加氫催化劑規(guī)整化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用

1、評 議 材 料加氫催化劑規(guī)整化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用中國石化催化劑有限公司長嶺分公司二0一四年六月本文件需要保密。如果事先沒有經(jīng)過中國石化催化劑有限公司的書面許可，不得泄露本文件全部或任何部分的內(nèi)容。本文件的版權(quán)屬于中國石化催化劑有限公司。權(quán)利保留。如果事先沒有經(jīng)過版權(quán)所有者的書面許可，本文件全部或任何部分的內(nèi)容都不得以任何方式復(fù)制、保存，也不得以任何形式（電子、機(jī)械、復(fù)印、錄音或其它方式）傳播。課題名稱：加氫催化劑規(guī)整化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用完成單位：中國石化催化劑有限公司長嶺分公司主要工作人員： 報(bào)告編寫：王鑫 報(bào)告校對： 報(bào)告審核：批 準(zhǔn) 人： 目 錄1項(xiàng)目背景12 條狀催化劑規(guī)整化技術(shù)現(xiàn)狀12.2

2、.1 圓筒切粒機(jī)12.2.2 圓盤振動篩33 規(guī)整化（切粒和分級）技術(shù)設(shè)計(jì)及開發(fā)43.1 設(shè)計(jì)原理43.1.1 切粒機(jī)設(shè)計(jì)原理43.1.1.1長度>H的物料切斷過程43.1.1.2長度H的物料切斷過程53.1.2 分級機(jī)設(shè)計(jì)原理63.1.2.1 長度>H物料的分級63.1.2.2 長度在x-H物料的分級（x為較小長度）73.2設(shè)備開發(fā)73.2.1圓盤式切粒機(jī)的開發(fā)73.2.2 滾筒式分級機(jī)的開發(fā)84 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)95實(shí)施效果95.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量105.2 提高生產(chǎn)效率，降低制備能耗105.3提高產(chǎn)品收率，環(huán)境友好115.4新的技術(shù)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，故障率低116結(jié)論111項(xiàng)目背景隨著石

3、油煉制工藝的不斷升級，對煉油催化劑的綜合性能要求也越來越高，除了對催化劑的化學(xué)性能要求較高外，催化劑密相裝填技術(shù)的發(fā)展對其物理長度要求也越來越苛刻。催化加氫過程多為固定床反應(yīng)裝置，在催化加氫的固定床反應(yīng)過程中，要求催化劑具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性，實(shí)際上僅此方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為了使加氫催化劑充分發(fā)揮效率，還要求催化劑在反應(yīng)器床層中的顆粒形狀、長短大小和裝填情況等處于最佳狀態(tài)，才能使催化劑的效率在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中達(dá)到最大值。加氫催化劑大多為條狀，在固定床反應(yīng)過程中，氣液相物流分配的均勻性對于催化劑活性的發(fā)揮有著重要作用，而氣液相物流分配的均勻性又與催化劑在反應(yīng)器中裝填的好壞直接相關(guān)。當(dāng)催化劑長短

4、不均勻時(shí)，在反應(yīng)器的裝填過程中，容易使催化劑床層各部位的孔隙不一致，引起物料流動阻力及壓降不同，使物料走短路，形成溝流和床層溫度分布不均，致使一部分催化劑起不到催化作用而成為反應(yīng)器中的死角，大大降低了催化劑的使用效率，催化劑條長均勻性可以提高煉油裝置運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，條長均勻、堆比穩(wěn)定的催化劑，在裝填反應(yīng)器前，能準(zhǔn)確的計(jì)算出所需要的催化劑數(shù)量，避免因裝填量多或量少帶來額外的退劑或補(bǔ)劑問題。因此，開發(fā)和利用專用的催化劑規(guī)整化技術(shù)，將能有效解決我公司目前加氫類催化劑外形規(guī)整度和均勻性不好的現(xiàn)狀，是未來加氫催化劑發(fā)展的必然趨勢。2 條狀催化劑規(guī)整化技術(shù)現(xiàn)狀國內(nèi)加氫催化劑在活性方面與國外不相上下，甚至

