半再生催化重整催化剂失活原因和措施分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：杨军（1986），男，汉族，内蒙古鄂尔多斯人，本科，助理工程师，研究方向为煤化工。-109-半再生催化重整催化剂失活原因和措施分析 杨 军 中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209 摘要：摘要：在我国化工工业逐渐步入快速发展阶段的当下，其内部工艺的技术性不断上升，其执行反应的物料种类及数量不断增加，受部分情况的影响，可能会出现反应不充分的问题，此时催化剂的重要性逐渐显现，尤其是半再生催化重整催化剂，若不能对其进行妥善管控，甚至会引发安全事故。基于此，本文通过总结半再生催化重整催化剂的失活原因，结合其技术原理，明确具体的解决方案，以期提升催化剂的活性，明确其使用条件，进一步提高工作效率。关键词：关键词：半再生；催化重整；催化剂；失活 中图分类号：中图分类号：TQ42 0 引言 半再生催化重整催化剂的活性会受多方因素的影响，例如表面的铂和氯含量等，同时外部因素的变化也可能会导致其失活，对此相关人员需切实有效地做好防护工作，根据催化剂的特性来进行综合分析。但考虑到催化重整剂其管控难度较大，故而技术人员需结合实际情况，做出正确的体系调整，确保其不会出现异常停工的情况，以便于稳固工艺的正常推进。1 催化重整催化剂理论概述（1）催化重整催化剂的特点 催化重整催化剂是一种被广泛应用的催化剂，它具有许多常见催化剂的优点。在化工生产中，它表现出以下特点：专一性：不同种类的催化重整催化剂只对特定的化工生产化学反应起催化作用。高效性：利用催化重整催化剂可以有效提高化工生产中化学反应的速率，从而提升化工生产的效率和质量。选择性：在化学反应过程中，催化剂能选择性地控制化学反应的速率，增强对化工生产的控制能力。此外，催化重整催化剂是一种独特的催化剂，除了具备一般催化剂的特性外，还具有以下特殊性质：双功能特性：催化重整催化剂不仅具有金属功能，还具有酸性功能，使其成为一种典型的双功能催化剂。载体选择：催化重整催化剂通常选择大表面积的氧化铝作为其载体。活性保持：在还原后，催化重整催化剂仍然保持着较高的活性。因此，在进油前进行催化剂床层的钝化处理显得尤为重要，它可以有效防止催化剂床层升温。运转环境：催化重整催化剂一般在氢气环境下运转，而水氯平衡则是其运行的重要条件之一。（2）催化剂失活 催化剂能加速某些化学反应速度，从而改变反应动力学性质，自身不消耗和变化。但催化剂参与化学反应之后，某些物理或化学性质或多或少总会发生一些变化，对工业催化剂来说，在完成一次化学反应之后，它的物理化学性质变化是微不足道的。如果从长期运转结果看，这些变化积累起来，将会造成催化剂活性和选择性的明显下降，这就是催化剂的失活。2 半再生催化重整催化剂失活的原因（1）催化剂积炭 催化剂积炭问题是影响催化剂活性最直观的因素，只要出现便会立即导致催化剂失去活性，并且后续即使按照工艺进行优化也很难恢复活性，其具体原因如下：由于催化重整催化剂其具有功能多样性，在学术上也被称之为双功能性，其在发生重整反应时，内部成分会与芳烃缩合反应共同发生，其在初始反应阶段会因为金属活性反应的特性，导致反应处时常会出现积炭反应，此时若催化剂受其影响便会导致成分混合，进而使得重整催化剂失活。再加之，现场反应通常较剧烈，故而气味等多种渠道均有可能导致杂质混合，中国科技期刊数据库 工业 A-110-借助外部渠道迅速扩散，进而导致积炭情况不断加剧，致使催化剂活性受影响导致失活1。（2）水氯不平衡 半再生催化重整催化剂其在使用过程中水氯平衡是非常重要的指标，若相关人员无法结合实际情况作出适当的调整，氯元素含量异常增加，后续的补氯及洗氯工艺均无法正常开展，工作人员无法准确获取相关数值，轻则带来不必要的成本损失，重则会引发安全事故，且由于化工生产现场有大量的易燃易爆品和化学制剂，一旦发生安全事故，很可能会连带造成化学制剂泄露或爆燃情况。据此，技术人员进行了多次分析，并结合实地考察数据最终明确了影响水氯平衡的主要因素，其具体情况如下：首先，气中水的影响。