固定床渣油加氢反应器结垢原因分析及对策

段贵宝 马芳伟（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古 鄂尔多斯 017209）

现阶段，渣油加氢反应器的类型主要有四种：固定床、沸腾床、悬浮床和移动床。与其它渣油加氢技术相比，固定床渣油加氢是比较成熟、应用比较广泛的技术，并且还具有投资成本低、运用安全可靠等特征。所以在工业领域中，固定床渣油加氢技术占据了非常重要的位置。尽管这种技术有很多可取之处，但是在实际的生产过程中，反应器很容易出现结垢的现象，并且这些结垢物还沉积在催化剂床层的顶部，这样就导致催化剂床层顶部的压力出现了增大的情况，从而引起装置被迫停工撇头。因此一定要对反应器结垢的原因进行具体的分析，并且还要针对实际出现的情况提出具体的解决对策。

1 固定床渣油加氢反应器结垢的原因

1.1 渣油自身的性质

1.1.1 渣油中不饱和烃和沥青质含量比较高

从分析结果来看，固定床渣油加氢反应器结垢的原因很多，其中原料是一个主要的原因。由于渣油中含有比较多的不饱和烃，在对渣油进行第二次掺炼加工的时候，渣油与氧气在接触的过程中很容易发生氧化反应，这样会生成以胶质形态为主的积炭物。这种胶质形态物质通过反应器床层顶部的时候由于高温形成积炭，这种积炭会在催化剂床层顶部不断的堆积。同时由于含不饱和烃的原料在炉管等高温环境下会快速的缩合结焦，从而形成碳粉颗粒，这些颗粒也会堆积在催化剂床层的表面。除此之外，由于原料中的沥青质具有不安定、高粘度以及高稠合度的特征，所以其在催化剂的微孔内扩散速度慢以及催化剂在表面停留的时间比较长，并且在温度相对较高的条件下，原料中沥青质就很容易发生热裂化反应，这样就会使得催化剂表面的焦炭有所增加，从而降低催化剂床层空隙率。

1.1.2 渣油中携带有固体杂质及盐分

渣油中有很多固体杂质，主要包括机械杂质及焦粉等杂质。同时由于一部分的杂质颗粒粒径比较小，其可以通过过滤器顺利的进入催化剂床层，并且这些颗粒主要集中在催化剂床层的上部。再者，在实际的生产过程中，当渣油过滤器的性能和操作出现问题时，原料中的固体杂质也可以顺利的进入反应器，并且沉积在催化剂床层的上部，从而就导致了固定床渣油加氢反应器出现了结垢的现象。渣油中的盐分主要是钠、钾、钙及镁的氯化物，这些物质进入反应器后将会在催化剂顶部结垢，堵塞催化剂颗粒间通道造成床层压降增加。

1.2 沉渣的生成

在反应器中，由于渣油中含有比较多的芳烃，以胶质为主，并且它具有溶解沥青质的特点，所以反应器进行加氢的过程中，胶质加氢转化的速度一定要比沥青质转化的速度快。同时在对胶质组逐渐加氢的时候，胶质的饱和度就要不断的提高，并且使得胶质对溶剂做起到的作用逐渐减小，这样就会完全的打破沥青质和胶质进行溶解的平衡度，从而就造成了沉渣的生产。此外，沥青质的脱烷基还可以有效的降低沥青质的溶解度，这样就从根本上促进了沥青质的沉淀。

1.3 操作波动

1.3.1 循环氢流量波动

循环氢流量会受到很多因素的制约，主要包括：循环氢压缩机吸、排气阀故障等。如果发生了故障，就会直接影响循环氢流量，循环氢流量发生较大的波动，会造成氢油体积比较低的情况，从而就不能为油品提供良好的分散系，造成催化剂结焦。

1.3.2 流体分布不均

在工业领域中，固定床渣油加氢反应器存在着比较严重的流体分配不均匀现象，这样会造成催化剂床层局部出现过热的情况，从而导致反应器结垢。其中流体分配不均主要是液体分配盘设计的不到位、工艺操作不当等原因造成的。所以在氢气不足的情况下，如果对液体分配不均匀，就会使得渣油在死角的地方积累逐渐生焦，从而堵塞催化剂床层。此外，在固定床渣油加氢反应器结垢之后，由于流体分布不均，导致其出现比较坚硬的焦球。

1.3.3 装置紧急停工

反应器在运行的时候，如果突然发生停电或者停机的情况，其中有一些突发情况需要很快的解决，但是一些突发情况的床层温度不能够得到很快的降低，就会使得催化剂出现快速结焦的现象。此外还有一部分的突发情况要采取紧急停工的方式对其进行处理，并且要在比较短的时间内处理完成进行重新开工，这样就会使得器壁上的稳定物质出现剥落的情况，从而沉淀积压在反应器床层上，造成催化剂粉碎。

2 固定床渣油加氢反应器结垢的对策

2.1 加强原料管理

其一，有效的解决反应器出现结垢的问题，需要氮气等惰性气体保护作用下对原料进行储存；

其二，对上游设施设备的腐蚀问题进行严格的控制，同时原料油储存和运输的时候，对容易发生腐蚀的位置要采用防腐蚀性比较好的材料，并且还要定期进行与其相适应防腐工作，这样就可以有效的减轻由于设备腐蚀造成原料中的含铁量增加；

