固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢原因分析及對策

段貴寶 馬芳偉（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

現(xiàn)階段，渣油加氫反應(yīng)器的類型主要有四種：固定床、沸騰床、懸浮床和移動床。與其它渣油加氫技術(shù)相比，固定床渣油加氫是比較成熟、應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，并且還具有投資成本低、運(yùn)用安全可靠等特征。所以在工業(yè)領(lǐng)域中，固定床渣油加氫技術(shù)占據(jù)了非常重要的位置。盡管這種技術(shù)有很多可取之處，但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器很容易出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象，并且這些結(jié)垢物還沉積在催化劑床層的頂部，這樣就導(dǎo)致催化劑床層頂部的壓力出現(xiàn)了增大的情況，從而引起裝置被迫停工撇頭。因此一定要對反應(yīng)器結(jié)垢的原因進(jìn)行具體的分析，并且還要針對實(shí)際出現(xiàn)的情況提出具體的解決對策。

1 固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢的原因

1.1 渣油自身的性質(zhì)

1.1.1 渣油中不飽和烴和瀝青質(zhì)含量比較高

從分析結(jié)果來看，固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢的原因很多，其中原料是一個主要的原因。由于渣油中含有比較多的不飽和烴，在對渣油進(jìn)行第二次摻煉加工的時候，渣油與氧氣在接觸的過程中很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，這樣會生成以膠質(zhì)形態(tài)為主的積炭物。這種膠質(zhì)形態(tài)物質(zhì)通過反應(yīng)器床層頂部的時候由于高溫形成積炭，這種積炭會在催化劑床層頂部不斷的堆積。同時由于含不飽和烴的原料在爐管等高溫環(huán)境下會快速的縮合結(jié)焦，從而形成碳粉顆粒，這些顆粒也會堆積在催化劑床層的表面。除此之外，由于原料中的瀝青質(zhì)具有不安定、高粘度以及高稠合度的特征，所以其在催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散速度慢以及催化劑在表面停留的時間比較長，并且在溫度相對較高的條件下，原料中瀝青質(zhì)就很容易發(fā)生熱裂化反應(yīng)，這樣就會使得催化劑表面的焦炭有所增加，從而降低催化劑床層空隙率。

1.1.2 渣油中攜帶有固體雜質(zhì)及鹽分

渣油中有很多固體雜質(zhì)，主要包括機(jī)械雜質(zhì)及焦粉等雜質(zhì)。同時由于一部分的雜質(zhì)顆粒粒徑比較小，其可以通過過濾器順利的進(jìn)入催化劑床層，并且這些顆粒主要集中在催化劑床層的上部。再者，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，當(dāng)渣油過濾器的性能和操作出現(xiàn)問題時，原料中的固體雜質(zhì)也可以順利的進(jìn)入反應(yīng)器，并且沉積在催化劑床層的上部，從而就導(dǎo)致了固定床渣油加氫反應(yīng)器出現(xiàn)了結(jié)垢的現(xiàn)象。渣油中的鹽分主要是鈉、鉀、鈣及鎂的氯化物，這些物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器后將會在催化劑頂部結(jié)垢，堵塞催化劑顆粒間通道造成床層壓降增加。

1.2 沉渣的生成

在反應(yīng)器中，由于渣油中含有比較多的芳烴，以膠質(zhì)為主，并且它具有溶解瀝青質(zhì)的特點(diǎn)，所以反應(yīng)器進(jìn)行加氫的過程中，膠質(zhì)加氫轉(zhuǎn)化的速度一定要比瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度快。同時在對膠質(zhì)組逐漸加氫的時候，膠質(zhì)的飽和度就要不斷的提高，并且使得膠質(zhì)對溶劑做起到的作用逐漸減小，這樣就會完全的打破瀝青質(zhì)和膠質(zhì)進(jìn)行溶解的平衡度，從而就造成了沉渣的生產(chǎn)。此外，瀝青質(zhì)的脫烷基還可以有效的降低瀝青質(zhì)的溶解度，這樣就從根本上促進(jìn)了瀝青質(zhì)的沉淀。

1.3 操作波動

1.3.1 循環(huán)氫流量波動

循環(huán)氫流量會受到很多因素的制約，主要包括：循環(huán)氫壓縮機(jī)吸、排氣閥故障等。如果發(fā)生了故障，就會直接影響循環(huán)氫流量，循環(huán)氫流量發(fā)生較大的波動，會造成氫油體積比較低的情況，從而就不能為油品提供良好的分散系，造成催化劑結(jié)焦。