对于化工生产工艺而言，其大部分生产工艺反应均需要水或生成水，且因为水元素会稀释部分化学成分，故而相关人员若无法根据氯分布情况进行均匀治理，则会因为水氯不平衡而使得催化剂失活，当气中水过高时，还会出现严重的氯流失现象，此时铂晶粒的规格会不断增加，催化剂的性能也会随之变化，对此技术人员需将气中水控制在 30ppm 内，以免影响催化剂的工作。其次，温度影响。众所周知，催化剂的使用需为其配备稳定的温度，而半再生催化重整催化剂在低温环境下具有稳定的优势，但其在高温环境下会失去氯保持性能，故而在重整操作中需保障稳定的温度水平，且工艺执行当时随着反应温度的升高还需进行逐步调整，如此方能保障绝对的准确性2。（3）催化剂烧结 催化剂的烧结工艺是一项需在稳定高温环境下才能进行的反应，且随着反应的不断推进其催化剂的性能和结构均会发生相应的变化，但其并不会生成其他物质，故而该变化通常属于物理变化，后技术人员经过数据分析和集中，将催化剂的烧结分为两大类，分别为金属烧结和载体烧结，这两种情况均发生在同一环境中，其物质状态等存在明显差异，但均可使得半再生催化重整催化剂失去活性，其具体情况如下：首先，金属烧结，该现象是在高温反应环境下由于金属晶粒出现异常活跃状态，进而不规则聚集，这类情况虽会使催化剂失活，但其形成原因相对常见，其烧结状态可利用技术手段进行逆转分离。其次，载体烧结。这种烧结方式和金属烧结有本质区别，其在烧结过程中内部结构会随之发生变化，这便意味着载体烧结无法逆转修复，一旦出现会直接破坏催化剂结构，使其丧失活性。（4）催化剂中毒 原料油在制作过程中，无法确保整个反应过程不产生任何杂质，故而其也逐渐成为催化剂失活的主要原因，且管控难度较大，很难实现彻底管控，此时催化剂会由于其融入杂质致使催化效果降低，同时还会抑制其活性，这便是常见的催化剂中毒现象。经过工作人员现场验证和数据分析后发现催化剂中毒失活仍可细分为以下几点：首先，金属中毒。据悉常见的金属中心毒物分别为 S、Pb、Cu 和 Zn 等，其成分在反应过程中会生成很多新型物质，技术人员可借助升华和化合物反应产生的热量及其他能源进行综合分析，其常见的金属中毒反应如下：Pt+H2S-PtS1+H2 和Pt+2As-PtAs2，其物质特性便抑制着催化剂的活性，甚至会危及群众人身安全。其次，酸性中毒。催化剂在使用过程中，会生成 NH3、H2O 等物质，且由于中心毒物在反应时，其会反应生成部分酸性物质，致使催化剂的稳定性受到影响，再加之这种反应会生成极为稳定的复合结构，故而其同样是不可逆的，必须提前做好防御，充足资源储备3。3 半再生催化重整催化剂失活情况的应对策略（1）做好积炭防护 对于半再生催化重整催化剂而言，积炭问题就是影响其活性最直观的因素，对此工作人员需要了解其生成特性，考虑出现积炭问题的原因，从而针对性地制定解决方案，但其作为一项技术含量较高的工作内容，积炭防护工作不能盲从，不能直接照搬其他企业的防护方法，必须根据自身的硬件配置以及工作模式，制定更适配的保护体质，如此才能避免多变的隐患问题。基于此，工作人员必须要明确当前设备是否会对催化剂积炭情况产生影响，若经过现场调试发现，仪器设备的运行过程中，受其自身功能性或运行稳定性的影响，会导致催化剂出现积炭情况，则需要根据实际需求对现有的设备工作模式进行调整，对部分仪器设备进行调停，避免出现超负荷运作的情况，若其在正常工作时间内仍然会存在积碳风险，需要实时对接市场，找出更具优势的新型设备进行替换，从而确保其运行稳定性，保障不会出现严重的催化剂失活情况。中国科技期刊数据库 工业 A-111-此外，在重整反应过程中，反应物的体积会随着反应的进行不断增加，而在反应装置中降低反应压力能够在一定程度上有效提高芳烃的转化率,但是降低反应压力会导致催化剂积炭现象发生速率的提高从而降低催化剂的活性。因此，在重整反应进行过程中，需要合理调控反应压力，在保证反应压力不会影响催化剂活性的情况下尽量提高芳烃的转化率，从而提高催化剂使用寿命，提高化学生产效率。