作为重要的炼油二次加工手段，连续重整技术是石油炼制与化工的支柱技术之一，其发展对促进炼油技术的整体进步，提高经济效益和环保效益具有重要的作用[1-2]。由于连续重整技术涉及领域广，设备要求高，控制系统复杂，操作难度大，长期以来，世界上的连续重整装置多采用美国环球油品(UOP)公司的连续重整工艺[3]和法国石油研究院(IFP)的连续重整工艺[4]。近年来，中国石化开发了具有自主知识产权的国产连续重整技术(SLCR)，并在洛阳石化工业化应用成功，目前，该技术在国内逐渐开始普及应用，其中已有6套装置投入生产运行。
催化剂再生系统是重整装置的技术核心，也是重整装置发展的主要部分。其中能够代表我国三代连续重整技术发展历程的是长岭50×104 t/a低压组合床重整装置、洛阳70×104 t/a连续重整装置(采用国产技术改造)和广石化100×104 t/a国产超低压连续重整装置。而在国内，采用IFP技术投产运行的装置至少有8套，其中采用IFP一代技术的两套装置均已进行一定的技术改造，大部分采用IFP技术的装置主要为其二、三代技术。以下对比分析了国产技术(重整装置A)和IFP技术(重整装置B，Regen C2技术)的特点和区别，旨在通过分析，为连续重整装置的优化、稳定运行及新装置技术路线的选择提供参考。
连续重整原料油的馏程与其组成有关，不仅是重整原料非常重要的性质，也是炼厂对原料油进行控制的重要参数。对于有一定辛烷值要求的情况而言，进料组成越轻，其所要求的反应苛刻度就越高。相反，在恒定的反应苛刻度条件下，初馏点低会导致芳烃和氢气收率较低；原料馏分越重，所需要的反应苛刻度越低，但重馏分中往往含有更多的多环化合物，故需控制终馏点不能过高，否则会影响催化剂寿命。国产技术的进料组成较轻，见表 1。
连续重整反应的操作参数主要指压力、温度、空速、氢烃摩尔比(以下简称氢烃比)，操作参数的改变会影响到产品质量、产率及催化剂的失活速率等。在一定条件下，参数的选择和调整主要取决于原料性质和产品要求。理论而言，压力、空速越低，温度越高，其反应苛刻度越高。氢烃比对产品质量(辛烷值)或产率没有明显的影响，但高氢烃比会减少积炭。采用国产技术和IFP技术的装置主要操作参数见表 2。
连续重整装置的产品主要有：氢气、LPG、脱丁烷重整生成油等，其产品质量与原料性质、催化剂性能、操作参数等条件密切相关。采用不同技术时的产品质量分别见表 3~表 5。
由表 3可知，采用国产技术的氢气纯度为91.91%，而采用IFP技术可使氢气纯度提高至92.66%。由表 4和表 5可知，采用国产技术的LPG产率较高，脱丁烷重整生成油产率较低，这是因为国产技术的LPG中含有较多的重组分。
图 1为重整装置A的工艺流程，自再生气循环压缩机来的再生气体换热后分别经循环电加热器和过热电加热器加热升温后，进入再生器的烧焦段中部及下部，在烧焦段中，气体与催化剂逆流接触，并通过烧焦反应除去催化剂上的积炭，气体从上部抽出经再生气换热器和烧焦进气进行换热，之后和氧氯化区尾气混合后进入再生冷却器进一步冷却，最后进入循环气碱洗塔。气体从碱洗塔上部抽出，经干燥器干燥后回到再生气循环压缩机入口，实现再生气体的循环。该循环回路中，再生气体中的氧含量控制通过在线氧含量分析仪调节净化风量或氯化气补入量实现。
从再生器下部焙烧段来的气体(主要是空气)抽出后与注入的有机氯混合，再经氯化电加热器加热后返回再生器的氧氯化区对催化剂进行氯化，氯化区出口气体经过脱氯罐后进入氯化气翅片管冷却器冷却，冷却后的气体小部分与再生循环气体混合，实现再生烧焦补氧，大部分放空。
