加氫精制催化劑預(yù)硫化的影響因素

張紹楚

摘要：目前，我國(guó)的工業(yè)化建設(shè)力度不斷加大，通過(guò)研制不同性質(zhì)的催化劑來(lái)進(jìn)一步提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。在加氫裝置使用前，需要通過(guò)對(duì)加氫催化劑進(jìn)行預(yù)硫化來(lái)提高催化劑的性能，進(jìn)而提高反應(yīng)過(guò)程的催化效果，為生產(chǎn)過(guò)程增加產(chǎn)量，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。但是，在加氫催化劑進(jìn)行預(yù)硫化時(shí)，受到多方面因素的影響，為了實(shí)現(xiàn)最佳的硫化效果，必須采取合理的控制手段。本文針對(duì)加氫精制催化劑預(yù)硫化的方法以及過(guò)程中的影響因素進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：加氫精制;催化劑;預(yù)硫化;影響因素

引言

目前，我國(guó)正在不斷加大對(duì)石油生產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管力度，并且提出了更加嚴(yán)格的環(huán)?；蟆＜託渚拼呋瘎┛梢杂行岣哂推返馁|(zhì)量，從而降低石油生產(chǎn)過(guò)程對(duì)地球生態(tài)環(huán)境的污染程度。經(jīng)過(guò)預(yù)硫化處理的加氫精制催化劑具有較高的活性，同時(shí)穩(wěn)定程度高，能夠進(jìn)一步提高反應(yīng)過(guò)程的速率，從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的催化效果。然而，預(yù)硫化處理的過(guò)程比較復(fù)雜，且受到多種因素影響，需要不斷優(yōu)化預(yù)硫化過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的預(yù)硫化效果，同時(shí)為加氫裝置的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

一、加氫精制催化劑的預(yù)硫化及其反應(yīng)原理

目前，由于工業(yè)生產(chǎn)的任務(wù)量不斷增加，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染程度也在不斷加大，導(dǎo)致了一系列污染事故，嚴(yán)重打破了地球的生態(tài)平衡。因此，全球加大了環(huán)保宣傳的力度，提高了石油生產(chǎn)行業(yè)的環(huán)保要求。加氫精制催化劑可以有效處理油品中的雜原子，使產(chǎn)品的成分含量符合相關(guān)要求，同時(shí)保證油品的質(zhì)量，對(duì)環(huán)境壓力的緩解有極其重要的作用。

1 加氫精制催化劑預(yù)硫化

在投入生產(chǎn)應(yīng)用前，載體上的加氫精制催化劑活性成分主要是以氧化物的形態(tài)進(jìn)行分布的，活性較低，且具有不穩(wěn)定的特性。因此，通過(guò)對(duì)加氫精制催化劑進(jìn)行硫化，可以使金屬的存在形式從氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧铮M(jìn)而提高加氫精制催化劑的活性，同時(shí)穩(wěn)定性也得到了一定程度的提高，且活性提高程度與硫化過(guò)程的硫化度呈正相關(guān)。因此，為了提高催化過(guò)程的效果，需要對(duì)催化劑進(jìn)行硫化。加氫過(guò)程中，原油中所含有的硫化物成分會(huì)對(duì)催化劑進(jìn)行硫化作用，實(shí)現(xiàn)活性的提高，但是由于硫化物成分的含量較少，且反應(yīng)的條件不能夠完全滿(mǎn)足硫化過(guò)程的要求，導(dǎo)致催化劑的硫化并不完全。因此，需要在加氫反應(yīng)前進(jìn)行預(yù)硫化處理，以實(shí)現(xiàn)催化劑的充分硫化，最終提升催化反應(yīng)過(guò)程的效率。

