固定床渣油加氫反應器結垢原因分析及對策

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,內蒙古 鄂爾多斯 017209）

現(xiàn)階段，渣油加氫反應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相比，固定床渣油加氫是比較成熟、應用比較廣泛的技術，并且還具有投資成本低、運用安全可靠等特征。所以在工業(yè)領域中，固定床渣油加氫技術占據(jù)了非常重要的位置。盡管這種技術有很多可取之處，但是在實際的生產過程中，反應器很容易出現(xiàn)結垢的現(xiàn)象，并且這些結垢物還沉積在催化劑床層的頂部，這樣就導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。因此一定要對反應器結垢的原因進行具體的分析，并且還要針對實際出現(xiàn)的情況提出具體的解決對策。

1 固定床渣油加氫反應器結垢的原因

1.1 渣油自身的性質

1.1.1 渣油中不飽和烴和瀝青質含量比較高

從分析結果來看，固定床渣油加氫反應器結垢的原因很多，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，這樣會生成以膠質形態(tài)為主的積炭物。這種膠質形態(tài)物質通過反應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擴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，原料中瀝青質就很容易發(fā)生熱裂化反應，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及鹽分

渣油中有很多固體雜質，主要包括機械雜質及焦粉等雜質。同時由于一部分的雜質顆粒粒徑比較小，其可以通過過濾器順利的進入催化劑床層，并且這些顆粒主要集中在催化劑床層的上部。再者，在實際的生產過程中，當渣油過濾器的性能和操作出現(xiàn)問題時，原料中的固體雜質也可以順利的進入反應器，并且沉積在催化劑床層的上部，從而就導致了固定床渣油加氫反應器出現(xiàn)了結垢的現(xiàn)象。渣油中的鹽分主要是鈉、鉀、鈣及鎂的氯化物，這些物質進入反應器后將會在催化劑頂部結垢，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

在反應器中，由于渣油中含有比較多的芳烴，以膠質為主，并且它具有溶解瀝青質的特點，所以反應器進行加氫的過程中，膠質加氫轉化的速度一定要比瀝青質轉化的速度快。同時在對膠質組逐漸加氫的時候，膠質的飽和度就要不斷的提高，并且使得膠質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和膠質進行溶解的平衡度，從而就造成了沉渣的生產。此外，瀝青質的脫烷基還可以有效的降低瀝青質的溶解度，這樣就從根本上促進了瀝青質的沉淀。

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，造成催化劑結焦。

1.3.2 流體分布不均

在工業(yè)領域中，固定床渣油加氫反應器存在著比較嚴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，從而導致反應器結垢。其中流體分配不均主要是液體分配盤設計的不到位、工藝操作不當?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器結垢之后，由于流體分布不均，導致其出現(xiàn)比較堅硬的焦球。

1.3.3 裝置緊急停工

反應器在運行的時候，如果突然發(fā)生停電或者停機的情況，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行處理，并且要在比較短的時間內處理完成進行重新開工，這樣就會使得器壁上的穩(wěn)定物質出現(xiàn)剝落的情況，從而沉淀積壓在反應器床層上，造成催化劑粉碎。

2 固定床渣油加氫反應器結垢的對策

2.1 加強原料管理

其一，有效的解決反應器出現(xiàn)結垢的問題，需要氮氣等惰性氣體保護作用下對原料進行儲存；

其二，對上游設施設備的腐蝕問題進行嚴格的控制，同時原料油儲存和運輸?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，并且還要定期進行與其相適應防腐工作，這樣就可以有效的減輕由于設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 強化原料過濾

原料過濾器質量的好壞會直接影響固定床渣油加氫反應器結垢的情況，所以過濾器應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。因此在實際的運行生產過程中，需要加強原料過濾器操作維護工作。

2.3 提高催化劑床層空隙率

2.3.1 重視催化劑級配裝填

要想有效解決反應器結垢的問題，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，并且嚴格按照顆粒、活性以及孔隙率的大小進行排列，從而有效的增加床層空隙率。同時保護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劑與主催化劑進行接觸的過程中就很容易出現(xiàn)結垢的現(xiàn)象。

2.3.2 提高催化劑的裝填質量

由于催化劑能夠延長裝置的運行周期以及保護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

隨著科技的進步，現(xiàn)有的催化劑已經(jīng)不能滿足實際生產的需求，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垢物和原材料中的機械雜質，并且還能夠使一部分的污染物質沉積在保護劑的孔內，從而就能夠防止反應器床層壓降出現(xiàn)快速上漲的趨勢。例如：某公司利用催化劑的內孔，開發(fā)出了球形保護劑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鐵以及能夠將沉積物質堆放在催化劑孔道內部。

2.4 嚴格日常操作管理

其一，加強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，有效的避免其被帶入到反應器中。

其二，首先要對溫度的分布情況進行密切的關注和測試，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器的溫度進行有效的調節(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)負荷過大的情況。除此之外，還要對反應器入口的溫度進行嚴格詳細的控制，這樣就能夠避免第一層床層的頂部出現(xiàn)結焦的情況。

其三，有效的解決反應器中結垢的問題，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部能夠均勻的分布。同時還要盡可能的避免因為流體分布不均勻，而出現(xiàn)的局部熱點。

其四，在對反應器進行日常管理中，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行生產的過程中，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)實際的監(jiān)測結果對生產工藝參數(shù)進行及時的調整，有效的舒緩壓降的上升速率。

2.5 改進工藝流程

對工藝流程進行改進，從根本上可以防止反應器在反應的時候產生沉淀雜質。同時還可以在雜質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，其目的是防止裝置因為反應器壓降太大而造成停工的可能，可以設置在線切除保護反應器，其中當系統(tǒng)壓力出現(xiàn)了大幅度下降或者上升的情況，首先對保護反應器進行在線切除；然后原料和氫氣從第一主反應器上部進入系統(tǒng)中，從而有效解決反應器結垢的問題。

2.6 采用其它物理方法

在實際的操作過程中，除了采取以上的對策來解決固定床渣油加氫反應器結垢的問題，還可以利用微波、超聲波等技術來進行反應器結垢的處理。最近幾年，在國際范圍內，很多研究學者針對重油加工和改質的問題，提出相應的措施和試驗的工藝。同時由于鐵以及其化合物具有磁性強的特征，所以就可以充分的利用高梯度磁分離機來對石油中的鐵進行吸附和分離。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顆粒以及鐵污染物，從而就能夠有效的幫助反應器處理鐵污染引起的故障。

3 結語

現(xiàn)階段，在我國范圍內，由于人們對輕質油的需求量不斷增加，所以固定床渣油加氫技術得到了廣泛的應用，主要是因為它具有投資成本低、運用安全可靠、簡單方便等特征。但是在實際的生產過程中，反應器內部的催化劑床層由于受到原料性質、生成沉渣等因素的制約，就容易出現(xiàn)結垢的現(xiàn)象，所以必須要加強對原料的管理，并且還要有效的提高催化劑床層的空隙率以及改進工藝流程等，這樣才能有效的抑制反應器結垢，從而延長裝置的運行周期，促進石油石化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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