5、在某些方面還優(yōu)于國外劑，但在條形外觀上還是存在一定差距。條狀催化劑的規(guī)整化技術(shù)一直是國內(nèi)各家催化劑廠努力攻克的課題，到目前為止還沒有很完善的技術(shù)；隨著加氫劑密相裝填技術(shù)的應(yīng)用和推廣，規(guī)整化（即切粒和分級）技術(shù)問題已成為加氫催化劑生產(chǎn)中迫切解決的瓶頸問題，也成為產(chǎn)品市場競爭力的重要問題。目前，通用的加氫催化劑規(guī)整化流程是：條狀干燥物料進(jìn)入圓筒切粒機(jī)切粒，切粒后干燥條進(jìn)入振動篩分級，分離出細(xì)顆粒和長條，即目前規(guī)整化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是圓筒切粒機(jī)與振動篩。2.2.1 圓筒切粒機(jī)圓筒切粒機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，圖1 圓筒切粒機(jī)示意圖 圓筒切粒機(jī)工作原理：擠條成型干燥條從下料口進(jìn)入轉(zhuǎn)筒內(nèi)，由于轉(zhuǎn)筒和轉(zhuǎn)軸分別通

6、過電機(jī)帶動以相反方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上切刀把物料逆時(shí)針拋開，同時(shí)轉(zhuǎn)筒把物料順時(shí)針拋開，此時(shí)物料在轉(zhuǎn)筒和切刀的共同作用下切斷。具體過程是:一部分物料在切刀和擋板相向運(yùn)行的作用下，發(fā)生碰撞和擠壓斷裂；另一部分物料在刀片的攪拌作用下，把物料拋向轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁，由于慣性碰撞斷裂；第三部分是物料與物料之間相互擠壓斷裂。由于整個(gè)圓筒切粒機(jī)安裝基準(zhǔn)與水平面存在一定夾角(見圖1)，物料從下料口進(jìn)入，經(jīng)過反復(fù)的上述作用，物料反復(fù)斷裂，長度變短，物料在自身重力下滑力作用下，伴隨轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)逐漸從轉(zhuǎn)筒的出料口出料。圓筒切粒機(jī)在運(yùn)行過程中存在以下問題：a、整個(gè)過程物料的斷裂完全是隨機(jī)的，不定的，切粒長度分布不可控。b、物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)

7、連續(xù)被拋高、落下，滯留時(shí)間長，降低了切粒效率，制約了處理能力（100kg/h）；c、出粉率高（4-5%左右），收率低，現(xiàn)場粉塵大；轉(zhuǎn)筒運(yùn)行過程噪音大，工作環(huán)境惡劣；基于圓筒切粒機(jī)的工作原理，導(dǎo)致切粒長度難以控制，出粉多，即便調(diào)整轉(zhuǎn)筒和切刀轉(zhuǎn)速，長度分布仍不理想。如表1為催化劑樣品經(jīng)圓筒切粒機(jī)切粒后條長分布情況。表1 轉(zhuǎn)筒切粒機(jī)切粒條長分布條長分布/%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm轉(zhuǎn)筒切粒樣品110.520.349.819.46.48樣品213.222.146.618.16.21樣品315.426.541.216.96.07 由表1可以看出，經(jīng)圓筒切粒機(jī)切粒催化劑樣品，條長分布比較彌

8、散，平均條長在6mm以上，容易造成催化劑在裝填過程中堆比波動大，運(yùn)行不穩(wěn)定。2.2.2 圓盤振動篩經(jīng)過圓筒切粒機(jī)處理過的物料（長短不一，還有很多細(xì)粉），進(jìn)入振動篩分級，如圖2所示。振動篩核心部件是圖2中右圖篩網(wǎng)（放大效果），振動篩設(shè)置有振動電機(jī)，篩網(wǎng)隨設(shè)備振動，達(dá)到分級的效果。篩網(wǎng)對于類似大米、大豆等圓形或橢圓形物料的篩分是有效的，但對于條狀催化劑物料無法達(dá)到篩分的效果，條狀物料一起作用便形成“架橋”，只有細(xì)粉和個(gè)別短條從篩網(wǎng)中通過，無法達(dá)到加氫劑分級目的和滿足客戶要求，如表3為振動篩分級后樣品條長分布。 圖2：振動篩(左圖為實(shí)物圖，右圖為放大篩網(wǎng))表2 振動篩分級催化劑樣品條長分布條長分布/

