对炼油催化剂的技术应用与处理技术探讨

对炼油催化剂的技术应用与处理技术探讨

韦韩

中油广西田东石油化工总厂有限公司

摘要：催化剂活性评价、分析检测技术和废催化剂等处理技术是炼油催化剂质量控制技术的重要组成成分。本文简要概述了炼油催化剂的应用现状、着重研究了分析检测技术及所包含的物化性质和相组成分析与化学组成和废催化剂包含在内的再生、掩埋和金属回收等处理技术。

关键词：炼油催化剂；应用；质量控制；分析检测

催化反应过程所需的装置占据石油炼制生产工艺装置的八成左右，剩余两成装置是常见的焦化和减压装置。在炼油装置中，催化技术已经成为了清洁生产和高效转化原油的关键技术，同时也是全世界炼油技术中热点技术之一。目前，全世界原油的发展方向是高质量轻质油、重质化和劣质化，由于颁布了相关环保法规和该油类用量激增导致在石油炼制生产环节中炼油催化技术、催化剂的开发和使用具有越来越重要的地位。催化剂质量控制技术因能确保催化剂在实际的使用过程中具有良好特性和满足指标要求，因此在催化剂的应用领域内该项技术是其中重要的一环。

1. 炼油催化剂的应用现状

目前，炼油催化技术在我国已经形成了独具国内特色的先进技术，并且也有一套成熟的生产体系和系列化的炼油催化剂品，与国外技术相比虽然已形成了自己的独特优势，但在效益价格和生产规模上与国外厂家还有不小的差距，比如我国全年催化裂化催化剂的产量尚且还不能与国外一台机器的生产能力相抗衡，不仅进口税比国外类似产品高10%，而且重整加氢催化剂的价格相比国外也超出了30%。炼油催化剂内容丰富，异构化、加氢裂化、催化裂化催化剂、汽油和柴油加氢催化剂、烷基化等催化剂都属于炼油催化剂。不同工艺流程具有不同要求，那么在符合环保法规和原料质量的前提下应该选用合适的催化剂性能。比如对于提高柴油产率的关键因素就是要选择和设计合适的加氢催化剂系统，更新催化剂可以提高加氢裂化装置里的中馏分产量。炼油催化剂技术目前多用于渣油转化率、加工轻质密油和提高轻质油效率等领域，预计在接下来几年内，全世界对炼油催化剂的需求会激增，而且炼油技术发展的主要方向就是不断地更替炼油催化剂。

2. 催化剂的分析检测技术

催化工艺是涉猎范围广，研究人员为追求催化工艺精确定位数量和活性结构，不断探索把化学和物理的新现象用于研究催化过程，并逐步过渡原子-分子的研究，使之成为可以控制化学反应方向和速率的关键科学。尽管是不同批次的催化剂，其质量都必须均匀且杂质含量不能超过工艺要求的约束范围内，因此在催化剂使用和生产环节中连半成品也要进行化学组分的分析。

1. 物化性质分析

物化性质分析，即对成品或者半成品进行物化性质测试，将得到的理化性质用于生产可以达到控制催化剂生产过程质量的目的。吸水性、粒度、比表面积、孔半径、机械强度和筛分组成等都属于物化性质。催化剂的不同，其用途和对物化性能的要求也不尽相同，因此不同用途和生产品种需要选择相适应的物化性质分析。

2. 化学组成和相组成分析

固体催化剂一般是由无机酸、金属盐、碱等材料生产而来，对工作溶液、成品及半成品和原料的分析也因自身是无机化合物多进行无机分析。分析方法的选择主要是依据被测物体组分含量而定，按照组分含量的差异可分痕量组分、微量组分和常量组分三种分析。常量组分多用于滴定分析法和重量分析法两种测定方法。相较于常量组分，必须选择分光光度法、等离子光谱法和光电比色法等灵敏度比较高的测定方法。

催化剂的机械强度和结构性质是由载体的相组成决定的。比如，性组分为硝酸镍、助催化剂为氧化镁而且载体是三氧化二铝和CaAl2O等，则选择混合法、沉淀法或者浸渍法。在相同的实验条件下，经过相组成分析可知镍微晶在不同体系下的变化是不一样的，比如Ni-Al2O3和Ni-Al2O3-CaO 两种体系，以上结果表明活性组分镍因载体相组成不同其稳定性和分散性也有很大差别。一般而言，X射线衍射技术多用于测定载体或者催化剂相组成，不同结晶物质通过对比标准衍射谱图与自己独一无二的特征粉末衍射谱图进而进行相应测定。

