重生催化剂助力能源转型

在距离美国南部城市小石城市中心15分钟车程的一间仓库里，一群来自赢创旗下Porocel的化学工程师正在向“气候变化”发起挑战：他们开发的一项全新技术有望助力能源行业减少温室气体排放，并为发展循环经济铺平道路。

这一最新变革的核心在于催化剂，它可以帮助炼油厂在加氢工艺中去除石脑油、汽油或柴油等原油产品中的硫或氮。此外，这项技术也适用于植物油等生物基原料。

赢创催化剂业务线美洲地区研发与创新负责人Jim Seamans表示：“能源转型已成为催化剂行业的关注重点。过去，我们主要关注新的脱硫方法及工艺的安全性。现在，公众希望化工行业能够在应对气候变化方面有所作为。我们需要找到方法，改变一个以化石燃料为基础的行业，更少地使用石油，更多地使用可再生原料。”

Seamans正积极为这一转型贡献力量。他和他的同事，赢创德国加氢处理（HPC）催化剂和服务部经理Guillaume Vincent，共同发明了一项独特的技术，该技术可以“重生”各种用过（即“失活”）的催化剂。这些催化剂经过处理后，可以拥有和全新品一样的性能表现，有时甚至更好。

赢创催化剂业务线美洲地区研发与创新负责人Jim Seamans是这项催化剂重生新技术的共同发明者。

如何重新激活贵金属

Seamans和Vincent将这项技术命名为Excel® 催化剂重生技术。该技术可减少淘汰用过的催化剂，或从催化剂中回收贵金属，从而大大减少自然资源的消耗以及废物和温室气体的排放。随着能源行业加快可持续转型，对再生技术的需求有望大幅增长。

催化剂重生的概念并不新颖，但赢创的技术有其独特之处：它适用于不同公司的各类催化剂。Vincent表示：“我们想开发一项完全独立的催化剂重生技术，”其目的是为了满足全球各地客户的需求。Porocel公司成立于1937年，是Atlantic Richfield公司和新泽西州标准石油公司的合资企业，于2020年被赢创收购。目前，Porocel在新加坡、卢森堡、加拿大和美国设有催化剂再生的生产基地。“我们需要在当地设厂，因为我们处理的是当地炼油厂失活的催化剂，贴近客户将大大提高服务的便利性。”Seamans说。

多彩的解决方案

在赢创小石城催化剂再生测试中心里，排列整齐的测量罐和样品容器里装满了蓝色、白色、绿色、黑色和米色的催化剂，有长有短，像工艺品商店里卖的石子或珠子一样。这些五颜六色的颗粒是混合在一起的“活性”金属（如钼、钨、镍或钴）颗粒，压在一个像干海绵那样多孔的氧化铝“载体”上。

这个白色的陶瓷氧化铝基座位于管状反应器的底部，上面堆叠了一层层的金属颗粒。在金属颗粒堆起来的塔顶，还有其他珠状物。它们的作用是吸附炼油过程中产生的有毒物质，如焦化石脑油中的硅或一些原油中的砷。

原油衍生物流经反应器，并通过金属催化剂，从而实现去除硫和氮的效果。但经过一段时间后，催化剂的效率就会下降。富含硫和碳的石油焦也会堵塞孔隙，导致原油中的含硫化合物接触不到活性点，催化剂即“失活”了。

“魔法”发生的地方

此时，炼油厂可以选择用新的催化剂替换废旧的催化剂或者复原催化剂的活性，而后者可以节省高达70%的费用。如果一个炼油厂在催化剂上花费50万美元，这就意味着节省35万美元。

Excel®重生技术共有两个步骤：第一步将催化剂内的硫和碳沉积物缓慢地烧掉，即“再生”。这种传统的催化剂再生方法能将其活性恢复到原始活性的65%-85%左右。然而，它不能完全复原催化剂的活性，因为下层的金属颗粒仍堆叠在一起。因此需要采用第二步，即真正的“重生”，让催化剂的活性恢复到接近全新催化剂的水平。它的原理是向“再生”后的催化剂添加一种由赢创开发的分子产品，使金属颗粒的分布恢复正常状态。这一“魔法”在一个圆形的钢制容器内发生，容器看起来像一个巨大的酒壶，被称为“浸渍桶”。酸性溶液被喷洒在氧化铝载体上，并被其孔隙吸收，从而将金属颗粒溶解在其中。

左：在浸渍过程中，从原油中去除硫的活性金属（如钼）溶解在特殊溶液中，并重新分布在其催化剂“载体”上。右：被焦炭和硫烧黑的废催化剂。新鲜催化剂有各种不同的颜色。

最后，将处理过的催化剂铺在不锈钢带上干燥。这个过程会使金属重新分布，接近其原始状态。有时金属重新分布的效果超过了原始分布的效果，因此重生催化剂的活性甚至会高于其原始活性。而重生的催化剂的颗粒往往更短一些。

宏伟蓝图

Excel®技术于五年前正式进入市场——对这催化剂市场而言还是时间很短。研发与创新负责人Seamans认为：“未经验证的新技术面临着非常大的阻力。”如果催化剂存在失效的可能，对于炼油厂而言就意味停产风险，导致高昂的损失。

“好在，Excel®技术已成功被100多家炼油厂采用。当然我们仍需要说服更多客户相信我们的技术是可行、可靠的。” 今年，Seamans和他的团队计划通过发布数据来印证Excel®技术在不同操作条件（温度、压力或原料类型）下的性能。

Excel®技术的潜在客户不仅包括大型跨国炼油公司，还有一些小型独立炼油厂，以及中东、印度和亚洲其它地区的国营炼油厂。

Excel®技术的未来不会局限于化石燃料。目前，原油精炼厂也在积极地从石油转向可再生能源。Seamans表示：“生物基原料的前景仍不明朗，现在大多数燃料仍然来自石油基原料。”但可再生燃料的市场份额正在不断增加。Seamans估计，到2030年，可能有多达20%的燃料来自生物基原料。“这绝对是一个飞速增长的市场。当然，我们首要目标还是实现Excel®技术在石油基市场的发展潜力。”