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上流式反應器渣油加氫催化劑失活特征及對策

文檔作者：張鵬王欣剛于長旺文檔來源：中化泉州石化有限公司		更新日期： 2026年07月13日	點擊數：
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第43卷第3期
2025年5月
石化技術與應用
Petrochemical Technology &amp;amp; Application
Vol.43No.3
May2025
D0I:10.19909/j.cnki.ISSN1009-0045.2025.03.0217
工業技術(217~221)
上流式反應器渣油加氫催化劑失活特征及對策
張鵬，王欣剛，于長旺
（中化泉州石化有限公司臨氫運行部，福建泉州362103）
摘要：在中化泉州石化有限公司3.3Mt/a渣油加氫處理裝置考察了上流式反應器和固定床反應器
(UFR/VRDS)組合工藝渣油加氫催化劑（RM系列和SRH系列)的運行狀況，分析了催化劑失活特征和規
律，并提出應對措施。結果表明：UFR催化劑最先失活，其次固定床第2、第3反應器在承擔更多脫金屬作
用后在運行中后期先后出現催化劑失活,第4、第5反應器催化劑活性相對較好；UFR催化劑容金屬能力、
積炭量均低于固定床脫金屬催化劑，存在級配催化劑失活不同步的問題；通過優化催化劑級配、采用兩段
式“組合換劑”的優化方案，將脫硫催化劑使用時間由330d延長至超過600d，催化劑利用率提高了
33.2%，節約25%的新鮮催化劑，有效降低了裝置催化劑使用成本。
關鍵詞：渣油加氫；催化劑；上流式反應器；固定床反應器；催化劑失活
中圖分類號：TE624.9+3 文獻標志碼：B 文章編號：1009-0045(2025)03-0217-05
固定床渣油加氫處理技術是目前能夠高效
利用石油資源、增產高品質輕質油品最有效手段
之一。渣油中含有大量的Ni,V,Fe,Ca,Na等金屬
雜質，加工過程中大部分金屬以金屬硫化物的形
式被脫除，少部分沉積在催化劑內部以及其顆粒
間（床層空隙），造成催化劑孔道阻塞、活性中心
被覆蓋而失活，運行后期還可能引起床層壓降升
高，影響裝置穩定長周期運行[1]。隨著原油重質化
趨勢日益顯著，為適應金屬雜質含量高的原料，
避免催化劑因金屬沉積過快而造成床層壓降快
速增加，給裝置帶來安全風險，目前部分煉油廠
采用上流式反應器(UFR)渣油加氫工藝。與傳統
的流化床反應器相比,UFR中氣速降低、床層空
隙率增加，催化劑床層容FeS 和CaS 的能力增
強，理論上可以延緩UFR壓降上升的速度[2]。
UFR壓降基本可控制在0.3MPa 以內,作為滴流
固定床反應器的前置保護反應器發揮著穩定壓
降的作用。
中化泉州石化有限公司（簡稱泉州石化）
3.3Mt/a渣油加氫處理裝置采用美國Chevron公
司開發的上流式反應器/固定床反應器（UFR/
VRDS)組合工藝[3],設計為2條線路（I線、IⅡI
線），均采用1臺UFR串聯4臺固定床反應器。
該裝置自2014年運行以來，裝填過ICR系列、
RM系列、FZC系列、RUF/RDM/RCS系列、SRH系
列等5家專利商開發的催化劑，由于原料減壓渣
油含金屬量高（平均高于90μg/g)導致金屬快速
沉積在催化劑中使其失活，脫硫能力也快速降
低。本工作采用荷蘭殼牌公司開發的RM系列催
化劑和中化石油化工研究院（泉州)有限責任公
司開發的SRH系列催化劑,考察了該裝置的運行
狀況,分析了UFR渣油加氫催化劑失活特征和規
律,旨在通過優化操作工藝，實現催化劑的高效利
用，為國內同類裝置的長周期穩定運行提供借鑒。
1工業裝置
1.1原料油
原料油分別取自泉州石化常減壓裝置生產的
減壓渣油、常壓渣油以及焦化裝置生產的焦化重
蠟油，混合原料油和渣油產品的主要性質見表1。
1.2催化劑
1.2.1主要性質
催化劑的主要性質見表2。
收稿日期：2024-12-10；修回日期：2025-01-24
作者簡介：張鵬（1983一），男，吉林農安人，學士，高級工程
師。主要從事渣油加氫裝置生產技術管理工作，已發表論文
7篇。
218
性質
混合原料油
密度(20℃)/(kg·m)
運動黏度(100℃)/(mm².s-)
餾出質量分數（538℃）/%
w（硫）/%
含殘炭量/(μgg)
含(Ni+V)量/(μggl)
w（瀝青質）/%
項目催化劑類型尺寸/mm 形狀化學組成比表面積/m·g) 孔容/mg·L) 裝填密度/(kg·m)
1線RM-8103 K
RM-5030
RM-8030
RM-8030
RN-8210
RN-850
II線SRH-120
SRH-215
SRH-212
SRH-211
SRH-210
SRH-310
SRH-410
SRH-510
1.2.2 裝填方式
催化劑裝填方式見表3,其中，I線采用“組
