荊門催化裂解裝置催化劑磨損和跑劑的控制-

1、荊門催化裂解裝置催化劑磨損和跑劑的控制羅 勇1 張瑞弛2(1.中國石化股份公司荊門分公司,湖北荊門448002; 2.石油化工科學(xué)研究院摘要 中國石化股份公司荊門分公司催化裂解(DCC裝置由于進(jìn)料噴嘴等處線速過高,催化劑受到較大磨損后細(xì)粉含量上升,引起再生器跑劑,實(shí)施控制后取得較好效果。催化劑損耗從1.2 kg/t降到0.8kg/t。關(guān)鍵詞:催化裂解 催化劑 磨損 控制1 前 言中國石化股份公司荊門分公司催化裂解(DCC裝置1999年下半年第二周期開工以來,由于催化劑在反 再系統(tǒng)循環(huán)時(shí),一些部位氣固線速和加速度過高,催化劑受到較大的磨損,040 m 粒度細(xì)粉含量超過30%,加上再生器旋風(fēng)分離器

2、入口線速超高,造成較大的跑劑。通過原因分析和技術(shù)改造,催化劑消耗量逐漸恢復(fù)到正常,取得了較好的效果。2 催化劑磨損分析2.1 平衡催化劑細(xì)粉含量和由來該裝置第二周期運(yùn)轉(zhuǎn)(1999年10月起以來,平衡催化劑細(xì)粉含量增加較快。020 m細(xì)粉由1.2%增加到5.4%,2040 m細(xì)粉由19.4%增到27.0%,平均粒度由60.5 m降到52.5 m(表1。表1 平衡催化劑篩分組成項(xiàng) 目 1998 121999 041999 101999 12篩分組成( /%020 m 1.2 1.2 4.5 5.4新鮮催化劑的040 m細(xì)粉含量一般小于18%,在工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),由于細(xì)粉流失率比大顆粒要高,故平衡催化

3、劑040 m細(xì)粉一般小于新劑細(xì)粉含量。如果平衡劑中細(xì)粉含量超過新鮮催化劑細(xì)粉含量較多,說明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)催化劑顆粒大量破碎或磨損成為細(xì)粉。其原因:一是高溫水熱工況下催化劑顆粒水熱崩碎產(chǎn)生大量細(xì)粉;二是催化劑顆粒在反 再系統(tǒng)循環(huán)時(shí)受到較大磨損產(chǎn)生大量細(xì)粉。為確定平衡催化劑細(xì)粉是在哪一種情形下產(chǎn)生的,進(jìn)行了考察:當(dāng)裝置平衡催化劑分析顯示040 m細(xì)粉含量上升到30%時(shí),采集三旋風(fēng)分離器出入口煙氣固體顆粒的樣品進(jìn)行分析,電子顯微鏡照片顯示固體顆粒為葡萄形狀,顆粒比較光滑、圓潤,說明催化劑顆粒破碎較輕;另外再生器沒有注汽或注水,再生溫度一直不超高,可以判定,是磨損而不是水熱崩碎造成的大量細(xì)粉。2.2 各部

4、位磨損分析催化劑在反 再兩器之間循環(huán),系統(tǒng)藏量約100t,循環(huán)量約800t/h,平均每8min可以循環(huán)1次,在這樣高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中,如果一些部位的線速過高,則對(duì)催化劑磨損影響較大。(1高預(yù)熱溫度導(dǎo)致提升管原料噴嘴處線速過高。提升管原料噴嘴屬于旋流型式,原料油和霧化蒸汽在噴嘴內(nèi)混合霧化。原料油以預(yù)熱溫度進(jìn)入,霧化蒸汽溫度達(dá)系統(tǒng)過熱溫度,這兩種物流混合后相互傳熱,達(dá)到混合溫度。噴嘴實(shí)際出口流量和線速見表2。表2 原料噴嘴出口線速項(xiàng) 目標(biāo)1標(biāo)2標(biāo)3原料進(jìn)料量/t h-1102102102收稿日期:2001 05 22。作者簡介:羅勇,1982年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東,高級(jí)工程師。石 油 煉 制 與 化

