Послойная загрузка катализаторов гидроочистки.

Послойная загрузка катализаторов гидроочистки и равномерное распределение потока сырья по сечению реактора. Поскольку требования к содержанию серы в дизельном топливе становятся более жесткими, то неравномерность распределения потока сырья и последствия загрязнения катализатора все чаще являются причиной, лимитирующей продолжительность рабочего цикла установок гидроочистки.

Для выполнения современных требований необходимо использование более мелких частиц катализатора и плотную загрузу катализаторного слоя. В результате достигаются более низкая температура в начале пробега и максимально возможная продолжительность рабочего цикла, при условии, что сырье не содержит примесей, приводящих к закупориванию слоя катализатора.

При плотной загрузке в реакторе можно разместить на 15 – 20 % больше катализатора за счет соответствующего уменьшения доли свободного объема. Это приводит к двукратному увеличению перепада давления по слою чистого катализатора в начале пробега по сравнению с обычной загрузкой рукавом.

При накоплении примесей в катализаторном слое снижается доля свободного объема. Это может приводить к байпасированию катализаторного слоя, появлению локальных перегревов, большому разбросу значений радиального профиля температур, а также росту перепада давления. В худшем случае рост перепада давлений может быть экспоненциальным.

Закупоривание может происходить по двум причинам: 1) из-за присутствия твердых примесей в составе подаваемого сырья; 2) за счет отложения продуктов реакции, образующихся в реакторе.

Слой катализатора можно рассматривать как простейший фильтр. На отечественных установках, как правило, не практикуется фильтрация сырья гидроочистки, поэтому в сырье могут присутствовать твердые примеси. Наиболее часто встречаются следующие примеси:

- осколки и пыль катализатора в легком газойле каталитического крекинга;

- частицы кокса в легком газойле коксования;

- соли (натрия, кальция и пр.);

- железная окалина;

- значительные количества углеродистых отложений, отслаивающихся в печах или теплообменниках.

В результате реакций, протекающих в процессе, образуются следующие загрязняющие продукты: кокс (твердый); кокс (мягкий); FeS; V₂S₃; NiS; Si.

Для улавливания твердых частиц в реакторах гидроочистки устанавливают корзины из металлической сетки, которые устанавливаются в верхней части первого катализаторного слоя, несколько выступая над верхним слоем инертного материала. Площадь поверхности катализаторного слоя при этом увеличивается. Существует ряд конструкций корзин - от простых цилиндров до корзин в виде перевернутого «гриба», трапециевидные и т.д. Большинство конструкций цилиндрического типа имеют диаметр 10 – 15 см и высоту 1 м. На некоторых установках имеется до 200 корзин.

Это решение имеет определенные недостатки. Наличие корзин ухудшает распределение потока ГСС из-за различия в высоте катализаторного слоя от его поверхности до дна корзины. Если используется распределительное устройство, то наличие корзин приводит к нарушению равномерного характера выходящего из него потока. Корзины не могут улавливать частицы, имеющие размер меньше отверстий в проволочной сетке, поэтому мелкие частицы будут проникать в слой катализатора, накапливаться в нем и вызывать рост перепада давления. Установка и демонтаж корзин требуют много времени.

В промышленной практике давно применяется загрузка поверх слоя катализатора инертного материала – фарфоровых шаров различного диаметра: больших сверху и меньших в нижней части. Назначение слоя шаров – распределение потока ГСС и удерживание загрязняющих твердых примесей.

Описанные мероприятия в отдельности и в сочетании обеспечивали некоторое улучшение рабочих параметров, но не приводили к окончательному решению проблемы перепада давления.

Ниже в табл. представлены типичные для начала пробега величины долей свободного объема, размера пустот и значения перепада давления применяемых в настоящее время катализаторов.

Таблица