3. 废催化剂的处理技术

目前全世界年均生产废催化剂高达700kt，而占比较重的当属炼油产生的废催化剂。废催化剂的大量浪费也不加以科学管理，不仅会导致部分贵重金属利用不充分，而且产生的有毒有害物质也会危害人们健康和污染生态环境。对于无害化处理炼油废催化剂的处理方式一般有再生技术、掩埋技术和金属回收三种方法。我国针对废催化剂缺乏科学合理的利用也开始颁布和进一步完善相关政策和法规。将石油化工生产的废催化剂进行合理资源再利用或者再生处理，对环境而言，可有效避免因填埋所造成的的经济浪费和生态环境污染；对炼油企业而言，资源的循环利用降低了炼油厂的运营成本、提升了经济效益，竞争力的提升实现了炼油厂的可持续发展。

1. 炼油废催化剂的掩埋技术

废催化剂是一种传统的处理方法，它是按照一定的环保法律将失去活性且并无法再利用的废催化剂填埋在规定的废料场。对于废催化剂的掩埋在美国是有严格的规定，美国颁相关部门对废催化剂的掩埋颁布了相关回收法案，法案要求掩埋地必须铺设双层衬里、在地下安装地下监控设备和收集渗滤液的处理，同时法案对掩埋者也做出了相关规定，即掩埋者对废催化剂的掩埋行为负有长时间的法律责任，不仅对掩埋者收取相当昂贵数额的费用，而且还要承担因废催化剂的腐化渗透带来的生态环境污染风险。

2. 炼油废催化剂的再生技术

尽管催化剂再生技术是一种比较合理的能够避免浪费资源和环境污染的资源在利用方法，但遗憾的是并非实际现实中的所有废催化剂都可以再生。若是金属中毒导致的催化剂失活或者积碳失活是可以通过脱除重金属或烧除的方式让废催化剂恢复活性。但相转移情况下的失活是不可再生的。

器外再生和器内再生是废催化剂两种再生方法。器外再生，即将已失去活性的而又须再生的催化剂从化学反应器中取出，通过送至专门催化剂再生工厂进行再生；器内再生，即将失去活性的废催化剂和注入含氧气体介质共同留在原反应器里进行再生。在国外，9成以上的国家都会采用器外再生技术处理废催化剂，不仅所需的成本仅占新催化剂的2成，而且恢复率也都保持在75%以上。比如，加氢裂化催化剂不会使用空气或者水蒸气再生技术，因为催化剂上的金属因为水蒸气聚集会破坏载体的分子结构。另外，采用回流浸取法去再生废催化剂的相关结果表明，该再生法会带来更高的活性恢复率即高达95%以上。

3. 废催化剂的金属回收

干、湿法，干湿结合法、离子交换法和不分离法都属于废催化剂的金属回收法。从经验来看大部分的废加氢催化剂中含有钼、钴、钨和钒等金属材料和铂与钯等贵重金属材料，因此很具有回收的高价值。可以借用溶解载体、等离子熔融和气相转化等回收技术相继进行，比如国内有科研人员采用焙烧—浸出—交换—沉淀钯流程回收再利用废催化剂，有较高的回收率且高达98%以上，日本一个化学工厂采用溶剂萃取和离子交换两者相结合的方式回收废加氢催化剂中的钴、钼，一般是以氧化和氧化物的形式进行回收，从回收结果可知回收的钴、钼的纯度很高，可再次作为化学试剂原料使用。

4. 结束语

世界能源的发展方向是绿色、低碳和清洁，在清洁燃料应用广泛和企业经济效益难提升的双重压力下，炼油企业想要在能源市场中稳定生存就必然降低能耗和运营成本，提升油品质量以此提升炼油企业的市场竞争力。催化剂技术是炼油技术的核心，催化剂的快速发展也直接带动了炼油技术的进步。目前我国炼油催化剂的发展任然面临着新的挑战，在未来的发展中就必须将炼油催化剂技术与市场需求相结合，在满足环保要求的基础上提高产油效率，不断缩小国内外先进技术和生产能力的差距，促进我国炼油行业可持续发展。

参考文献：

1. 赵檀,张全国.炼油催化剂的现状分析和技术进展[J].工业技术,2016,(7):161．

2. 朱洪法，刘丽芝 .催化剂制备及应用技术[M].北京：中国石化出版社，2011:26-28.