焙烧介质为净化压缩空气，净化压缩空气经空气压缩机升压、冷却、空气罐、空气干燥系统吸水干燥和焙烧电加热器加热升温后进入焙烧段，对催化剂进行焙烧，然后全部气体进入氯化气体循环回路中。
图 2为重整装置B的工艺流程，经碱洗、干燥后的再生气由再生气循环压缩机升压，经再生气换热器与烧焦尾气进行换热，然后由再生气电加热器升温，最后进入一段烧焦区，在径向床层中与催化剂顺流接触反应。二段烧焦空气由空气压缩机提供，与一段烧焦尾气混合后一起进入二段烧焦区，以烧去催化剂上残余的焦炭。二段烧焦再生气冷却后去碱洗罐。再生气循环压缩机出口的另一路再生气与氯化气换热，一部分经氧氯化气电加热器加热至520 ℃后进入再生器氧氯化区，另一部分与增压后的部分纯空气混合并经焙烧气电加热器加热至530 ℃后进入干燥区。干燥气体与催化剂轴向逆流接触，脱除催化剂中所含水分，然后向上进入氧氯化区。氧氯化区尾气与烧焦尾气混合经水冷器去碱洗罐。碱洗后的再生气经再生循环气干燥器、再生循环气过滤器送入再生气循环压缩机。再生所需的空气由空气压缩机提供，一部分进入二段烧焦区，其余部分与部分再生气混合后进入干燥区。
国产技术再生气体和IFP技术再生气体均采用“干、冷”循环，在再生气循环回路中设置了干燥器，烧焦过程中生成的水气在干燥过程中被脱除，进入再生器烧焦区的水体积分数小于50 μL/L，每次烧焦过程中生成的水分约2 000 μg/g。因此，在烧焦过程中与催化剂接触的气相中水含量很低，有效减缓了催化剂比表面积的下降速率，延长了催化剂的使用寿命[5]。同时，烧焦气、氧氯化气单独抽出，降低了装置设备材质的投资费用[6]。
国产技术和IFP技术的区别在于：国产技术采用的一段烧焦工艺大大降低了再生回路的复杂性，保证烧焦过程严格连续，可充分发挥设备的烧焦能力，增加装置的操作平稳度。此外，国产技术可以进行低炭烧焦，允许待生催化剂上的炭质量分数＜3%；干燥介质采用净化压缩空气。IFP技术采用二段烧焦，其再生器的烧焦安全性得到保证，避免了催化剂在氧氯化区进行烧焦，减少了催化剂和再生器内构件的损坏几率；二段烧焦气入口温度利用冷态再生气进行调节，相对于国产技术而言，IFP技术减少了1台电加热器；再生部分多余的干燥气体自氧氯化区出口进入烧焦区循环利用，故不适合低炭烧焦操作，其炭含量要求为3%~7%。再者，干燥介质为再生气和少量空气的混合气体，要求氧摩尔分数为8%~12%。
如表 6所示，IFP技术的操作压力、床层温度低于国产技术，由烧焦动力学可知，在催化剂中炭含量一定的条件下，要达到相同的烧焦速度，国产技术的烧焦反应速度略低于IFP技术，也就是说国产技术的催化剂再生效率低于IFP技术的催化剂再生效率[7]。此外，国产技术的烧焦区床层峰温高达570 ℃，而较低的烧焦峰温有利于保护催化剂的物理性能，可有效延长催化剂的使用寿命。再者，IFP技术采用的二段烧焦工艺的空气注入点在二烧床层入口处，其优点是可以实现差别化烧焦，即能够控制进入烧焦区的高炭催化剂在相对较低的氧含量下进行烧焦，而未完全烧净的焦炭能够通过调节二烧床层空气的注入量而彻底烧净，相较于国产技术而言，具有更大的操作可调节性。该工艺的不足在于：若积炭催化剂在二烧床层未彻底烧净，则存在积炭催化剂进入氧氯化区并导致再生器超温的风险。
