[发明专利]一种预测煤焦油加氢催化剂寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用煤焦油加氢失活动力学预测加氢催化剂寿命的方法，属于煤化工技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济迅猛发展，国内油气一次能源不足，我国对国外石油消费依赖突破55%，石油安全形势不容乐观。我国年副产煤焦油约1700万吨，采用煤焦油加氢生产汽、柴油等燃料油，对替代我国部分石油资源具有重要的现实和战略意义。

失活动力学的研究应用广泛，可以有效的将反应工艺条件与催化剂活性变化关联在一起，方便快捷的预测催化剂的活性，评估催化剂的寿命。造成催化剂失活的因素众多，动力学的建立也较为复杂，其反应速率不仅取决于温度、压力等工艺条件，还需考虑催化剂活性变化函数，不同的失活机理其所采用的模型区别明显，Delmon [Delmon B, Froment G F.Catalyst deactivation[M]. Amsterdam: Elsdiver Science Press,1998] 将失活动力学的基础模型总结为四大类（见表1）。

大部分的失活方式（如：异构化反应、催化裂化反应等）均归属于独立失活模型，根据不同的反应级数划分为线性、指数型、双曲线型、幂函数倒数、Vcorhies方程。煤焦油加氢催化剂失活机理复杂，鉴于目前失活动力学模型形式繁多，选取适宜模型类型对煤焦油催化剂失活的研究有着重要的意义。

目前关于催化剂失活动力学方面的研究主要应用于沸腾床、流化床型的催化剂失活过程，而固定床加氢催化剂的失活则研究甚少，且原料多为石油重质馏分油。翁延博等（石油学报(石油加工),2010, 10S(1):37-40）建立了基于5000h的渣油固定床加氢过程渣油失活动力学模型，将各工艺参数随时间对杂原子的脱除率进行了关联，该模型可用于预测不同工况下的杂原子的脱除率，以及在恒定脱除率下，各个工艺参数的相互影响。董凯等（石油炼制与化工. 2009, 40(7):29-30）对柴油深度脱硫催化剂采用动力学方法进行寿命预测，选取催化剂中期失活阶段500~1000h的数据作为模型基础，将失活速率常数与产品密度、90%馏出温度、芳烃含量进行了关联，模拟结果显示，在高活性下运转的催化剂其失活速度较快。姚立松等（石油炼制与化工,2009,40(8):27-30）根据工业渣油加氢脱硫装置的实际工作数据，建立出催化剂失活模型，该模型根据原料性质、空速来预测需要达到目标脱硫率时所需的反应温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用煤焦油加氢失活动力学模型来预测加氢催化剂寿命的方法。通过对煤焦油加氢装置实测数据的归纳拟合，建立出一套适用于中低温煤焦油加氢催化剂失活过程的动力学模型，并利用所建立的动力学模型对催化剂寿命进行预测，可以直观反应出催化剂失活过程的本质，指导工艺进行相应的调整，从而保障产品生产的质量。

本发明的目的是这样实现的：

一种预测煤焦油加氢催化剂寿命的方法，包括以下步骤：

（1）催化剂失活程度最大影响因素的选取

在空速0.3～0.6 h^-1，反应压力12～16 MPa，催化剂床层温度633K～673K的条件下进行7组煤焦油加氢实验，得到产品油的氮含量、硫含量、汽柴油总收率、产品油的密度实验数据；将此7组数据进行均值化变换计算出产品油性能的关联度矩阵，从矩阵中选取对催化剂活性变化最为敏感的指标即产品油的氮含量，以此指标作为考察催化剂失活程度的影响因素，进行煤焦油加氢催化剂失活动力学方程的建立；

（2）煤焦油加氢催化剂失活动力学模型的建立及催化剂寿命预测

煤焦油加氢催化剂失活动力学方程为：

式中：

n——反应级数，无因次；              β——失活级数，无因次；

k₀——Arrhenius方程的指前因子；      E——反应的表观活化能，J·mol^-1；

T——反应温度，K；                  R——普适因子，8.314J·mol^-1·K^-1)；

LHSV——液体体积空速，h^-1；          a——空速修正指数，无因次；