探讨固定床渣油加氢装置长周期运行技术

 探讨固定床渣油加氢装置长周期运行技术

郭国浩

中石化湖南石油化工有限公司  湖南省岳阳市  414000

摘要：随着对原油需求量的持续增长，相关企业的规模也在逐步扩大，其对于社会影响也进一步扩大。但是，在实际操作中，由于固定床渣油加氢设备的操作时间较短，设备维修次数较多，造成了设备利用率较低、设备费用较高等问题。因此，必须对渣油加氢设备进行工艺改进，以达到延长生产周期的目的。

关键词：固定床渣油加氢装置；长周期运行；优化记错

引言：我国重质油加氢装置产能超过95%是固定床渣油。固定床渣油加氢- FCC联合工艺是我国最重要的重油加工方式，然而，其运行周期却很短，直接关系到企业的经济效益，甚至对整台 FCC设备的正常运行都有很大的影响。因此，深入研究影响固定床渣油加氢装置运行周期的因素，并制定相应的对策，实现其在固定床渣油加氢系统中的应用，是当前亟待解决的问题。

一、影响装置长周期运行的主要制约因素

1、反应器床层压力降高

渣油固定床加氢反应装置在生产过程中，易发生结垢，造成床层堵塞，造成床层压力下降，最终导致装置停产。当前，我国渣油加氢装置普遍存在着床层压降偏高、操作困难等问题，严重制约了渣油加氢工艺的长期稳定运行，而现有的一反和二反压降均超过设计要求，导致大部分装置在保持高活性的前提下不得不停产。由于原料油中含有大量的铁和钙，脱除后，催化剂颗粒之间存在大量的硫化物，从而降低了床层的空隙率。另外，油中稠环芳烃（特别是含氮有机物）大分子胶质、沥青质与催化剂反应生成积炭，易造成床面局部积炭。

2、反应器床层出现热点

研究结果表明，催化床层中的反应气流不均匀是导致催化剂床层中产生“热点”的主要原因。催化剂床面内反应气流分布不均，易发生局部化学反应，生成大量积碳，床层宽度减小，液相流动受到影响，使原料油品（以热裂化为主）发生急剧转变，局部地区出现快速升温“热点”现象。

3、高压换热器结垢

部分企业为了弥补高温换热器因结垢引起的换热效率降低，采取了增大加热炉负荷、升高床层温度等措施，从而出现“反升温难、升温过高”的问题，将使各个反应器的催化剂的活性很难有效地发挥，使其同时发生失活。

二、固定床渣油加氢装置长周期运转技术措施

1、加强渣油原料管控

加强渣油原料管控是确保生产过程顺利进行和产品质量稳定的关键措施。为此，必须对渣油原料的各项指标进行全面检测，包括但不限于杂质含量、粘度、密度等关键参数。任何不符合标准的原料都应被拒收，以避免对生产过程和最终产品造成不良影响。此外，对于存储条件也应给予高度重视。渣油原料应在适宜的环境中储存，避免因温度、湿度等环境因素的变化而影响原料性质。定期检查存储设施的完好性，确保无泄漏或其他可能导致原料污染的情况发生。生产过程中，应实施动态监控机制，对渣油原料的使用情况进行实时跟踪，确保每一批次的原料都能满足生产需求。一旦发现原料存在质量问题，应立即采取措施，包括隔离问题原料、调整生产工艺或更换原料，以确保产品质量不受影响。

2、提高装置氢分压和降低装置空速

在渣油加氢过程中，积炭是一个不容忽视的问题，直接影响着重油加氢的性能。所以有学者为了深入了解这一问题，进行了一系列研究，探讨不同压力下加氢过程中残炭生成的规律。最终研究结果显示，当氢分压从10 MP/a提高到15 MP/a时，催化剂上的积炭量可以减少约三分之一。这一结果充分说明通过提高渣油加氢装置的氢分压，可以有效地减少催化剂上的积炭，进而提高催化剂的使用寿命。因此，适当提高装置的氢分压，并降低装置的空速，将有助于优化整个加氢过程，减少积炭的形成，提高催化剂的使用效率，从而确保装置的长周期稳定运行。