9、%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm振動篩分級樣品111.421.248.618.86.15樣品214.019.151.915.06.41樣品310.615.951.022.56.68 由表2可以看出，振動篩分級后，小于2mm和大于8mm條長所占比例較大，條長分布不集中3 規(guī)整化（切粒和分級）技術(shù)設(shè)計(jì)及開發(fā)3.1 設(shè)計(jì)原理3.1.1 切粒機(jī)設(shè)計(jì)原理從圖1圓筒切粒機(jī)工作原理可以看出，其最大的問題就是物料的斷裂完全是隨機(jī)的，不定的；要解決現(xiàn)有切粒技術(shù)存在的問題，就是設(shè)計(jì)出新型的切粒機(jī)，其切粒過程是確定的，不是隨機(jī)的，并且過程是可控的，實(shí)現(xiàn)切粒條長的均勻性分布。經(jīng)過反復(fù)論證與試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出

10、圖3所示的圓盤式切粒機(jī)模型。從圖3中可以看出，核心部件主要包括定位套、上篩板、切刀；其中上篩板開圓形篩孔(孔徑為)，下篩板開寬度為B的U形落料槽，落料槽的位置與U形落料槽的位置錯開；H為上下篩板間距，h為切刀與上篩板間距，切刀以速度V去切物料；這里參數(shù)、H、h、V對物料的長度都有影響。圖3 切粒機(jī)工作原理示意圖3.1.1.1長度>H的物料切斷過程長度>H的物料從上篩板孔中落入時(shí)，由于上下篩板開孔位置是錯開的，故物料停留在下篩板上，如圖3所示物料1，切刀以速度V過，物料在切刀作用下形成2-3段長度<H物料（段數(shù)主要由轉(zhuǎn)速V決定），如圖4所示。切斷后的物料從下篩板U形落料孔落料，

11、完成切粒過程。圖4 物料1切斷示意圖圖5 物料1落料過程3.1.1.2長度H的物料切斷過程長度H的物料從上篩板的篩孔中落入時(shí)，由于上下篩板間間隙為H，故物料平躺在下篩板上（或直接從下篩板的U形落孔落料），如圖3所示的物料2。在切刀的碰撞作用下直接從下篩板的U形落孔落料，如圖6所示，完成長度<H的物料不再經(jīng)過切斷而直接落料的過程。圖6 物料2落料過程經(jīng)過上述過程，可以初步得到長度H的期望物料，初步達(dá)到規(guī)整化的要求。但是一部分長度大于H的物料（個(gè)別物料在振動或其他因素影響下未經(jīng)切刀作用）直接進(jìn)入下篩板孔物料料；在長度H的物料中，一部分長度太短，這就要求我們根據(jù)長度進(jìn)行分級。3.1.2 分級機(jī)

12、設(shè)計(jì)原理經(jīng)過切粒后的條狀催化劑樣品，條長分布不均勻，甚至含有少量細(xì)粉，如何最大程度分離出具有合適粒度分布的催化劑樣品，是要解決的分級問題；傳統(tǒng)篩網(wǎng)式分級設(shè)備對圓形或橢圓形物質(zhì)比較有效，但不能滿足條狀催化劑的分級要求。參照盲孔有輸送物料的能力，但物料超出孔后就會溢掉的原理，試驗(yàn)性的開發(fā)了擁有核心部件篩筒的分級模型。篩筒結(jié)構(gòu)如圖7所示，篩筒長為L，直徑為D，篩筒內(nèi)徑布滿海量直徑d（篩筒前段孔徑大于后段孔徑），深為h的小孔（盲孔，即料不會通過孔達(dá)到篩筒的外徑，只能在篩筒的內(nèi)部）。物料在小孔受自身重力G，離心力P，支持力N。除了重力G，離心力P和支持力N對物料分級有影響外，篩筒參數(shù)D、L、h、d、也是