其三，对盐含量高的原料选用合适的脱盐工艺。

2.2 强化原料过滤

原料过滤器质量的好坏会直接影响固定床渣油加氢反应器结垢的情况，所以过滤器应该首先滤除掉固体颗粒物。一般情况下，采用的过滤元件滤出的固体颗粒粒径要控制在25μm以上。因此在实际的运行生产过程中，需要加强原料过滤器操作维护工作。

2.3 提高催化剂床层空隙率

2.3.1 重视催化剂级配装填

要想有效解决反应器结垢的问题，必须要提高催化剂床层空隙率。通常情况下，都是采用在主催化剂的上部进行分级装填，但是由于装填的数量、大小以及形状不同，所以一定要根据从上到下，并且严格按照颗粒、活性以及孔隙率的大小进行排列，从而有效的增加床层空隙率。同时保护剂的大小和活性必须要与催化剂相互匹配，如果不相互匹配保护剂与主催化剂进行接触的过程中就很容易出现结垢的现象。

2.3.2 提高催化剂的装填质量

由于催化剂能够延长装置的运行周期以及保护装置操作的安全和稳定具有非常重要的作用。所以催化剂装填的时候，要保证其分布均匀，同时要确保其装填密度。同时还要做好催化剂装填之后的干燥工作，主要是除去催化剂中的多余水分，这样防止水分突然气化造成催化剂粉碎。

2.3.3 开发新型催化剂

随着科技的进步，现有的催化剂已经不能满足实际生产的需求，所以要不断的开发新型催化剂。开发的新型催化剂一定要有很大的空间缝隙率或者是直径孔，只有这样才可以容纳结垢物和原材料中的机械杂质，并且还能够使一部分的污染物质沉积在保护剂的孔内，从而就能够防止反应器床层压降出现快速上涨的趋势。例如：某公司利用催化剂的内孔，开发出了球形保护剂KG-1，并且它具有特殊性的特征，所以它能够快速的捕获铁垢和有机铁以及能够将沉积物质堆放在催化剂孔道内部。

2.4 严格日常操作管理

其一，加强原料油过滤器在日常操作中的管理，尽量的降低固体颗粒杂质，有效的避免其被带入到反应器中。

其二，首先要对温度的分布情况进行密切的关注和测试，然后要根据加工原料的具体属性和催化剂的具体使用功能对反应器的温度进行有效的调节，这样可以使得整个催化剂系统的活性成分都能够得到均匀的发挥，从而就避免了一部分的床层出现负荷过大的情况。除此之外，还要对反应器入口的温度进行严格详细的控制，这样就能够避免第一层床层的顶部出现结焦的情况。

其三，有效的解决反应器中结垢的问题，要尽量提高氢油体积比和氢纯度，确保原料在催化剂床层的内部能够均匀的分布。同时还要尽可能的避免因为流体分布不均匀，而出现的局部热点。

其四，在对反应器进行日常管理中，一定要做好压降的监督和测试测工作，主要是由于加氢装置在运行生产的过程中，压力降出现上升，就会造成循环氢流量下降，氢油比降低，原料分配变差。所以要连续的观察监测压降的变化情况，并且还要根据实际的监测结果对生产工艺参数进行及时的调整，有效的舒缓压降的上升速率。

2.5 改进工艺流程

对工艺流程进行改进，从根本上可以防止反应器在反应的时候产生沉淀杂质。同时还可以在杂质原料中添加一定量的VGO等，这样就可以合理的降低原料的粘黏度，也可以对催化裂化装置的操作流程进行改善。从目前的现状来看，在我国石油公司开发出了渣油加氢与催化裂化相互联合的优化技术，其目的是防止装置因为反应器压降太大而造成停工的可能，可以设置在线切除保护反应器，其中当系统压力出现了大幅度下降或者上升的情况，首先对保护反应器进行在线切除；然后原料和氢气从第一主反应器上部进入系统中，从而有效解决反应器结垢的问题。

2.6 采用其它物理方法

在实际的操作过程中，除了采取以上的对策来解决固定床渣油加氢反应器结垢的问题，还可以利用微波、超声波等技术来进行反应器结垢的处理。最近几年，在国际范围内，很多研究学者针对重油加工和改质的问题，提出相应的措施和试验的工艺。同时由于铁以及其化合物具有磁性强的特征，所以就可以充分的利用高梯度磁分离机来对石油中的铁进行吸附和分离。例如：日本某公司就是利用这一原理开发出了FEROSEP工艺，这样可以去除掉常压与减压渣油中的细颗粒以及铁污染物，从而就能够有效的帮助反应器处理铁污染引起的故障。

3 结语

现阶段，在我国范围内，由于人们对轻质油的需求量不断增加，所以固定床渣油加氢技术得到了广泛的应用，主要是因为它具有投资成本低、运用安全可靠、简单方便等特征。但是在实际的生产过程中，反应器内部的催化剂床层由于受到原料性质、生成沉渣等因素的制约，就容易出现结垢的现象，所以必须要加强对原料的管理，并且还要有效的提高催化剂床层的空隙率以及改进工艺流程等，这样才能有效的抑制反应器结垢，从而延长装置的运行周期，促进石油石化行业的可持续发展。

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