加氫催化劑器外真硫化反應(yīng)器國際首創(chuàng)

2月10日，一項(xiàng)石油煉化領(lǐng)域的重要成果在北京首次公開——由石油化工科學(xué)研究院牽頭完成的“硫化反應(yīng)環(huán)境精準(zhǔn)控制的加氫催化劑真硫化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目順利通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。

由中國工程院院士曹湘洪，中國科學(xué)院院士段雪、張濤、徐春明，以及來自中國石油、中國石化企業(yè)界的煉油專家和各大高校的學(xué)者組成的鑒定委員會(huì)，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技項(xiàng)目處處長趙明、項(xiàng)目主管邢雪健，石科院院長李明豐、研究室主任劉鋒以及來自參研單位的業(yè)內(nèi)專家代表參加了鑒定會(huì)。鑒定委員會(huì)一致認(rèn)定：加氫催化劑器外真硫化反應(yīng)器屬國際首創(chuàng)，成果整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，將為我國石化行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

又一項(xiàng)技術(shù)瓶頸被國內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)突破，曾經(jīng)困擾行業(yè)的“老大難”問題如今正逐一被破解。

行業(yè)矚目的硫化處理難題

加氫技術(shù)是提升油品質(zhì)量的關(guān)鍵手段，而加氫催化劑的性能直接影響加氫效果。長期以來，含Co、Mo、Ni、W金屬的硫化物是煉油加氫催化劑的主要活性物質(zhì)，加氫催化劑在制備過程中影響其性能發(fā)揮的關(guān)鍵之一在于金屬氧化物向金屬硫化物轉(zhuǎn)變生成活性相的過程。因此，硫化反應(yīng)過程的研究及控制是目前國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。

現(xiàn)階段，加氫催化劑的硫化主要在加氫反應(yīng)器內(nèi)完成，不僅占用了加氫裝置的開工時(shí)間，給現(xiàn)場硫化帶來安全環(huán)保問題，器內(nèi)硫化還會(huì)受到現(xiàn)場條件限制無法實(shí)現(xiàn)活性相的可控合成，進(jìn)而影響催化劑的加氫活性。

石油化工科學(xué)研究院加氫催化劑研究室副主任劉鋒表示，要實(shí)現(xiàn)對加氫催化劑硫化反應(yīng)過程的精準(zhǔn)控制，目前主要有三大技術(shù)難題：一是對硫化過程及活性金屬硫化行為的系統(tǒng)性認(rèn)識不足，導(dǎo)致硫化過程活性相結(jié)構(gòu)的不可控生長；二是不同的加氫反應(yīng)場景需要具有特定活性相結(jié)構(gòu)的催化劑，而現(xiàn)有的硫化技術(shù)不具備實(shí)現(xiàn)可控合成目標(biāo)活性相結(jié)構(gòu)的全部條件，并且采用的硫化設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)溫度和氣氛濃度等工藝參數(shù)的精準(zhǔn)控制，導(dǎo)致硫化效率和產(chǎn)品質(zhì)量低等問題；三是硫化態(tài)催化劑在空氣中易自熱，給包裝、運(yùn)輸、存儲和裝填帶來安全隱患。

在此背景下，器外真硫化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這是一種在催化劑生產(chǎn)時(shí)，將氧化態(tài)催化劑加工為真硫化態(tài)催化劑的技術(shù)。煉化企業(yè)采購真硫化態(tài)催化劑后便可直接使用開工，無需再硫化處理，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相較于傳統(tǒng)技術(shù)都具有顯著優(yōu)勢。

讓反應(yīng)精準(zhǔn)控制成為可能

然而瓶頸突破的背后，是一場需要研究團(tuán)隊(duì)跋涉于多個(gè)省市之間、攻關(guān)十余年的持久戰(zhàn)。

地處北京的石科院聯(lián)合淄博市臨淄恒興化工廠有限公司、中國石油化工股份有限公司安慶分公司、中國石油化工股份有限公司齊魯分公司、中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司、中國石油化工股份有限公司滄州分公司、中國石油天然氣股份有限公司哈爾濱石化分公司、中國科學(xué)院過程工程研究所、中國石化催化劑有限公司等9家單位聯(lián)手合作，發(fā)明出了新型硫化反應(yīng)器系統(tǒng)，并把它從實(shí)驗(yàn)室?guī)У缴a(chǎn)一線。