3、催化剂活性金属负载技术

在催化剂颗粒的内部结构中，活性金属成分的分布呈现出明显的非均匀性。具体而言，颗粒的外部区域相较于内部，拥有更高的活性金属浓度。这种独特的分布模式对于抑制催化剂在高温反应过程中可能出现的过热现象具有显著效果，无论是对颗粒的外表面还是内表面。通过细致的分析可以发现，从催化剂样品的核心区域向外围边缘过渡时，活性金属的信号强度呈现出逐渐减弱的趋势，这一现象明确指出，活性金属成分在催化剂中的分布特征是外密内疏。为了进一步提升催化剂的性能，特别是其抗积碳能力，将上述活性金属的非均布特性与双峰多孔结构的合成技术相结合。双峰多孔结构的设计旨在优化催化剂的孔隙分布，从而在提高催化效率的有效减少碳沉积的问题。这种结构的引入，不仅增强催化剂外部的抗积碳性能，也能显著改善内部区域的积碳问题。

4、提高催化剂床层空隙率

在对金属杂质进行吸附/脱除的同时，保护剂对材料中的机械颗粒也起到了阻聚作用。FRIPP采用四叶型加氢保护催化剂，该催化剂具有较高的孔道和较大的表面积，能大大提高催化剂床层的孔隙率。与传统的条状、球状颗粒相比，这种材料具有较大的比表面积，有利于液相扩散和催化剂的有效利用。增大设备内的氢气分压，可增大氢气与进料的接触几率，加快加氢过程；同时，增设反应器可以降低空速，即降低原料在反应器中的流速，增加反应时间，利于提高原料的转化率和产品质量。分配器是控制反应物流向和分布的关键设备，采用高效分配器可以实现原料在催化剂床上的均匀分布，避免局部过热和过度反应，对于维持长周期运行具有重要意义。

5、催化剂级配技术

针对传统催化剂在加工渣油时容易出现的快速失活问题，S-Fitrap催化剂级配技术通过平缓梯级过渡的创新方式，使原本集中的沉积物能分散沉积于多个催化剂床层，从而提高催化剂体系的容金属能力，这一进步有利于工业装置的稳定运行。通过构建“外少里多”的活性位分布，降低渣油大分子内扩散阻力，使得金属杂质可在颗粒内部沉积，提高催化剂的容金属量和抗结焦能力，缓解孔口阻塞导致的利用率低下的问题。开发具有更高耐金属/积炭能力、高空隙率的脱硫/脱残炭催化剂，这种催化剂即使在密相装填模式下也能保持较低的压降水平，进而提升整体的脱杂质率。

6、减压渣油掺入比例

在炼油行业中，减压渣油的掺入比例是一个关键因素，直接影响到原料的质量、催化剂的使用寿命以及设备的运行效率。针对这一点，不同的炼油企业因其操作特性和固定床加氢装置的结构差异，需要采用定制化的比例设计来优化生产流程。通过精确控制减压渣油的掺入比例，可以显著提升原料的处理质量，这不仅包括改善原料的化学性质，还涉及到物理性质的调整，使其更适应后续的加工过程。此外，合适的减压渣油掺入比例还能有效减少催化剂上的积碳现象。积碳是由于原料中的碳含量过高而在催化剂表面形成的一层固态碳，这会严重阻碍催化剂的活性，降低其催化效率。通过调整减压渣油的比例，可以减少高碳含量物质的输入，从而减轻催化剂的积碳问题，延长催化剂的使用寿命，减少更换频率和维护成本。

7、技术创新与升级

为应对不断变化的市场需求及现有技术难题，不断地进行技术革新与升级，是实现渣油固定床加氢系统长期稳定运行的关键。通过对该工艺的持续优化与完善，可有效地解决该工艺所面临的诸多复杂难题。

结束语

综上所述，通过新型催化剂级配技术、改善工艺条件、高效分配器应用、优化原料掺入比例以及持续的技术创新与升级等措施，固定床渣油加氢装置的长周期运行得以实现。上述举措不仅能够有效提升炼油企业的生产效率，也能为石油炼制行业带来积极的变革。随着技术的不断进步和创新，未来固定床渣油加氢技术的发展将更加广阔，为石油炼制行业带来更多的可能性。

参考文献：

[1]渣油加氢装置运行周期经济性分析.[J].徐宝平.石油化工技术与经济,2020,36(02):12-15.