13、影響物料分級的重要參數(shù)。圖7 篩筒結(jié)構(gòu)示意圖分級過程如下：3.1.2.1 長度>H物料的分級長度>H物料如圖7所示的物料1，當(dāng)條狀物料1進(jìn)入篩孔（前段篩孔較大），并伴隨篩筒一起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于物料1長度>H，即大于h，在°角度范圍內(nèi)篩孔內(nèi)脫落。同時(shí)由于進(jìn)料端高于出料端，則物料1伴隨篩筒的旋轉(zhuǎn)慢慢從一級出料口（篩筒在一級出料口處開槽）出料，物料長度>H。3.1.2.2 長度在x-H物料的分級（x為較小長度）當(dāng)H的物料如圖7中物料2，由于其長度小于h，其在隨篩筒一起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的過程中，在°角度范圍內(nèi)不會從篩孔內(nèi)脫落，而是在°角度范圍便從篩孔中落

14、入下料槽，并從下料槽進(jìn)入篩筒的后段（后段孔徑和深度均小于前段）。進(jìn)入后段的物料在后段篩筒的作用下，尺寸在x-H范圍內(nèi)的物料長度大于后段篩孔參數(shù)，在°角度范圍內(nèi)從篩孔內(nèi)脫落，物料2伴隨篩筒的旋轉(zhuǎn)從二級出料口出料，物料長度范圍為x-H。同樣原理，少量<x物料從篩筒末端出料。3.2設(shè)備開發(fā)3.2.1圓盤式切粒機(jī)的開發(fā)從2.1.1中可以看出，切粒機(jī)的核心部件為上篩板、下篩板和切刀，如圖8為所設(shè)計(jì)圓盤式切粒機(jī)，主要由11大部件組成。圖8 圓盤式切粒機(jī)（1、振動篩出料口，2、機(jī)架，3、切刀調(diào)整裝置，4、 刮刀，5、料筒，6、聯(lián)軸器部件，7、電機(jī)減速機(jī)，8、上篩板，9、調(diào)整圈，10、切刀，1

15、1、下篩板）從圖8中可以看出，設(shè)備由電機(jī)減速機(jī)給切刀提供動力，物料在刮拌刀作用下使物料進(jìn)入上篩板中的篩孔；切刀調(diào)整裝置用來調(diào)整上下篩板間間距H，來控制物料長度；振動篩和切粒機(jī)既相互結(jié)合，又互相獨(dú)立，對切粒物料初步分級，篩除細(xì)粉。通過調(diào)整上下篩板間距和切刀轉(zhuǎn)速調(diào)整物料條長分布，實(shí)現(xiàn)操作過程和物料長度可控，為新型規(guī)整化技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。相關(guān)實(shí)物圖片如下：圖9實(shí)物切粒機(jī)經(jīng)過圓盤式切粒機(jī)切粒物料，其條長分布遠(yuǎn)比原圓筒式切粒機(jī)集中和均勻，但要滿足日益嚴(yán)格的催化劑裝填要求，還需要開發(fā)相應(yīng)的分級機(jī)。3.2.2 滾筒式分級機(jī)的開發(fā)根據(jù)分級機(jī)的設(shè)計(jì)原理可以看出，分級機(jī)的核心部件為篩筒和下料槽，篩筒需要平