1.3.2 流體分布不均

在工業(yè)領(lǐng)域中，固定床渣油加氫反應(yīng)器存在著比較嚴(yán)重的流體分配不均勻現(xiàn)象，這樣會造成催化劑床層局部出現(xiàn)過熱的情況，從而導(dǎo)致反應(yīng)器結(jié)垢。其中流體分配不均主要是液體分配盤設(shè)計(jì)的不到位、工藝操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻摹Ｋ栽跉錃獠蛔愕那闆r下，如果對液體分配不均勻，就會使得渣油在死角的地方積累逐漸生焦，從而堵塞催化劑床層。此外，在固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢之后，由于流體分布不均，導(dǎo)致其出現(xiàn)比較堅(jiān)硬的焦球。

1.3.3 裝置緊急停工

反應(yīng)器在運(yùn)行的時候，如果突然發(fā)生停電或者停機(jī)的情況，其中有一些突發(fā)情況需要很快的解決，但是一些突發(fā)情況的床層溫度不能夠得到很快的降低，就會使得催化劑出現(xiàn)快速結(jié)焦的現(xiàn)象。此外還有一部分的突發(fā)情況要采取緊急停工的方式對其進(jìn)行處理，并且要在比較短的時間內(nèi)處理完成進(jìn)行重新開工，這樣就會使得器壁上的穩(wěn)定物質(zhì)出現(xiàn)剝落的情況，從而沉淀積壓在反應(yīng)器床層上，造成催化劑粉碎。

2 固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢的對策

2.1 加強(qiáng)原料管理

其一，有效的解決反應(yīng)器出現(xiàn)結(jié)垢的問題，需要氮?dú)獾榷栊詺怏w保護(hù)作用下對原料進(jìn)行儲存；

其二，對上游設(shè)施設(shè)備的腐蝕問題進(jìn)行嚴(yán)格的控制，同時原料油儲存和運(yùn)輸?shù)臅r候，對容易發(fā)生腐蝕的位置要采用防腐蝕性比較好的材料，并且還要定期進(jìn)行與其相適應(yīng)防腐工作，這樣就可以有效的減輕由于設(shè)備腐蝕造成原料中的含鐵量增加；

其三，對鹽含量高的原料選用合適的脫鹽工藝。

2.2 強(qiáng)化原料過濾

原料過濾器質(zhì)量的好壞會直接影響固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢的情況，所以過濾器應(yīng)該首先濾除掉固體顆粒物。一般情況下，采用的過濾元件濾出的固體顆粒粒徑要控制在25μm以上。因此在實(shí)際的運(yùn)行生產(chǎn)過程中，需要加強(qiáng)原料過濾器操作維護(hù)工作。

2.3 提高催化劑床層空隙率

2.3.1 重視催化劑級配裝填

要想有效解決反應(yīng)器結(jié)垢的問題，必須要提高催化劑床層空隙率。通常情況下，都是采用在主催化劑的上部進(jìn)行分級裝填，但是由于裝填的數(shù)量、大小以及形狀不同，所以一定要根據(jù)從上到下，并且嚴(yán)格按照顆粒、活性以及孔隙率的大小進(jìn)行排列，從而有效的增加床層空隙率。同時保護(hù)劑的大小和活性必須要與催化劑相互匹配，如果不相互匹配保護(hù)劑與主催化劑進(jìn)行接觸的過程中就很容易出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象。

2.3.2 提高催化劑的裝填質(zhì)量

由于催化劑能夠延長裝置的運(yùn)行周期以及保護(hù)裝置操作的安全和穩(wěn)定具有非常重要的作用。所以催化劑裝填的時候，要保證其分布均勻，同時要確保其裝填密度。同時還要做好催化劑裝填之后的干燥工作，主要是除去催化劑中的多余水分，這樣防止水分突然氣化造成催化劑粉碎。

2.3.3 開發(fā)新型催化劑

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)有的催化劑已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，所以要不斷的開發(fā)新型催化劑。開發(fā)的新型催化劑一定要有很大的空間縫隙率或者是直徑孔，只有這樣才可以容納結(jié)垢物和原材料中的機(jī)械雜質(zhì)，并且還能夠使一部分的污染物質(zhì)沉積在保護(hù)劑的孔內(nèi)，從而就能夠防止反應(yīng)器床層壓降出現(xiàn)快速上漲的趨勢。例如：某公司利用催化劑的內(nèi)孔，開發(fā)出了球形保護(hù)劑KG-1，并且它具有特殊性的特征，所以它能夠快速的捕獲鐵垢和有機(jī)鐵以及能夠?qū)⒊练e物質(zhì)堆放在催化劑孔道內(nèi)部。