合換劑"方式（第4，第5反應器催化劑運行2個
表3催化劑裝填方式
項目第1反應器(URF,1反）
1線RM-8103K/170.8/579
I線SRH-120/173.9/588
注：表中數據依次表示為催化劑牌號/裝填體積（單位m²)/裝填堆比（單位m/kg），催化劑由上到下依次裝填。
2催化劑失活分析
2.1 催化劑失活特征
裝置的長周期運行主要體現在催化劑的利
用率上，催化劑的活性程度、結焦情況、反應器床
層壓降大小等直接影響著其使用壽命[4]。該裝置
UFR特點以及催化劑較高堆比、大的孔隙率等特
石化技術與應用
表1混合原料油和渣油產品的主要性質
I線Ⅱ線
989.55 992.51
69.19 74.02
48.5 47.9
4.1 4.3
11.0 11.1
88.2 91.5
4.2 4.4
表2催化劑主要性質
3.0 球形
5.6 三葉草Mo-Ni
2.5 三葉草Mo-Ni-Co
1.3 三葉草Mo-Ni-Co
1.3 三葉草Mo-Ni
1.3 三葉草Mo-Ni
2.8~3.6 球形
3.7~4.2 三葉草Mo-Ni
2.2~2.8 四葉草Mo-Ni
1.6~2.0 四葉草Mo-Ni
1.1~1.4 四葉草Mo-Ni
1.1~1.4 四葉草Mo-Ni
1.1~1.4 四葉草Mo-Ni
1.1~1.4 四葉草Mo-Ni
第2反應器（2反）
RM-5030/9.1/439
RM-8030/153.1/433
SRH-010/4.6/548
SRH-007/4.6/548
SRH-215/8.1/434
SRH-212/10.6/423
SRH-211/12.3/443
SRH-210/128.2/439
第43卷
性質I線
含氮量/(μg:g) 2.511
渣油產品
w（硫）/%
含殘炭量/(μgg)
含(Ni+V)量/(μg°g")
平均脫硫率/%
平均脫殘炭率/%
Mo 100
269
230
230
180
200
Mo ≥80
90
≥90
≥90
≥90
≥100
≥120
≥140
周期），Ⅱ線為正常換劑方式。
1.3操作條件
裝置主要操作條件見表4。
第3反應器（3反） 第4反應器（4反）
RM-8030/101.0/425 RN-8210/168.6/580
RN-8210/68.4/583
SRH-210/42.6/423
SRH-310/75.0/467
SRH-410/54.8/564
征，使得實際運行期間催化劑失活速率快，5臺反
應器催化劑失活速率顯現出差異化。
2.1.1I線反應器
由圖1可見：I線反應器運行至150d后，1反
溫升開始明顯出現下降拐點，說明UFR催化劑活
性開始快速降低,UFR催化劑失活使得反應溫升
Ⅱ線
2.627
0.56 0.52
4.10 3.95
15.60 14.37
85.5 87.7
62.9 64.5
壓碎強度/(N·cm)
0.64 580
1.03 430
1.05 430
1.05 430
0.62 575
0.59 714
≥0.50 580
≥0.70 440
≥0.70 440
≥0.70 440
≥0.70 435
≥0.60 490
≥0.50 570
≥0.45 580
SRH-410/105.5/549
SRH-510/65.3/577
≥200
≥190
≥130
≥100
≥130
≥150
≥200
≥60
≥70
≥80
≥80
≥100
≥150
>200
第5反應器（5反）
RN-8210/55.9/580
RN-850/155.5/710
SRH-510/27.3/527
SRH-510/186.2/663
第3期
后移；同時,2反、3反自150d后，由于原應在
UFR中反應的部分物質后移使得溫升開始逐漸
上升,250d后2反溫升開始出現下降拐點，說明
2反催化劑活性也開始降低,反應溫升再度向3反、
4反后移；由于3反下部和4反裝填的過渡劑
RN-8210初期活性較低（周期內存在自活化過
程），使得運行至末期仍具有較高活性，充分發揮
了較好的過渡性能；5反脫硫催化劑整個周期內
溫升呈緩慢上升趨勢。
表4I線和II線的主要操作條件
項目1線
運行天數/d 305
總加工量/(萬t) 149.5
平均負荷/% 102.2
新催化劑量/ 258.7
周期催化劑總容金屬量108.6
末期催化劑床層加權平均溫度（CAT)/℃ 397
末期床層最高溫度/℃ 420.0
UFR床層壓降/MPa 0.22
床層最高壓降/MPa 0.36
30
25
5
0 4080120160200240280320
運行時間/d
O—1反下層；●—1反上層；△—2反；△—3反；
口一4反;—5反
圖1I線反應器催化劑床層溫升趨勢
因此，I線1反催化劑最先失活，其次接近
末期2反催化劑失活，而從末期反應溫升可知，
3反、4反、5反催化劑活性仍較好。
2.1.2II線反應器
由圖2可見：Ⅱ線運行至155d后，1反溫升
開始出現下降拐點,說明UFR催化劑活性開始快