16、穩(wěn)轉(zhuǎn)動。滾筒分級機(jī)運(yùn)行過程中電機(jī)減速機(jī)帶動托輥轉(zhuǎn)動，托輥通過摩擦帶動篩筒平穩(wěn)轉(zhuǎn)動（圖10為分級機(jī)虛擬圖）。其工作特點(diǎn)：a、可以依據(jù)條長把物料一次性分三級，分級效率高；b、分級精度高，所需區(qū)間條長分布能達(dá)到80%以上；c、不存在物料再次破碎情況，收率高。圖10分級機(jī)虛擬圖圖11 實(shí)物分級機(jī)4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)關(guān)于條狀加氫催化劑規(guī)整化專用設(shè)備和技術(shù)，國內(nèi)外文獻(xiàn)和專利主要集中在塑料領(lǐng)域切粒及濕法切粒，還未見國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)和銷售加氫催化劑切粒和分級技術(shù)專用設(shè)備，目前所使用規(guī)整化技術(shù)均是從其它行業(yè)設(shè)備改造產(chǎn)生，切粒分級效果差，出粉率高，圓盤式切粒機(jī)和滾筒式分級機(jī)的設(shè)計(jì)和開發(fā)能滿足加氫催化劑制備過程中對于粒度分布

17、的要求，過程可控，具有創(chuàng)新性。5實(shí)施效果催化劑長嶺分公司自2011年開始實(shí)施圓盤式切粒機(jī)和滾筒式分級機(jī)項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)施以來，效果良好。5.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量采用新型切粒和分級技術(shù)后，催化劑產(chǎn)品規(guī)整度和均勻性好，條長可控，能夠滿足不同用戶的需求，在很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，如表3為項(xiàng)目實(shí)施前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（孔板規(guī)格為D1.4蝶形）：表3 新舊規(guī)整化技術(shù)生產(chǎn)催化劑條長分布數(shù)據(jù)條長分布/%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm舊規(guī)整化技術(shù)20109.7819.8446.1124.276.62新型規(guī)整化技術(shù)20111.423.6489.725.215.1120120.899.7388.890.494.

18、5620132.1912.3783.212.234.3120141.149.4986.163.214.22 由表3可以看出，新型規(guī)整化技術(shù)同舊的規(guī)整化技術(shù)相比，新技術(shù)生產(chǎn)的催化劑產(chǎn)品規(guī)整度和均勻性更好，條長分布80%以上集中在3-8mm，在很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了客戶要求。5.2 提高生產(chǎn)效率，降低制備能耗采用新型切粒和分級技術(shù)后，大大提高了切粒和分級工序效率，擠條日產(chǎn)量由2010年的2.88t混粉提高至2012年的4.6t，制備日電耗由2010年的20431kw·h降至2012年的10594kw·h，在很大程度上消除了因原圓筒切粒機(jī)處理量小而產(chǎn)生的加氫催化劑制備瓶

19、頸，大幅度降低了制備能耗，如表3為項(xiàng)目實(shí)施前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（孔板規(guī)格為D1.6蝶形）：表4新舊技術(shù)生產(chǎn)過程產(chǎn)量和電耗數(shù)據(jù)工藝方法年份擠條量 t混粉/天電耗 Kwh/t舊規(guī)整化技術(shù)2010年2.8820431新型規(guī)整化技術(shù)2011年3.60164352012年4.60105942013年4.44103022014年4.5610421注：電耗包括擠條、干燥及載體焙燒用電量。5.3提高產(chǎn)品收率，環(huán)境友好采用新型切粒和分級技術(shù)后，提高了產(chǎn)品收率，由新技術(shù)使用前的2010年收率96.16%提高至新技術(shù)使用后2013年收率97.13%，同時(shí)，產(chǎn)量也有較大幅度提高。由于新技術(shù)的使用，切粒和分級過程中出粉少，噪音小，現(xiàn)場環(huán)境得到改善，如表5為新技術(shù)使用前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（2014年產(chǎn)量和收率統(tǒng)計(jì)至6月份）：表5 新技術(shù)實(shí)施前后產(chǎn)量和收率工藝方法年份年產(chǎn)量/t收率/%舊規(guī)整化技術(shù)2010年1748.72696.16新型規(guī)整化技術(shù)2011年2043.56496.472012