重整装置必读│催化重整技术原理、工艺及产品
关键词 | 催化重整 原理 工艺 产品
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导 读
催化重整是重要的炼厂二次加工过程。催化重整的原料主要是石脑油和抽余油，由于催化重整对原料的要求苛刻，因而在实际生产中，绝大部分炼厂采用常减压得到的直馏石脑油作原料，部分采用裂化重石脑油与直馏石脑油一起作为重整原料。
催化重整过程中发生的化学反应主要有下述几种：加脱氢、环化、芳构化、异构化、裂解以及生焦反应。其中芳构化反应有利于提高汽油辛烷值以及生产重要的化工原料——芳烃，而裂解和生焦反应则是我们不希望看到的。
催化重整机理
催化重整过程中发生了多种反应，满足生产需要的反应有六元环烷烃脱氢反应、五元环烷烃脱氢异构反应、正构烷烃的异构化反应以及烷烃脱氢环化反应。
六元环脱氢反应是强吸热反应，主要发生在金属活性中心上，反应平衡常数很大，能够很快达到平衡，机理如下：
五元环烷烃脱氢异构反应中脱氢反应是强吸热反应，异构反应是轻微放热反应，该反应总体热效应是强吸热，反应平衡常数较大，能够很快达到平衡状态，机理如下：
正构烷烃的异构化是轻度放热可逆反应，反应机理很复杂，可单独在金属中心上进行环化反应以及键转移反应，也可在金属中心和酸中心共同作用下进行键转移反应。以下给出了其在金属中心上的键转移反应机理。
6个碳原子以上的直链烷烃均有可能脱氢环化为芳烃，此反应为强吸热反应。目前对烷烃脱氢环化机理的认识不是非常清楚，该反应可能单独发生在金属中心上，也有可能是在金属和酸性中心上共同发生，以下是该反应单独发生在金属中心上的机理：
催化重整过程中的反应一般发生在金属中心或酸性中心上，遵循链反应或者碳正离子反应机理。上述反应均为可逆反应，其中有强吸热反应，也有轻度及中度放热反应，但总体来说，催化重整是强吸热反应。在实际操作过程中，催化重整是在高温条件下进行的，对催化剂要求严苛。
催化重整工艺
催化重整工艺按照催化剂的再生方式可以分为循环再生重整、半再生重整以及连续再生重整。
01
循环再生重整工艺
循环再生重整的反应器可以交替切换，有大小相同的固定床反应器 4-5 个，其中 3-4 个进行反应，另一个交替切换运转中的反应器，切换出的反应器进行催化剂就地再生，以保持系统中催化剂较好的活性和选择性。
该工艺适合处理量大、原料性质差和产品辛烷值要求较高的情况，产品辛烷值可达 100-102，催化剂再生周期为几天、几周乃至数月。虽然装置的设置和操作较复杂，但有一定的经济效益，至今仍有相当数量的装置在运转。
02
半再生重整工艺
半再生重整是一种固定床催化剂间歇再生的重整工艺，固定床与 3-4 个反应器串联。典型半再生重整工艺有铂重整、铼重整以及 IFP 重整等。
半再生重整装置设备少，投资小，适合生产汽油调和组分，运转周期为 1-3年。1949 年 UOP 公司开发并建成投产第一套半再生重整工业装置，至今仍是应用较为广泛的工艺。
03
连续再生重整工艺
连续再生重整是一种在移动床中催化剂连续反应和再生的重整工艺。在连续再生重整装置中，催化剂连续地依次流过三个或四个移动床反应器，到再生器进行再生，之后与新鲜催化剂共同进入反应器进行反应，催化剂在系统内形成一个闭路循环。
1971年，美国UOP 公司的 CCR 连续重整工艺实现了工业化，自此连续再生重整工艺迅速发展。连续重整技术是重整技术近年来的重要进展之一，适用于高苛刻度以及劣质原料，它针对重整反应的特点提供了更为适宜的反应条件，突出的是促进了芳构化反应，取得了较高的芳烃及液体收率和较高的氢气产率，但不适用于规模小的装置，投资较高。
目前连续重整流程主要有两种形式，一种是国外“顺流”连续重整，另一种是国内的“逆流”连续重整。“顺流”和“逆流”连续重整工艺请点击这里。
催化重整产品
催化重整产品包括重整汽油、芳烃以及副产氢气，这些产品在生产和生活中至关重要，催化重整能力在一次产能中所占比例为 10%-30%。
01
催化重整汽油
使用高辛烷值汽油是保护汽车发动机、提高汽车驾驶性能以及提高汽油机热效率的重要手段，催化重整汽油是重要的高辛烷值清洁汽油的调合组分。早期由于我国重整原料油比较少以及对汽油辛烷值要求不高的原因，重整装置多用于生产芳烃。随着我国对高辛烷值清洁汽油需求的增长，催化重整发挥了重要作用。
环境污染程度的加深使得各国对清洁环保的车用油品需求日益增长，我国的汽油标准一直向着低硫、低烯烃以及高辛烷值的方向发展，而催化重整汽油中由于含有大量芳烃以及异构烷烃，辛烷值较高，此外催化重整汽油中的烯烃含量及硫含量较低（一般小于 10ppm），因而重整汽油成为了非常重要的清洁汽油调和组分，催化重整技术的地位因此水涨船高。汽油调和组分中重整汽油所占的比例，美国为 30-35%，欧洲为 45-50%，一般炼厂典型的汽油调和组分中催化重整汽油占比为 20-60%。
02
催化重整芳烃
芳烃是化学工业重要的基础原料，可制造多种合成树脂、合成橡胶、合成纤维、染料和增塑剂等，衍生物可用于生产多种精细化工产品，还可用作溶剂油。重整生成油中芳烃含量较高，经抽提可得 BTX（苯、甲苯、二甲苯）等产品。
人类生产和利用芳烃已经有 200 年左右的历史，20 世纪 40 年代，临氢重整工艺的出现带动芳烃在石化工业中大规模生产和应用。我国对合成纤维需求的增长带动了芳烃生产技术的发展，从而带动了催化重整技术及其他相关技术的发展。
重整生成油可以经芳烃抽提或其他转化分离工艺制取芳烃，由于催化重整能力增长有限以及其他芳烃制备工艺的发展，催化重整芳烃在总产量中的占比有所降低，但目前仍然满足了三分之一左右的世界芳烃需求，全球大约有 38%的苯和 87%的二甲苯来自催化重整装置。
03
催化重整副产氢气
催化加氢的目的在于降低原料碳氢比，提高轻质油收率，脱除油品中杂质以改善原料的品质和提高产品的使用性能。近年来随着原油向重质化劣质化方向发展、世界经济快速发展以及环保要求日益严格，催化加氢技术得到了快速发展。因而在现代炼油业中，起步较晚的催化加氢技术目前已经成为重要组成部分。
催化加氢反应需要大量的氢气，而催化重整干气中含有较高含量的氢气，对其进行回收再利用可以有效降低污染物排放，提高能源利用效率。催化重整副产氢气是炼厂重要的廉价氢源，对于催化加氢装置的运行至关重要，美国炼厂加氢装置用氢 50%以上由催化重整装置提供。
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本日文末福利：《催化重整工艺与工程》
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