劉鋒介紹說，項(xiàng)目聚焦加氫催化劑硫化反應(yīng)過程精準(zhǔn)控制難點(diǎn)，逐一突破。在基礎(chǔ)研究方面，團(tuán)隊(duì)揭示了加氫催化劑活性金屬硫化行為的演變規(guī)律，闡明了不同金屬間的協(xié)同硫化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了硫化助劑對硫化行為的調(diào)節(jié)作用，提出了可控調(diào)節(jié)活性金屬協(xié)同硫化的創(chuàng)新策略，取得了加氫催化劑真硫化基礎(chǔ)研究的新認(rèn)識。在反應(yīng)控制方面，團(tuán)隊(duì)研制了新型硫化反應(yīng)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了硫化條件的靈活精準(zhǔn)控制以及硫化溫度、硫化氣氛的均勻和物料分布的均勻；針對硫化氫介質(zhì)反應(yīng)器開發(fā)的密封結(jié)構(gòu)，確保了在高濃度硫化氫介質(zhì)條件下的安全生產(chǎn)；針對多金屬硫化行為及各類氧化態(tài)催化劑物化性質(zhì)的差異，開發(fā)了基于硫化反應(yīng)環(huán)境精準(zhǔn)匹配的多金屬協(xié)同硫化的器外真硫化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各類型催化劑活性相結(jié)構(gòu)的可控合成，提升了催化劑性能。值得一提的是，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了硫化態(tài)催化劑表面鈍化技術(shù)，使硫化態(tài)催化劑在空氣環(huán)境中能夠安全包裝、運(yùn)輸、存儲和裝填。

通過對設(shè)備、工藝及安全技術(shù)等方面的創(chuàng)新，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建起了硫化反應(yīng)環(huán)境精準(zhǔn)控制的加氫催化劑器外真硫化技術(shù)平臺，技術(shù)水平國際領(lǐng)先。

經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著提升

據(jù)了解，在攻關(guān)階段，淄博市臨淄恒興化工廠有限公司就率先采用石科院牽頭開發(fā)的加氫催化劑器外真硫化技術(shù)，投資建成的首套基于新型反應(yīng)器的加氫催化劑器外真硫化工業(yè)生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)固定床器外硫化技術(shù)提升一倍以上。

“器外真硫化技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)效益突出顯著，可以使加氫裝置開工過程的主要操作步驟減少40%以上，縮短開工時(shí)間，節(jié)省開工費(fèi)用，讓煉化企業(yè)可實(shí)現(xiàn)早投產(chǎn)、早產(chǎn)出、早盈利。”石油化工科學(xué)研究院加氫催化劑研究室副主任劉鋒表示，“而且這項(xiàng)技術(shù)更安全、更綠色。通過技術(shù)升級取消加氫催化劑硫化過程，開工過程不產(chǎn)生硫化氫，無需在開工階段采集和分析高濃度硫化氫氣體，也無需采購、存儲和使用硫化劑；也不產(chǎn)生酸性氣、酸性水和硫化廢油，無需考慮后續(xù)排放問題，裝置現(xiàn)場無臭味，從根本上去除了現(xiàn)有的安全隱患?！?/p>

目前，該技術(shù)生產(chǎn)的真硫化態(tài)催化劑已在國內(nèi)76套次加氫裝置中成功應(yīng)用，顯著簡化了加氫裝置開工流程，縮短開工時(shí)間2—5天，并消除了器內(nèi)硫化過程的“三廢”排放問題，催化劑性能更優(yōu)，且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。該成果已獲國家發(fā)明專利授權(quán)28件，發(fā)表論文24篇，形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。