2 加氫精制催化劑的預(yù)硫化反應(yīng)原理

在加氫精制催化劑的預(yù)硫化過(guò)程中，主要涉及到兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程，首先是發(fā)生在反應(yīng)器入口位置的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物分別為硫化劑與氫氣，生成物分別為H2S和CH4，反應(yīng)過(guò)程中釋放一定的熱量。其次是在各個(gè)床層中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物分別為催化劑中的金屬氧化物成分和硫化氫，生成物為金屬成分的硫化態(tài)，同樣的，反應(yīng)過(guò)程中也釋放了一定的熱量。在整個(gè)預(yù)硫化的過(guò)程中所使用的硫化物為DMDS。

二、預(yù)硫化的技術(shù)方法

為了得到活性更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)的加氫精制催化劑，需要針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程對(duì)催化劑進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)硫化處理。為了進(jìn)一步提升加氫精制催化劑的性能，并延長(zhǎng)使用周期，國(guó)內(nèi)外的研究者們正在加大預(yù)硫化技術(shù)的研究力度，使預(yù)硫化技術(shù)得到了多個(gè)層面的探究，目前已經(jīng)收獲了較為明顯的成果。

1 器內(nèi)預(yù)硫化方法

器內(nèi)預(yù)硫化方法的主要處理場(chǎng)所是反應(yīng)器，將待處理的加氫精制催化劑輸送到反應(yīng)器中，通過(guò)對(duì)反應(yīng)器中通入H2和硫化物來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)硫化處理，同時(shí)要注意控制過(guò)程中的反應(yīng)溫度。根據(jù)預(yù)硫化過(guò)程中的硫化劑通入的形式不同，可以將器內(nèi)預(yù)硫化分為氣相和液相兩種方式。氣相預(yù)硫化主要是直接通入硫化劑，在H2不斷循環(huán)的條件下進(jìn)行預(yù)硫化處理。而主要是以硫化油為載體將硫化劑帶入到反應(yīng)的裝置中，并在H2不斷循環(huán)的條件下進(jìn)行預(yù)硫化處理。

2 器外預(yù)硫化方法

器外預(yù)硫化方法與器內(nèi)預(yù)硫化方法的區(qū)別在于催化劑和硫化劑的結(jié)合場(chǎng)所不同，器外方法主要是在裝入反應(yīng)器之前便將催化劑與硫化劑相互結(jié)合，然后再一起裝進(jìn)反應(yīng)器中，通過(guò)控制溫度和H2的通入來(lái)實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程的開(kāi)啟和停止，提高了整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的效率。在應(yīng)用器外預(yù)硫化方法時(shí)，常常采用單質(zhì)硫作為預(yù)硫化過(guò)程中的硫化劑。

三、加氫精制催化劑預(yù)硫化的影響因素分析

在加氫精制催化劑的預(yù)硫化處理過(guò)程中，硫化的最終效果受到多個(gè)方面因素的影響。主要包括預(yù)硫化期間的控制溫度、系統(tǒng)壓力、硫化時(shí)間以及H2的純度、H2S的濃度等。下面分別對(duì)這幾個(gè)影響因素進(jìn)行分析。

1 預(yù)硫化過(guò)程的控制溫度

在預(yù)硫化處理的過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)器中的溫度，確保整個(gè)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。常態(tài)情況下，硫化劑DMDS會(huì)在溫度達(dá)到200℃以后會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，但是反應(yīng)器中的催化器和H2會(huì)對(duì)硫化劑的分解溫度產(chǎn)生一定的影響，因此需要將硫化劑DMDS最初的注入溫度設(shè)置為175℃。此外，要將反應(yīng)器中的床層溫度控制在230℃以下，避免催化劑在無(wú)H2S的環(huán)境中被H2還原，導(dǎo)致金屬態(tài)催化劑的產(chǎn)生，進(jìn)而影響預(yù)硫化的處理。整個(gè)硫化的反應(yīng)主要是在230℃-290℃的溫度范圍內(nèi)完成的，在290℃及以上的升溫過(guò)程中，對(duì)殘留的催化劑進(jìn)行充分的硫化，直至溫度達(dá)到350℃。