（2）实现水氯平衡 化工企业的生产工艺和其他行业不同，其不仅需要借助仪器设备的联动工作来起到相互测量的作用，同时还需要利用大量的化学反应来生成新物质，以供给后续化工反应的催化，对此需要相关人员对生产工艺中的物质生成情况进行系统分析，了解其可能生成的新型物质，并对其成分进行综合化验，判断其与催化剂中的水和氯元素是否会发生反应，若发生反应是否会生成影响及后续催化反应的杂质，经过全方位的总结后，制定应对方案，降低相关风险。基于此，首先，要合理管控气中水。化学反应中很大一部分都会涉及水元素的参与，无论是生成水元素，还是释放热量导致空气凝结成水，一旦现场没有进行妥善管控，导致水进入到后续化学反应中，都可能导致气中水含量受到影响，这会直接影响水氯平衡。但很多工艺无法避免水元素的正常，此时相关人员便需要利用专业的仪器设备检测水元素含量以及容器内的化学反应进程，根据其变化情况，适时调整其他参数，保障工艺的稳步推行4。其次，温度的调整。对于化工生产工艺而言，其化学反应的催化很多情况下，不能仅依靠物质的融合增加催化剂的同时，还需要进行加热或释放热量，如此才能保障催化剂的活性，确保化工反应的稳步推行，但这种模式就意味着温度管控不严格，不仅会导致催化剂活性受到影响，还会导致后续的化工生产工艺出现不稳定因素，进而引发安全事故，出现连带性的危险。（3）烧结防护 根据前文提到的相关内容，催化剂烧结现象的产生原因主要是由于反应过程中的温度没有控制在合理的范围内容，一方面温度过高会导致催化剂烧结现象，另一方面温度过高会影响重整反应的速率，降低化工生产的生产效率。因此，在重整反应进行时，若想改善催化剂烧结情况，需先从反应环境入手，对温度进行科学合理的控制，将现有的工作体系内部融入温度与时间管理体系。而后经过调查与研究后，技术人员发现在部分特殊环境下温度会有瞬时升高的趋势，例如在临氢环境中，其温度可稳定在 500 摄氏度左右，此时工作人员只需将其控制在指定水平线即可降低催化剂失活的概率，同时还能缓解金属烧结及载体烧结的危害性。此外，在化工生产中，通过在化工装置设计中加装氢气分离器，从而实现对于返氢所携带的润滑油的分离，从而有效降低催化剂烧结的可能性，同时收集得到了润滑油在经过处理后还可以继续回收使用，提高化工生产的经济效益，促进化工企业的健康持续发展。（4）催化剂中毒防护 由于在催化重整催化剂中的两种活性中心对于外界杂质的反应程度存在较大差距，因此对于催化剂中毒现象的防控需要针对酸性中心与金属中心分别讨论。首先，目前在化工生产过程中使用的催化重整催化剂一般情况下都是全氯型，其酸性中心所具备的酸功能主要由卤素组元造成。因此，在催化剂中毒现象中，外界毒物对于催化剂酸性中心的破坏主要是对于其酸功能的破坏。针对这一问题，工作人员需明确酸性中心的有毒物质会对其产生不可逆的损害，故正常操作时，需通过调整反应区域内合适的水-氯分子比入手，保证控制载体上有合适的羟基量与氯含量，从而使得在反应过程中催化剂上的平衡氯含量能够控制在合理范围内。这是避免有毒物质破坏酸性中心的酸功能的主要途径。其次，对于金属中心的防中毒控制主要是需要对精制原料油中的杂质进行严格的控制，从而保证催化金属中心能够保持较高的脱氢活性。目前，在常见的重整反应中，造成催化剂金属中心失活的有毒物质主要有硫化物、砷化物以及常见的重金属元素。以硫化物为例,为了降低原料油中的硫化物含量，保证原料油的纯度能够满足重整反应的需要，常见的处理方式是在汽提塔后重整反应器前都安装脱硫罐，在脱硫罐中装有特殊的硫吸附剂，从而实现脱除重整进料中的部分有机硫和无机硫，避免金属中心受到硫化物的影响。4 结束语 综上所述，在化工产业快速发展的当下，半再生催化重整催化剂已成为很多工艺制定所必需的介质，中国科技期刊数据库 工业 A-112-科学合理的使用不仅能促进化学反应速率，还能使其成品质量得到良好的管制，符合市场需求。在催化重整技术应用过程中，半再生催化重整催化剂失活问题是一个复杂的多因素导致的现象。其中，催化剂积炭、水氯不平衡、催化剂烧结和中毒是最常见的失活原因。为了有效地应对这些问题，技术人员需要深入理解这些问题产生的根本原因，明确具体的防护方案，帮助工作人员采取有效措施，提升其经济收益。参考文献 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