蔚林艷

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

神華鄂爾多斯煤制油分公司煤液化生產(chǎn)中心加氫穩(wěn)定裝置采用北美AXENS N.A.公司開發(fā)的加工劣質(zhì)重油的“T-Star”專利技術(shù)，由中國石化工程建設(shè)公司承擔(dān)設(shè)計、采購和建設(shè)，于2007年7月全面建成[1-4]。本裝置以上游來的液化重質(zhì)油品為原料，經(jīng)過加氫精制反應(yīng)及分餾系統(tǒng)分離，為上游裝置提供供氫溶劑，下游裝置提供石腦油和改質(zhì)原料。反應(yīng)部分為高壓、高溫、臨氫工況，原料中含有的雜質(zhì)金屬通過吸附在催化劑表面，堵塞催化劑表面微孔，導(dǎo)致催化劑失活；由于上游來的煤液化重原料中氧氮含量高，在加氫過程中，反應(yīng)中烴類的裂解及不穩(wěn)定化合物的縮合會在催化劑表面積碳，沉積在催化劑表面，也會使催化劑活性降低。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，要求催化劑活性維持在一定的水平，這就需要添加、卸出部分催化劑操作使總的催化劑活性保持恒定。

1 催化劑的理化性質(zhì)

加氫穩(wěn)定裝置催化劑是加氫精制催化劑，采用的是以大孔徑氫氧化鋁為載體，Ni、Mo作為活性金屬成分的催化劑，由催化劑生產(chǎn)廠家提供，各項指標(biāo)由公司技術(shù)部制定[5]。其理化性質(zhì)見下表：

表1 催化劑理化性質(zhì)

2 在線置換催化劑的必要性

一般采用催化劑活性來衡量催化劑的催化效能。催化劑的活性是催化劑對反應(yīng)速度影響的程度，是判斷催化劑效能高低的標(biāo)準(zhǔn)。對于大多數(shù)工業(yè)催化劑而言，在裝置的長期運行中，會造成催化劑的活性及選擇性顯著下降。隨著催化劑活性的降低，反應(yīng)速度會逐漸減慢，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降；同時，當(dāng)催化劑的活性降低時，催化劑的選擇性也會受到影響，導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，使得產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率下降，產(chǎn)品純度低。因此，保證催化劑的催化效能具有相當(dāng)?shù)谋匾?。沸騰床反應(yīng)器采用在線置換催化劑的方式來維持反應(yīng)器中催化劑活性的穩(wěn)定。

3 催化劑在線置換操作介紹

（1）催化劑在線添加

新鮮催化劑加入新鮮催化劑儲罐，再生后的催化劑加入再生催化劑儲罐，按一定量配比后進入催化劑添加計量罐中進行稱重計量，后通過壓差控制進入催化劑添加/卸料罐中。接著由來自高壓進料泵出口的原料油經(jīng)換熱后，進入催化劑添加/卸料罐的底部，經(jīng)罐頂返回至進料緩沖罐中，對催化劑進行預(yù)熱升溫。預(yù)熱完成后裝劑罐通過差壓控制器，在裝置新氫壓縮機出來的高壓氫氣的作用下升壓至高于反應(yīng)器壓力一定值。隨后用原料油沖洗進入反應(yīng)器的管線，之后打開裝劑罐底部出口閥門，將催化劑與原料油混合，形成油漿的流動形式，在壓差的作用下將催化劑添加/卸料罐中的催化劑輸送至反應(yīng)器中，接著系統(tǒng)降壓，管線吹掃，完成添加過程。

