4 产品分布

表4为产品分布对比。由表4可以看出，LDS-6HRB催化剂应用后，重油转化量提高，轻柴油收率下降0.35个百分点，油浆收率下降0.39个百分点，干气略有增加，焦炭产率基本相当；增产液态烃效果明显，增加1.82个百分点，汽油收率仅降低1.16个百分点；汽油+轻柴油+液态烃收率增加0.31个百分点。

表4 LDS-6HRB催化剂工业样品评价结果Table 4 Evaluation results of commercial samples of LDS-6HRB catalyst

3 主要产品性质

3.1 干气性质

表5为干气性质对比。由表5可以看出，干气性质基本相当，其中甲烷、氢气、乙烷和乙烯等含量均有增加，反映出原料转化率升高，表明应用LDS-6HRB催化剂后，原料油裂解反应增强。

表5 干气性质对比Table 5 Properties comparison of dry gas

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3.2 液态烃性质

表6为液态烃性质对比。由表6可以看出，液态烃中丙烯含量增加4.8个百分点，丙烯收率(对原料)增加1.48个百分点(标定和空白期丙烯含量×液态烃收率的差值)；液态烃中丁烯含量降低1.10个百分点，丁烯收率(对原料)增加0.25个百分点(标定和空白期丁烯含量×液态烃收率的差值)。

表6 液态烃性质对比Table 6 Properties comparison of liquid hydrocarbons

3.3 稳定汽油性质

表7为稳定汽油性质对比。由表7可以看出，LDS-6HRB催化剂标定时，稳定汽油馏程基本保持不变，烯烃含量降低3.65个百分点，芳烃含量增加2.16个百分点，研究法辛烷值增加0.6个单位，马达法辛烷值增加0.8个单位。

表7 稳定汽油性质对比Table 7 Properties comparison of stabilized gasoline

3.4 油浆性质

表8为油浆性质对比。由表8可以看出，油浆密度基本相当，油浆固含量相当。表明应用新催化后，没有出现跑剂等影响装置长周期运行的状况，且新催化剂没有影响装置的重油转化能力和转化深度，表明催化剂的稳定性良好。

表8 油浆性质对比Table 8 Properties comparison of slurry

4 结 论

(1) 兰州化工研究中心开发的催化裂化催化剂LDS-6HRB在哈尔滨石化分公司600 kt·a-1重油催化裂化装置应用后，工业应用运行平稳，未出现烟机振值偏高、细粉含量偏高等影响装置长周期运行的状况。

(2) 催化剂LDS-6HRB应用后，终期标定与空白标定相比：汽油+轻柴油+液态烃收率增加0.31个百分点，油浆产率降低0.39个百分点，汽油烯烃含量降低3.65个百分点，稳定汽油研究法辛烷值增加0.6个单位，满足了装置需求。表明LDS-6HRB催化剂具有强的重油转化能力、优异的降低汽油烯烃和提高汽油辛烷值能力。