为实现催化剂的连续再生，必须有1套提升系统，以满足催化剂在反应与再生部分之间的连续提升。国产技术与IFP技术的反应器均采用并列布置方式，并设置5个提升系统，反应器间的催化剂输送依靠氢气的提升加以实现。来自重整反应部分的待生催化剂，在第四反应器底部的四反下部料斗内，先经氮气置换出所携带的烃类，然后进入四反提升器。在提升器中，依靠氮气作为一、二次提升气将催化剂提升至再生器上部的分离料斗，然后经闭锁料斗的调节作用后依次进入烧焦区、氧氯化区、干燥(焙烧)区进行烧焦、氯化氧化及干燥(焙烧)。完成这3个步骤后的催化剂(称为再生催化剂)被提升至位于反应器顶部的还原室内，进行催化剂的氢气还原过程，该过程采用一段还原的方式，还原后的催化剂循环回到重整第一反应器。
国产技术与IFP技术在催化剂循环部分虽然较为相似，但二者仍存在一定的差异。相对于IFP技术采用的“有阀输送”技术而言，国产重整工艺中的“无阀输送”技术的闭锁料斗处于催化剂循环回路中的压力最低点，利用再生器上部的缓冲区作为闭锁料斗的高压区，通过专设的可编程逻辑控制器(PLC)控制3个气体阀，改变闭锁料斗变压区中的压力，使催化剂分批装入和卸出闭锁料斗变压区，从而完成将催化剂从低压向高压的输送，同时控制整个再生系统催化剂的循环量[8]。
该技术具有以下特点：
(1) 实现了催化剂由低压区向高压区的定量输送。
(2) 合理利用再生器，减少了闭锁料斗高压区的波动。
(3) 催化剂实现了严格的连续再生，避免了再生器内构件受损。
(4) 催化剂磨损减少20%以上，再生器框架总高度降低20%以上。
对于再生器底部的一、二次提升气，国产技术采用的是氢气，而IFP采用的是氮气。这主要是由于二者工艺上的差别造成的，国产技术中第一提升器直接提升至一反顶部的还原室，而IFP则提升至一反上部的第一上部料斗中，也就是说，国产技术减少了第一上部料斗的设置，节省了投资，但IFP技术更有利于催化剂循环的稳定操作。
国产技术在再生器顶部设置了淘析风机和粉尘收集器，而IFP技术不但在第一上部料斗顶部设置了淘析风机、翅片管冷却器以及粉尘收集器，还在再生器顶部也设置了1台粉尘收集器，且两台粉尘收集器的规格不同。重整装置A再生装置在生产中经常发生还原室的后路被催化剂粉尘堵塞的现象，且粉尘进一步进入到氢气增压机的吸气阀中，影响增压机的正常运行。为此，重整装置A在还原尾气流程中增加了1台粉尘收集器，并通过新加粉尘收集器定期卸载粉尘。而应用IFP技术的装置较少遇到催化剂粉尘堵塞还原气后路的情况，笔者认为，造成这种情况的原因除了IFP分级采用两台不同规格的粉尘收集器外，还与该装置第一提升器操作条件有关，因为第一提升器的操作温度大于420 ℃，提升气为氢气，催化剂在第一提升器中发生部分催化剂还原反应，过程中产生的催化剂粉尘随还原气进入还原室中，进而导致还原尾气后路不畅。
无论国产技术还是IFP技术，均设置了氮气隔离系统，将重整反应系统的氢、烃环境与催化剂再生器的氧气环境以及再生器的氧气环境与再生催化剂提升的氢气环境隔开，以提高装置运行的安全可靠性。但是在隔离系统的设置上，这两种技术采用了不同的控制方式，国产技术在氮气循环系统受到污染后将引起再生系统的冷停车，而IFP技术只需停掉四反底部密封及第一上部料斗密封，然后通过打开氮气补充阀进行氮气置换即可，大大增强了系统的操作稳定性。同时，IFP技术提升氮气为高温氮气，其余使用的全部为低温氮气；而国产技术的提升氮气是180 ℃的高温氮气。
重整催化剂是具有金属功能和酸性功能的双功能催化剂，在催化剂的烧焦过程中，不可避免会造成催化剂上氯的流失，流失的氯会导致再生气中含有大量的氯化物，直接排放将造成严重的环境污染。