（2）催化劑在線卸出

原料油換熱后，去催化劑加卸罐和催化劑抽出閃蒸罐進行預(yù)熱。系統(tǒng)升壓所需氣源通過裝置新氫壓縮機出來的氫氣提供，控制反應(yīng)器和加卸罐的壓差。利用高壓進料泵出口原料油對卸劑管線進行沖洗，并打開反應(yīng)器卸料閥，讓催化劑進入到?jīng)_洗油中，形成泥漿的流動形式，在壓差的作用下將催化劑卸至卸料罐中，隨后系統(tǒng)進行降壓操作。利用側(cè)三線餾分油，將待生催化劑從催化劑加卸罐轉(zhuǎn)移到待生催化劑冷卻罐中。建立沖洗/輸送油緩沖罐至待生催化劑冷卻罐的循環(huán)冷卻流程，利用中間餾分油及水冷器對待生的催化劑進行冷卻。冷卻后的待生催化劑排至待生催化劑儲罐，隨后排至催化劑儲罐進行氮氣循環(huán)脫油，最終將脫油完成的催化劑卸出裝置外。

4 催化劑在線置換的重點難點

4.1 維持反應(yīng)器催化劑活性穩(wěn)定

維持沸騰床反應(yīng)器催化劑的活性，以保證加氫反應(yīng)的正常運行是沸騰床反應(yīng)器在線置換的重點。一般情況下，我們一般通過監(jiān)測反應(yīng)器床層料位、反應(yīng)溫升以及卸出催化劑的化驗分析結(jié)果來調(diào)整催化劑置換的具體操作。

（1）床層料位

沸騰床反應(yīng)器的器壁兩側(cè)分別裝有核源和接收器，通過對接收器接收到的核源能量衰減量的計算，顯示出該位置反應(yīng)器內(nèi)部的物料密度，用于反映反應(yīng)器內(nèi)催化劑的沸騰狀態(tài)。沸騰狀態(tài)的床層料位密度在800Kg/m3左右，標(biāo)志該點位催化劑、油、氣三相混合均勻，而當(dāng)料位計顯著低于800Kg/m3后，則意味著催化劑未沸騰至該點位。因此，通過反應(yīng)器料位計的顯示，可以直觀的監(jiān)測到沸騰床反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層所在的位置。按照操作規(guī)程，一般會規(guī)定反應(yīng)器正常運行狀態(tài)下催化劑床層料位所在位置，如果實際床層低于此位置，則顯示反應(yīng)器中催化劑量有所減少，需要通過在線添加催化劑來補償；如果實際床層高于此位置，則顯示反應(yīng)器中催化劑有所增加，需要通過在線卸出催化劑來維持平衡。

（2）反應(yīng)溫升

反應(yīng)溫升用于反映原料油在催化劑的作用下與氫氣發(fā)生加氫反應(yīng)后所放出的熱量，是以反應(yīng)器內(nèi)部平均加權(quán)溫度減去入口溫度所得。溫升的變化是判斷加氫反應(yīng)深度的重要指標(biāo)，如果溫升低，則表示加氫反應(yīng)深度不夠，可以通過提高催化劑活性增加反應(yīng)深度，一是可以增加在線置換催化劑的頻率來提高新鮮催化劑在反應(yīng)器中的藏量，二是可以通過調(diào)整在線加入催化劑的類型，也就是減少再生催化劑、增加新鮮催化劑添加的比例，這樣也可以保證反應(yīng)器中催化劑的活性得到提高。

（3）催化劑分析結(jié)果

在線卸出的催化劑經(jīng)過冷卻、脫油等操作后，會將其集中進行再生，通過再生恢復(fù)催化劑活性后再次添加至反應(yīng)器中。再生前后，我么會對卸出的催化劑進行采樣、分析，通過對分析結(jié)果的收集與對比，對該階段反應(yīng)器中催化劑的狀態(tài)進行評估，進一步監(jiān)測反應(yīng)器中催化劑的活性狀態(tài)以及失活情況，結(jié)合反應(yīng)器運行條件，通過調(diào)整在線置換催化劑的頻率、比例等手段，改善反應(yīng)器中催化劑的活性。

