(一) 目的和意义
随着世界原油需求的持续增加,原油资源的重质化越来越明显,杂质含量进一步升高,传统的支撑填料已越来越难以满足炼化企业的生产目标。通过对炼油企业加氢装置中填料的应用情况调研,获悉卸下来的支撑填料其孔道中几乎没有积存颗粒物,换言之,现有类型的支撑填料对于截留机械杂质的效果似乎都不太理想。因此,急需开发出一种全新的支撑填料,硅铝基蜂窝支撑填料应运而生。硅铝基蜂窝支撑填料主要由硅铝酸盐、刚玉等材料复合制成,其作为各种反应器内催化剂的保护材料及塔填料,可广泛应用于石油、化工、化肥、煤制油、天然气及环保等工业固定床反应器中,目前硅铝基蜂窝支撑填料年需求量5万吨左右,随着炼油化工、煤化工产业的发展,其需求量将会持续增加,预计未来3~5年,年需求量可增至10万吨左右。相对于传统的蜂窝陶瓷,硅铝基蜂窝支撑填料采用独特的网巢结构和制造工艺,具有极高的空隙率和比表面积,可大大降低反应器床层的压降、增加汽液分离切割点,改善流体的分散性,并能够吸附捕捉物料中的杂质颗粒及换热器和加热炉等设备中产生的污垢,从而提高催化剂和装置的使用效率。
硅铝基蜂窝支撑填料装填在催化剂下方,其主要作用是对催化剂主剂进行有效支撑,避免细小的催化剂颗粒漏入下床层或出口收集器中。油气从催化剂床层流经硅铝基蜂窝支撑填料层时其流速会明显放缓,流速放缓可以大大地减缓漩涡与湍流的速度。反应器底部因其截面积急剧收缩,出口收集器附近的油品流速突然加快,加上因主剂装填或反应结焦等引起的汽液偏流沟流,底部非常容易产生不规则的漩涡和湍流,而这些不规则的漩涡和湍流可能会对底部的支撑填料填料和催化剂产生较大的冲击作用,加剧底部催化剂的不均匀。
硅铝基蜂窝支撑填料亦可覆盖于反应器催化剂床层顶部,主要作用是:过滤杂质 (含惰性杂质及活性杂质,惰性杂质主要为胶质,炭颗粒,硅胶颗粒,硫化铁等; 活性杂质主要为油溶性有机金属化合物,如环烷酸钙,环烷酸铁等,它们分解后与硫或二氧化硫生成硫化物或硫酸盐等。在炼化领域我们俗称为金属或重金属杂质,如, Ca, Fe, Ti, Ni, V, Mg等)。
硅铝基蜂窝支撑填料与传统蜂窝陶瓷支撑填料相比的突出特点:
(1)优异的杂质吸附和过滤效果:避免了主剂外表面和内表面反应通道和反应空间的堵塞,特别是重金属、氮化物及焦质颗粒堵塞,从而起到了保护主剂的作用,保证其活性正常发挥。
(2)提高床层孔隙率,降低反应器床层压降,延长装置运行周期:为主剂床层提供了更高的系统压力,直接提高了氢分压,加快了氢化反应速度,抑止缩合反应,减缓结焦,降低催化剂失活速率从而延长了反应器由于压降过向而导致的撇头周期。
(3)促进物料更均匀分布,减少物料偏流,降低床层径向温差:使原料油在进入主催化剂床层时分配更均匀,氢油预混及再混更加充分,从而更大程度的减少气液偏流和沟流现象,大幅降低反应器径向温差,并有效避免催化剂结焦及局部失活。
(4)减缓反应器底部湍流:硅铝基蜂窝支撑填料的空隙率是普通瓷球1.5倍以上,因此油气流经硅铝基蜂窝支撑填料时其流速只有同样工况下装填瓷球的67%左右。油气从催化剂床层流经硅铝基蜂窝支撑填料层时其流速会明显放缓,流速放缓可以大大地减缓漩涡与湍流的速度。
(二) 必要性
目前,硅铝基蜂窝支撑填料在石油炼制与化工行业内得到广泛的应用,但行业内还没有硅铝基蜂窝支撑填料相关标准,给产品技术开发、生产销售、质量控制和检测分析带来很大不便与困扰,因此急需制定硅铝基蜂窝支撑填料行业标准,规范市场行为,促进行业有序发展。