5、工2001年12月 PETROLEUM PROCESSING AND PE TROC HE M ICALS 第32卷第12期原料噴嘴霧化的物流與從預(yù)提升管上升的催化劑氣固流接觸,進(jìn)行反應(yīng)。催化劑氣固流的預(yù)提升速度只有5m/s左右,而霧化流的速度達(dá)到110 m/s,故催化劑顆粒瞬間的相對(duì)速度達(dá)到100m/s,瞬間受到的動(dòng)能和磨損較大。(2提升管出口分布板結(jié)焦線速過快。裝置屬于DCC工藝,為了多產(chǎn)氣體,設(shè)置了反應(yīng)床層,所以提升管出口設(shè)計(jì)成多孔分布板,但由于產(chǎn)品方案的改變并沒有使用反應(yīng)床層,故分布板實(shí)際上作為出口快分裝置使用。多孔分布板由兩塊分布板組成:內(nèi)分布板位于提升管的中心,有三排50mm孔共4

6、8個(gè);外分布板有4排50mm孔共166個(gè),總流通面積0.42m2。提升管內(nèi)徑1.5m,油氣流量最大約60000 m3/h,平均流速為9.5m/s,其中固體催化劑流量約800t/h,固體質(zhì)量流速約125kg/(m2 s。油氣流到了提升管出口,油氣由9.5m/s瞬間加速到40 m/s;固體由125kg/(m2 s加速到530kg/(m2 s,催化劑顆粒瞬間受到較大的碰撞擠壓力,造成一定的磨損。1999年11月裝置臨時(shí)停工搶修,發(fā)現(xiàn)提升管出口分布板約有1/3分布孔結(jié)焦堵塞不能流通,實(shí)際流通面積減少到約0.28m2,油氣出口線速達(dá)到60m/s,固體質(zhì)量流速超過800kg/(m2 s,迅速增長的出口線速

7、和加速度對(duì)催化劑顆粒產(chǎn)生了更大的磨損。檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)有約80個(gè)提升管出口分布板的耐磨短管嚴(yán)重磨損,也是一個(gè)有力的佐證。(3油漿噴嘴結(jié)焦后提升管流通面積減少,線速過快。裝置油漿噴嘴位于原料和回?zé)捰蛧娮斓纳戏?結(jié)焦嚴(yán)重時(shí),提升管油漿噴嘴處流通面積堵塞2/3左右,估算油漿噴嘴處油氣實(shí)際線速達(dá)到40m/s,催化劑質(zhì)量流速約500kg/(m2 s,通過油漿噴嘴處油氣中催化劑顆粒也受到較大的磨損。(4再生二密床流化風(fēng)內(nèi)分布環(huán)過孔線速較高。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)再生二密床松動(dòng)風(fēng)為180 220m3/min時(shí),二密床分布管的平均過孔線速為45m/s。分布管有外環(huán)和內(nèi)環(huán),外環(huán)有246個(gè)噴嘴,內(nèi)環(huán)有114個(gè)噴嘴。內(nèi)外環(huán)為

8、同一進(jìn)氣設(shè)計(jì),風(fēng)從外環(huán)進(jìn)入,后分二路進(jìn)入內(nèi)環(huán)。因內(nèi)外環(huán)阻力降不同可能導(dǎo)致氣體走短路,使內(nèi)外環(huán)的風(fēng)量分配不均。外環(huán)噴嘴雖多但進(jìn)風(fēng)少,噴嘴線速過低;內(nèi)環(huán)進(jìn)風(fēng)多,噴嘴雖少線速過高,所以內(nèi)環(huán)對(duì)床層的催化劑磨損較大。2.3 催化劑磨損后細(xì)粉含量升高引起再生器跑劑氣固物料經(jīng)過反應(yīng)沉降器和再生器稀相分離空間后,仍有一部分平衡劑顆粒隨著氣體進(jìn)入反 再系統(tǒng)的旋風(fēng)分離器,經(jīng)過旋風(fēng)分離器高效分離后,絕大部分顆粒從旋風(fēng)分離器料腿返回,但仍有一些顆粒從旋風(fēng)分離器升氣管與氣體一起逸出器外而跑損。由于反應(yīng)旋風(fēng)分離器線速不高,所以平衡催化劑細(xì)粉含量上升對(duì)反應(yīng)跑劑影響不大,這一點(diǎn)從油漿固含量變化不大得到證實(shí);由于再生旋風(fēng)分離器