国产技术和IFP技术的连续重整装置采用干、冷循环，再生循环气体和放空气体均设有脱氯系统。IFP技术采用碱洗脱氯技术，但碱洗工艺存在设备投资高、操作复杂、脱氯效果随装置运转时间增加变差、再生回路设备容易腐蚀、系统堵塞、含碱污水影响环境等问题[9]。考虑到上述问题，国产技术的超低压连续重整工艺包中再生循环气和放空气脱氯均采用固体脱氯剂脱氯技术。
针对连续重整再生气的特殊性质，西北石化研究院先后开发了T411Q和T412Q型再生气脱氯剂，其中T412Q是最新型的脱氯剂产品。与T411Q相比，具有氯容高、使用温度高、抗高水及二氧化碳影响等特点。目前，T411Q和T412Q型再生气脱氯剂均已经实现了工业应用。北京石油化工科学研究院则开发出了GL-1型重整再生气脱氯剂，并在天津石化公司和洛阳石化公司进行了工业化应用。在洛阳石化公司的应用结果表明，该脱氯剂脱氯性能好，能够满足再生气脱氯的要求，且具有不结块、易于拆卸的特点。
随着经济的快速发展，国家对安全卫生及环境保护的要求日趋严格。催化重整工艺过程高温、临氢且涉及部分有毒有害物料，因此，无论国产技术还是IFP技术均设置了严格的安全环保设施，如控制系统、紧急停车系统、安全联锁系统、密闭采样系统、火炬系统、粉尘密闭处理系统、泄漏检测及个人保护设施等。值得注意的是，国产技术开发了新型再生气体干燥器，采用二通阀组合与PLC控制方案，增加了系统的安全性。此外，由于国产技术采用无阀输送，使氧环境和氢、烃环境隔离，系统压力控制直接关系到装置的安全运行。因此，国产技术开发了专门的控制方案和安全联锁技术，主要包括系统压力控制、压差控制、催化剂料位控制、再生气氧含量控制及联锁保护系统。该系统可有效隔离氢和氧两种环境，确保催化剂输送控制精确及装置的本质安全。
连续重整装置的经济性对提高企业的经济效益起着重要的作用[10]，在讨论装置经济性时要综合考虑投资、成本、能耗等因素。其中，工程费用是连续重整装置建设投资中的主要部分，约占建设总投资的80%~85%，是影响投资高低的决定性因素。根据国内建设经验可知，采用国产技术可以节省大量的外汇投资及专利技术的使用费、工艺包费用、闭锁料斗控制系统的软、硬件费用、出国人员费用、外籍人员现场服务费等。此外，在装置规模、产品性质以及催化剂型号完全一致的情况下，国产技术的综合工程费用可少3%左右[11]。
催化重整装置的能耗与原料性质、产品质量、工艺技术、设备效率和装置规模有关，装置规模越小、原料性质越差、产品辛烷值越高、外送氢气压力越高，则能耗越高。通常，催化重整装置能耗最高的设备为加热炉、循环氢压缩机和重整氢增压机。国产技术的各项工艺指标达到世界先进水平，能耗水平低于同类装置。
中国石化连续重整技术的开发和成功应用，打破了国外公司的长期垄断局面。中国石化成为具有完全知识产权的连续重整技术专利商，在很大程度上掌握了连续重整技术竞争和发展的主动权，这对我国炼油二次加工及整体的技术进步具有重大意义，并将产生深远的影响。随着科学技术的不断进步，国产连续重整技术未来有望在降低反应压力、降低氢油比、提高反应温度、提升催化剂性能及节能降耗等方面不断完善与改进。当然，在技术发展过程中，也要及时掌握国外技术状况与发展趋势，充分吸收国外的先进经验，降低装置的投资和能耗，提高连续重整装置的经济效益。
2016, Vol. 44 Issue (6): 10-16
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