4.2 催化劑加卸過程的壓差控制

催化劑在線置換過程中，是通過調(diào)整補充氫壓縮機出口來的，進入催化劑添加/卸出罐的新氫量來控制反應(yīng)器與催化劑添加/卸出罐的壓差。壓差的建立，是實現(xiàn)催化劑添加與卸出的必要條件。在催化劑添加過程中，需要將催化劑添加罐的壓力控制在比反應(yīng)器壓力高一定值；催化劑卸出過程中，需要將催化劑卸出罐的壓力控制在比反應(yīng)器壓力稍低一些。合理的壓差控制，既能保證催化劑可以正常添加與卸出，也可避免由于壓差太大造成催化劑流速太大，而出現(xiàn)堵塞管線、載體粉碎或是影響反應(yīng)器正常運行操作的情況。同時，壓差控制也是在線置換催化劑過程中的難點。由于催化劑添加/卸出系統(tǒng)小，且隨著催化劑的添加/卸出過程的流動，催化劑添加/卸出罐內(nèi)氣體空間變化極快，這就表現(xiàn)為該罐的壓力波動頻繁，因此需要隨時調(diào)整該罐的進氣量以及排出量，保證壓差的穩(wěn)定。

4.3 催化劑加卸過程的預(yù)熱

在線置換催化劑不管是添加還是卸出過程中，在升壓之前都要經(jīng)過預(yù)熱環(huán)節(jié)。在線添加催化劑過程中的預(yù)熱要求是催化劑添加罐罐體溫度達到150℃以上，罐頂出口溫度達到預(yù)熱油的溫度；在線卸出催化劑過程中的預(yù)熱要求是催化劑卸出罐溫度達到150℃以上。之所以要在升壓之前進行預(yù)熱操作，主要是考慮到催化劑添加/卸出罐的材質(zhì)要求。為防止鉻鉬合金的脆性斷裂，必須保證罐體溫度達到要求后再進行升壓操作。除此之外，預(yù)熱還能最大程度的避免催化劑置換過程的溫度變化對反應(yīng)器的正常運行造成影響。

4.4 添加/卸出催化劑結(jié)束標(biāo)志

在催化劑添加/卸出罐的罐體由高至低安裝有四個核料位計，同時罐出口管線也安裝了一個核料位計，通過觀察核料位計指示來判斷催化劑添加/卸出的完成。催化劑在線添加過程中，該罐出口管線的核料位計顯著小于某一密度時，表明罐內(nèi)催化劑已全部加至反應(yīng)器中；催化劑在線卸出過程中，該罐罐體的四個核料位計分別指示了反應(yīng)器卸出催化劑至該罐的高度，我們一般通過規(guī)定卸出量確定需要卸至該罐的位置，當(dāng)指示已卸至該位置時，停止從反應(yīng)器卸出催化劑。

5 催化劑在線置換過程中存在的問題及處理經(jīng)驗

5.1 催化劑在線置換過程中存在的問題

（1）管線堵塞

由于對壓差、輸送油、沖洗油等操作的不當(dāng)控制，會使催化劑在線置換過程中發(fā)生管線及罐口堵塞的問題，影響催化劑的置換率，甚至影響反應(yīng)器催化劑的整體活性。

壓差控制太大，催化劑會在壓差的作用下加速從罐底流動至管線，而管線的流通量有限，大量催化劑下落至管口位置后沒有來得及輸送至后路管線，造成罐口底部及罐出口附近管線堆積催化劑而堵塞。

在催化劑添加/卸出過程中，輸送油和沖洗油的作用也尤為重要?？刂频卯?dāng)?shù)妮斔陀鸵蠹瓤梢詭哟呋瘎┝魍ㄖ练磻?yīng)器，也要保證罐內(nèi)下落的催化劑可以及時被輸送至后路。如果出現(xiàn)輸送油中斷的情況，則管線中的催化劑會因流動不暢而堆積堵塞。

（2）壓力波動

由于催化劑添加/卸出系統(tǒng)小，但是在催化劑置換過程中，進出催化劑添加/卸出系統(tǒng)的物料比較多，包括用于壓差控制的新氫、催化劑輸送油、沖洗油等，隨著催化劑的添加/卸出過程的流動，催化劑添加/卸出罐內(nèi)氣體空間變化極快，導(dǎo)致其壓力波動較大。在加劑過程中，催化劑添加罐的壓力太高會引發(fā)壓差高高的聯(lián)鎖，聯(lián)鎖動作會將催化劑輸送油閥門關(guān)閉；在卸劑過程中，催化劑卸出罐的壓力太高會使得反應(yīng)器中催化劑無法卸出，催化劑卸出罐的壓力太低則會引發(fā)壓差低低的聯(lián)鎖，聯(lián)鎖動作會關(guān)閉反應(yīng)器卸劑閥。