速降低，同樣,UFR反應器催化劑失活使得反應
溫升后移；但2反溫升變化不大，一定程度上可
能與該階段2反本身溫升較高有關,對比I線同
時期溫升約高5℃；而隨之更多可反應物質繼續
后移至3反，使得3反溫升自155d后開始逐漸
張鵬等.上流式反應器渣油加氫催化劑失活特征及對策
Ⅱ線
303
148.1
101.8
493.9
115.8
396
418.6
0.21
0.43
·219·
上升，運行至220d后又快速下降，說明3反催化
劑活性自此也開始降低；反應溫升再度后移至過
渡劑的4反，運行至270d后，2反、4反溫升同時
下降，而3反溫升繼續降低，至此，除5反外其余
反應器催化劑均失活明顯。5反催化劑雖然在末
期通過不斷提溫，溫升也出現快速上升來彌補整
體催化劑脫硫率的不足，但整體催化劑脫硫活性
已無法滿足合格產品要求。
30r
25
5
0 4080120160200240280320
運行時間/d
O—1反下層；●—1反上層；△—2反；—3反；
口一4反;—5反
圖2II線反應器催化劑床層溫升趨勢
Ⅱ線1反催化劑最先失活,其次接近末期2反、
3反、4反催化劑逐漸失活，而從末期反應溫升可
知，5反催化劑活性仍較好。
圖1中RM系列催化劑和圖2中SRH系列
催化劑失活特征雖略有差異，但從整體UFR/
VRDS工藝上催化劑的失活順序的基本特征相
似,均為UFR催化劑最先失活，使得反應后移,固
定床催化劑的實際空速增高，需不斷提溫來彌補
加氫深度不足的劣勢。
2.2廢催化劑雜質沉積規律
渣油加氫催化劑失活的主要原因是積炭和
金屬沉積[5-61,為更好地分析催化劑失活規律，對
I/IⅡ線卸出的催化劑進行分析對比。
2.2.1金屬沉積量
由圖3可見：I/Ⅱ線裝填于不同位置的催化
劑總金屬沉積量存在較大差異，2反催化劑沉積
的金屬最多,其次為3反中上部,再次之為1反，
而4反、5反催化劑上沉積的金屬量最少，這符合
UFR/VRDS催化劑級配裝填的基本規律。
I/Ⅱ線的1反第1床層內催化劑在運行周
期內金屬沉積量接近，廢催化劑上金屬沉積占新
鮮催化劑的質量分數約為41%，I/Ⅱ線的1反
220·
第2床層內催化劑在運行周期內金屬沉積量占
比新鮮催化劑質量分數分別約為23.5%，
28.0%，Ⅱ線廢催化劑金屬沉積略高于I線，與周
期內催化劑金屬脫除率基本吻合。
100r
80
60
40
20
0
圖3I/II線廢催化劑金屬沉積質量分數對比
I/Ⅱ線的2反催化劑均在運行周期內沉積
了較高含量的金屬，但仍存在較大差異。I線和
Ⅱ線的2反廢催化劑最高金屬沉積量約占比新
鮮催化劑質量分數分別為88%,62%。由于I/Ⅱ
線2反脫金屬主催化劑裝填比例存在一定差異，
也因此廢催化劑上金屬沉積量存在一定差異。前
3臺反應器催化劑在運行周期內沉積了更多的金
屬，,而在4反、5反催化劑上沉積的金屬含量相對
較低。
2.2.2積炭量
由圖4可見：I/Ⅱ線催化劑上積炭量差異較
大，I線催化劑上整體的積炭量相對均勻，Ⅱ線
廢催化劑的積炭量較高，積炭質量分數最高為新
鮮催化劑的109%，一定程度上可能與該周期原
料偏重和2反持續較高的溫升有關，催化劑承擔
120
100
80
60
40
20
0
圖4I/II線廢催化劑積炭質量分數對比
石化技術與應用
了較多的加氫脫硫、脫金屬作用，對比I線，Ⅱ線
運行初期和中期產品渣油金屬含量更低，也因此
使得催化劑的金屬沉積速率更快；同時，也更多
的進行了殘炭、瀝青質等大分子的轉化，使得催
化劑有更高的積炭和結焦。
I/Ⅱ線的3反、4反、5反的廢催化劑中積炭
量均較低，并結合金屬沉積量也較低，結合圖2
和圖3末期溫升，也在一定程度上說明了4反、
5反催化劑仍具有一定活性。綜上，5臺反應器催
化劑的失活程度存在較大差異。
2.3催化劑運行優化
乙提中乙提中
2 2
口一I線；■一Ⅱ線
1提中2 2
口一I線；■一Ⅱ線
第43卷
1提中2
2.3.1問題
從UFR/VRDS裝置多個運行周期催化劑運行
規律中發現，均存在催化劑失活速率不同步的問
題。對比廢催化劑分析,UFR催化劑雖裝填在最前
端，但其承擔脫金屬催化劑功能的主劑容金屬能
力遠低于VRDS脫金屬主劑,且在實際中UFR催
化劑均最早出現溫升拐點，使得反應溫升在運行
中后期開始后移，后部反應器也因此需要承擔更
多加氫脫硫、脫金屬的功能,致使整體催化劑級配
的性能發揮與裝置長周期運行存在矛盾制約。
2.3.2對策
采取優化催化劑級配，合理的溫升匹配控制
各反應器催化劑的失活速率，防止單臺反應器過
早提前失活導致溫升后移，使后部反應器承擔更
高的加氫負荷。同時，創新采用周期催化劑“組合
換劑”兩段式操作模式，前一運行周期只更換前
3臺反應器催化劑,后2臺反應器催化劑運行2個
周期，可以提高催化劑利用率。
2.3.3效果
通過實施“組合換劑”方案，將UFR及前部易
提前失活催化劑按單周期（即330d)運行，而為
了充分提高仍有活性催化劑的利用率，將后部失