2 預(yù)硫化過(guò)程的系統(tǒng)壓力

隨著預(yù)硫化的反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行，反應(yīng)器中的氣壓不斷的減小，反應(yīng)的速率逐漸減慢，并且反應(yīng)只停留在催化劑的表層。為了提高反應(yīng)的速率，增加反應(yīng)的充分程度，需要控制系統(tǒng)的硫化壓力。通過(guò)增加系統(tǒng)壓力，可以使反應(yīng)深入到催化劑的內(nèi)部，有利于反應(yīng)物之間充分接觸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)催化劑的完全硫化。同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步提高催化劑表面位置上的硫化物分解速率。

3 預(yù)硫化過(guò)程的硫化時(shí)間

預(yù)硫化過(guò)程的硫化時(shí)間直接決定著催化劑的硫化效果，因此為了得到活性更強(qiáng)的加氫催化劑，需要對(duì)硫化的時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格的控制。硫化的時(shí)間主要與硫化溫度、溫度上升的速率以及H2的濃度等因素相關(guān)，因此需要對(duì)硫化過(guò)程的溫度進(jìn)行合理控制來(lái)達(dá)到最佳的硫化時(shí)間。此外，硫化的效果并不是隨著硫化時(shí)間的增加而不斷增強(qiáng)，一旦達(dá)到上升瓶頸，應(yīng)通過(guò)合理控制其他影響因素來(lái)進(jìn)一步提高硫化度。

4 預(yù)硫化過(guò)程H2的純度

在預(yù)硫化過(guò)程中，主要的反應(yīng)物H2是不斷被消耗的，且隨著硫化反應(yīng)的進(jìn)行H2純度也在不斷的降低。為了使整個(gè)硫化過(guò)程保持較高的硫化度，需要全程保證H2的純度。在硫化處理設(shè)定初始的反應(yīng)條件時(shí)，需要將最新輸入的H2純度設(shè)置為95%以上，將循環(huán)H2純度設(shè)置為80%以上。

5 預(yù)硫化過(guò)程H2S的濃度

化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物的濃度有關(guān)，在預(yù)硫化處理過(guò)程中，主要的反應(yīng)物包括H2S，而H2S的濃度主要取決于硫化劑DMDS的輸入量。因此，為了實(shí)現(xiàn)更高的反應(yīng)速率，需要加大DMDS的輸入量來(lái)提高H2S的濃度，但是當(dāng)H2S的濃度增加到一定程度時(shí)，反應(yīng)的速率會(huì)呈現(xiàn)出不再增加的穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)立即停止H2S的濃度的增加。此外，反應(yīng)速率過(guò)快會(huì)導(dǎo)致局部放熱而溫度過(guò)高，進(jìn)而造成反應(yīng)器產(chǎn)生飛溫的狀況，存在安全隱患。

結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)活性更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)的加氫精制催化劑，需要采用合適的方法對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)硫化處理。在處理的過(guò)程中，存在諸多影響因素，需要合理控制反應(yīng)過(guò)程的溫度和系統(tǒng)壓力，科學(xué)設(shè)置硫化時(shí)間，嚴(yán)格增減反應(yīng)物的濃度，實(shí)現(xiàn)預(yù)硫化過(guò)程反應(yīng)條件的有效控制，達(dá)到最佳的硫化效果，進(jìn)而提高加氫精制催化劑的活性和使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

【1】史開(kāi)洪. 加氫精制裝置技術(shù)問(wèn)答[M]. 濟(jì)南： 中國(guó)石化出版社， 2017（01）.

【2】付晶晶. 加氫精制催化劑預(yù)硫化的影響因素[J]. 中國(guó)化工貿(mào)易， 2019（6）：234.

【3】丁伯強(qiáng). 加氫精制催化劑器外預(yù)硫化技術(shù)研究[D]. 大慶石油學(xué)院， 2005.