（3）高低分液位波動

在線置換催化劑過程中，由于催化劑以及輸送油在反應(yīng)器中的進出，以及卸劑過程中催化劑閃蒸罐向熱低壓分離器排放輸送油的過程，會造成高、低分液位的波動。如果對液位調(diào)整不及時，會造成高、低分液位高報警。

5.2 處理操作

（1）防堵塞操作

為了避免催化劑在線置換過程中發(fā)生管線堵塞問題，可采取以下操作：1）加劑預(yù)熱時催化劑添加罐應(yīng)內(nèi)盡可能的充滿油；2）催化劑在線置換過程中根據(jù)壓力變化，隨時調(diào)整進出催化劑添加/卸出罐的物料；3）催化劑置換前后，應(yīng)打通催化劑輸送油流程進行沖洗管線，并沖洗足夠時間；4）加劑過程中，要保證催化劑加劑罐內(nèi)催化劑全部加至反應(yīng)器再關(guān)閉加劑閥，避免催化劑加劑罐罐底催化劑堆積；5）卸劑過程中，當(dāng)催化劑卸出罐的核料位指示已完成規(guī)定催化劑量的卸出時，關(guān)閉反應(yīng)器至催化劑卸出罐卸劑閥并對反應(yīng)器卸劑管線進行沖洗，保證反應(yīng)器卸劑線暢通。

（2）壓力調(diào)整

為了避免催化劑在線置換過程中發(fā)生壓力波動問題，可采取以下操作：1）加劑操作時，在打通加劑流程之前，要把補氫閥改為手動控制，自動控制波動較大，補氫閥容易全開或全關(guān)；2）卸劑操作時，壓差控制也要改為手動，避免閥門在壓差控制下大幅開關(guān)；3）卸劑過程中，由于反應(yīng)器中卸出的催化劑和油進入催化劑卸出罐，催化劑卸出罐中的油氣需要通過催化劑閃蒸罐進行排放，要通過調(diào)整催化劑閃蒸罐的油相、氣相的排放量，盡可能維持催化劑閃蒸罐的油氣平衡。

（3）高低分液位調(diào)整

為了避免在線置換催化劑過程中發(fā)生高、低壓分離器液位報警情況的發(fā)生，操作員在進行加卸催化劑之前要將高、低壓分離器的液位控制在正常范圍內(nèi)，并在加卸催化劑過程中加強液位調(diào)整。同時，由于催化劑閃蒸罐排放至熱低壓分離器的輸送油溫度低，如果瞬間加大熱低壓分離器至分餾系統(tǒng)的油量后，會影響正常的分餾過程，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。因此在催化劑置換過程中，應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)調(diào)整高、低壓分離器液位，維持正常操作。

6 結(jié)束語

神華煤制油加氫穩(wěn)定裝置反應(yīng)器為沸騰床工藝，為了使沸騰床反應(yīng)器中催化劑的活性保持相對穩(wěn)定的水平，在正常生產(chǎn)中通過對反應(yīng)器中催化劑在線置換即在線添加新鮮催化劑和卸出廢舊催化劑的方法使催化劑的催化效能得到有效保證。通過監(jiān)控反應(yīng)器溫升和核料位變化，以及對催化劑的采樣分析，確定催化劑置換量以及置換頻率等的具體操作。同時由于此操作是在不停工過程中進行的在線置換方法，如若操作不當(dāng)會對反應(yīng)器操作產(chǎn)生一定的影響，因此，要嚴格按照規(guī)程，合理控制好壓差、輸送油等的參數(shù)穩(wěn)定，保證在線置換催化劑過程順利完成。