活速率慢的催化劑按雙周期（即600d)運行。工
業應用表明，采用“組合換劑”方案后，每個組合
周期新鮮催化劑使用量可節約25%，每噸催化劑
處理渣油量由3247t提高至4330t，催化劑整體
利用率提高約33.2%。
提中s 3結論
a.UFR/VRDS工藝渣油加氫裝置催化劑失活
規律為：UFR反應器催化劑最先失活，其次固定
第3期張鵬等.上流式反應器渣油加氫催化劑失活特征及對策221
床2反、3反在承擔更多脫金屬作用后在運行中
后期先后出現催化劑失活，4反、5反催化劑活性
相對較好。
b.UFR催化劑容金屬能力、積炭量均低于固
定床脫金屬催化劑,存在UFR催化劑與后部固定
床催化劑失活不同步的問題。
c.通過優化催化劑級配裝填，根據各床層催
化劑失活速率差異控制合理的溫升匹配，并采用
兩段式“組合換劑”等優化方案，解決了該裝置催
化劑失活速率不同步的問題,將脫硫催化劑使用
時間由330d延長至超過600d，催化劑利用率提
高33.2%，可節約新鮮催化劑25%，有效降低了裝
置催化劑使用成本。
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Deactivation characteristics and countermeasures of
residue hydrogenation catalyst in upflow reactor
ZHANG Peng, WANG Xin-gang, YU Chang-wang
(Hydrogen Operation Department , Quanzhou Petrochemical Co Ltd , SINOCHEM, Quanzhou 362103, China)
Abstract: The operation status of residue hydrogenation
catalysts (RM series and SRH series) in
the combination process of upflow reactor and
fixed bed reactor （UFR/VRDS） was investigated
in 3.3 Mt/a residue hydrotreating unit of Quanzhou
Petrochemical Co Ltd of SINOCHEM. The deactivation
characteristics and rules of catalysts were analyzed,
and countermeasures were proposed. The results
showed that UFR catalyst deactivated first, followed
by the fixed bed reactors of No.2 and No.3,
which experienced catalyst deactivation in the later
stages of operation after taking on more demetallation.
The catalyst activity in reactors of No.4 and No.5
was good relatively. The metal holding capacity and
carbon deposition of UFR catalyst were lower than
those of fixed bed demetallation catalyst, and there
was a problem of asynchronous deactivation of graded
catalyst. By optimizing the catalyst grading and
adopting a two-stage "combination agent exchange"
optimization scheme, the usage time of desulfurization
catalyst was extended from 330 d to over 600 d,
catalyst utilization rate was increased by 33.2%, and
fresh catalyst was saved by 25%. The catalyst cost of
the unit was reduced effectively.
Key words: residue hydrogenation; catalyst; upflow
reactor; fixed bed reactor; catalyst deactivation

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