张启科，李增勃，毛吉会，魏江涛
［陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西 西安710075］
［摘 要］近年来，陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心设计出催化裂化微反活性装置用于催化剂的测定，在催化裂化微反装置上开展不同类型催化剂的微反活性评价，旨在快速筛选出较高活性的催化剂用于实际生产，并助力自主研发催化剂的产业化。微反试验结果表明：不同催化剂在催化裂化过程中的微反活性不同，可通过微反活性装置探究催化剂的最佳温度点、最高转化率、最高活性；催化裂化微反活性装置可以评价不同的原料，测试催化剂微反活性，可为工业生产提供有力的技术支撑；延长石油碳氢研究中心自主研发的催化剂与市售工业用催化裂化催化剂有差别，总体上其活性介于几种主流新鲜剂与平衡剂之间，在进料量为1.0 g或1.56 g、进料时间70 s、反应温度530 ℃时微反活性最高，其操作条件较为温和，工业化前景看好，但仍需优化改进。
［关键词］催化裂化装置；微反活性装置；试验过程；新鲜剂；平衡剂；自主研发催化剂；活性评价
［中图分类号］TE624.4+1 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2024）03-0009-04
0 引 言
催化剂是一种可以加速化学反应速率的物质，其自身不参与反应。一般来说，催化剂会降低反应所需的能量，使得化学反应更容易进行，在化学工业中被广泛应用，它可以使反应速率与选择性得到提高，从而节约能源、减少废物和降低生产成本。在催化裂化装置中，常用的催化剂类型包括分子筛催化剂和贵金属催化剂：分子筛是一种三维多孔晶体，可以提供稳定的反应场所，促进分子间相互作用从而增强催化活性，分子筛催化剂在石油加工、化学合成等领域应用广泛，具有选择性高、反应速率快、使用寿命长等优点，一般通过对比表面积、孔径大小、酸碱化学性质、晶体结构等参数的测定来进行分子筛催化剂的微观活性评价；贵金属（包括铂、钯、铑等贵金属元素）催化剂具有活性高、选择性好等特点，广泛应用于精细化工、药品合成、汽车尾气净化等领域，在评价贵金属催化剂的微观活性时，常采用的方法是计算单位贵金属载量的化学反应速率（TOF，Turnover Frequency），TOF值越高则表明催化剂具有较高的微观催化活性。总之，需要多种分析手段相结合，才能更准确地评价催化剂的微观活性。
催化裂化是一种重要的炼油工艺，主要用于裂解重油、渣油等原料，生产出高辛烷值汽油和芳烃等化学品。催化裂化装置通常由三大部分组成——反应—再生系统、分馏系统和吸收稳定系统，其中，反应—再生系统是全装置的核心单元，由一系列复杂的设备和系统组成，流化床反应器（催化裂化装置中，流化床反应器是指在反应条件下，反应物在气相或液相状态下，通过固体床层的流化使反应床层呈现出流体化，以增强固-气相、固-液相接触和热传递的反应器）是其中一个关键设备。流化床反应器广泛应用于炼油、化工和环保等领域，主要用于裂解重油、渣油及催化制氢、乙烯制备等，流化床反应器不仅能够生产高质量的化学品，而且能够降低反应温度、延长催化剂使用寿命、减少能耗和污染物的排放等。在催化裂化装置中，流化床反应器内的催化剂与反应物接触，催化剂中的活性组分与反应物接触发生反应，从而裂解出轻质烃类产品，流化床反应器采用的是固-气相流动方式，相较于固-液相流动，固-气相物料的流体性强，更易呈现出流化状态，反应床层流化后比表面积变大，反应速率更快。
实际应用中，选择合适的催化剂对于提高微反活性至关重要。催化裂化装置所用催化剂的微反活性评价，是用微型固定型反应器模拟流化床反应器（与工业生产相近的条件下）进行活性测定，并以转化率（汽油+气体+焦炭三者产率）作为活性指标。长期以来，陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心（简称延长石油碳氢研究中心）致力于石油工业用催化剂的研发及应用，近年来设计出催化裂化微反活性装置用于催化剂的测定，既可以用于市售工业催化剂性能的测定与评价，又可以用于催化反应机理的研究、反应条件的探索及催化剂的筛选，以找出一批活性高、稳定性强、选择性突出的催化剂，用于各种小试试验（连续性评价测定），利于更快、更准确地测定与评价催化剂的活性，加快步伐实现自主研发催化剂的产业化（用于工业生产），并解决工业生产中催化裂化催化剂损耗高、经济性欠佳等问题。以下对有关情况作一介绍。
1 试验目的
当前，催化剂行业领先企业主要为国外大型企业，我国不少催化剂生产企业与国际先进企业相比还存在较大的差距，在催化剂研发及工业化方面还存在诸多不足——我国能源环保、石油化工、精细化工等行业用催化剂的进口依赖度仍较高，国内催化剂高端市场长期以来被外国企业占据着主导地位。近年来催化剂产业已列入我国重点发展的战略新兴产业，随着国家对催化剂等新材料产业支持力度的不断加大，对关键领域自主知识产权日益重视，在国内国际双循环的新发展格局下，催化剂国产化替代需求强烈，这将成为我国催化剂行业发展的动力；利好的政策环境和广阔的市场需求，为实现国产催化剂的广泛应用和充足供给提供支撑，驱动国内企业加快对高端及多功能催化剂产品的研发及创新，逐步实现更多催化剂产品的国产化。
更多内容详见《中氮肥》2024年第3期