2.4 嚴(yán)格日常操作管理

其一，加強(qiáng)原料油過濾器在日常操作中的管理，盡量的降低固體顆粒雜質(zhì)，有效的避免其被帶入到反應(yīng)器中。

其二，首先要對溫度的分布情況進(jìn)行密切的關(guān)注和測試，然后要根據(jù)加工原料的具體屬性和催化劑的具體使用功能對反應(yīng)器的溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，這樣可以使得整個催化劑系統(tǒng)的活性成分都能夠得到均勻的發(fā)揮，從而就避免了一部分的床層出現(xiàn)負(fù)荷過大的情況。除此之外，還要對反應(yīng)器入口的溫度進(jìn)行嚴(yán)格詳細(xì)的控制，這樣就能夠避免第一層床層的頂部出現(xiàn)結(jié)焦的情況。

其三，有效的解決反應(yīng)器中結(jié)垢的問題，要盡量提高氫油體積比和氫純度，確保原料在催化劑床層的內(nèi)部能夠均勻的分布。同時還要盡可能的避免因?yàn)榱黧w分布不均勻，而出現(xiàn)的局部熱點(diǎn)。

其四，在對反應(yīng)器進(jìn)行日常管理中，一定要做好壓降的監(jiān)督和測試測工作，主要是由于加氫裝置在運(yùn)行生產(chǎn)的過程中，壓力降出現(xiàn)上升，就會造成循環(huán)氫流量下降，氫油比降低，原料分配變差。所以要連續(xù)的觀察監(jiān)測壓降的變化情況，并且還要根據(jù)實(shí)際的監(jiān)測結(jié)果對生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行及時的調(diào)整，有效的舒緩壓降的上升速率。

2.5 改進(jìn)工藝流程

對工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，從根本上可以防止反應(yīng)器在反應(yīng)的時候產(chǎn)生沉淀雜質(zhì)。同時還可以在雜質(zhì)原料中添加一定量的VGO等，這樣就可以合理的降低原料的粘黏度，也可以對催化裂化裝置的操作流程進(jìn)行改善。從目前的現(xiàn)狀來看，在我國石油公司開發(fā)出了渣油加氫與催化裂化相互聯(lián)合的優(yōu)化技術(shù)，其目的是防止裝置因?yàn)榉磻?yīng)器壓降太大而造成停工的可能，可以設(shè)置在線切除保護(hù)反應(yīng)器，其中當(dāng)系統(tǒng)壓力出現(xiàn)了大幅度下降或者上升的情況，首先對保護(hù)反應(yīng)器進(jìn)行在線切除；然后原料和氫氣從第一主反應(yīng)器上部進(jìn)入系統(tǒng)中，從而有效解決反應(yīng)器結(jié)垢的問題。

2.6 采用其它物理方法

在實(shí)際的操作過程中，除了采取以上的對策來解決固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢的問題，還可以利用微波、超聲波等技術(shù)來進(jìn)行反應(yīng)器結(jié)垢的處理。最近幾年，在國際范圍內(nèi)，很多研究學(xué)者針對重油加工和改質(zhì)的問題，提出相應(yīng)的措施和試驗(yàn)的工藝。同時由于鐵以及其化合物具有磁性強(qiáng)的特征，所以就可以充分的利用高梯度磁分離機(jī)來對石油中的鐵進(jìn)行吸附和分離。例如：日本某公司就是利用這一原理開發(fā)出了FEROSEP工藝，這樣可以去除掉常壓與減壓渣油中的細(xì)顆粒以及鐵污染物，從而就能夠有效的幫助反應(yīng)器處理鐵污染引起的故障。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，在我國范圍內(nèi)，由于人們對輕質(zhì)油的需求量不斷增加，所以固定床渣油加氫技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗哂型顿Y成本低、運(yùn)用安全可靠、簡單方便等特征。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器內(nèi)部的催化劑床層由于受到原料性質(zhì)、生成沉渣等因素的制約，就容易出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象，所以必須要加強(qiáng)對原料的管理，并且還要有效的提高催化劑床層的空隙率以及改進(jìn)工藝流程等，這樣才能有效的抑制反應(yīng)器結(jié)垢，從而延長裝置的運(yùn)行周期，促進(jìn)石油石化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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