9、線速比較高,細(xì)粉含量影響較大,主要表現(xiàn)在再生跑劑明顯增大。根據(jù)文獻(xiàn)1,再生一級(jí)入口線速的上限為21m/s,實(shí)際線速達(dá)到2526m/s;再生二級(jí)入口線速的上限為24m/s,實(shí)際線速達(dá)到2830m/s。同時(shí),根據(jù)Tesoriero方法2和石油大學(xué)時(shí)銘顯公式3計(jì)算損耗,得出催化劑細(xì)粉多,劑耗大。第一周期旋風(fēng)分離器入口線速也比較高,但由于平衡催化劑細(xì)粉少,跑劑量僅0.30.6kg/t;而在相同的旋風(fēng)分離器入口線速下,第二周期由于平衡催化劑細(xì)粉超高,再生跑劑達(dá)到1kg/t以上。說明旋分器入口細(xì)粉含量和跑劑量是成正比的關(guān)系。3 磨損控制3.1 提升管原料噴嘴線速過高的控制據(jù)專家介紹,原料噴嘴線速在80m/

10、s以下可以控制催化劑的磨損。按原料噴嘴的設(shè)計(jì)工況進(jìn)行了計(jì)算,并采取以下措施:(1降低霧化蒸汽量,將霧化蒸汽的比例控制在原料油進(jìn)料的5%;(2降低原料預(yù)熱溫度,控制在250左右。3.2 提升管出口線速過高的控制停工檢修,清理提升管出口分布板的結(jié)焦,消除了因流通面積減小而加快油氣線速導(dǎo)致催化劑磨損的因素。但清焦并不是一勞永逸的解決辦法,這種出口分布板型式即使不結(jié)焦,其線速也達(dá)到了40m/s。設(shè)想如果長期不使用床層反應(yīng)器,可以將出口分布板改成出口快分型式。3.3 油漿噴嘴處線速過高的控制裝置原來回?zé)捰蜐{量較大,為1015t/h,油漿回?zé)挶葹?.100.15。該油漿的密度超過1.0 g/cm3,稠環(huán)芳

11、烴含量高達(dá)40%50%。再生催化劑經(jīng)過原料噴嘴后成為帶炭催化劑,活性由60%26 石 油 煉 制 與 化 工 2001年 第32卷70%下降到30%以下,再經(jīng)過回?zé)捰蛧娮炫c回?zé)捰头磻?yīng)后,活性降得更低,到達(dá)油漿噴嘴時(shí),過低的活性不能保證油漿的裂化效果,使得富含稠環(huán)芳烴的油漿以熱裂化縮合生焦為主,故油漿噴嘴處結(jié)焦比較嚴(yán)重,提升管流通面積縮小,線速增大。解決油漿噴嘴結(jié)焦的方法除了清焦以外,簡單有效的辦法是降低油漿回?zé)捔炕蛲Ｖ够責(zé)?即逐步做到單程轉(zhuǎn)化。將油漿回?zé)捔亢突責(zé)挶冉档?t/h 和0.05以下,今后當(dāng)摻渣率上升時(shí),還要停止油漿回?zé)挕?.4 再生二密床內(nèi)分布環(huán)過孔線速過高的控制要對(duì)二密床流化風(fēng)的分

12、布管作一些改進(jìn),將風(fēng)的進(jìn)入方式由一路改為三路或三段進(jìn),合理設(shè)計(jì)風(fēng)分布管和噴嘴,可以消除風(fēng)走內(nèi)環(huán)短路,降低內(nèi)環(huán)噴嘴過孔線速,控制床層催化劑的過度磨損。國內(nèi)同類型裝置也進(jìn)行過這種改造,效果很好。4 實(shí)施磨損控制后的效果對(duì)磨損實(shí)施控制后,平衡劑中020 m的細(xì)粉由4%5%減少到0.2%0.6%,2040 m細(xì)粉由25%27%降低到18%19%,平均粒度由52.053.5 m升到5758 m。跑劑損耗逐月下降,由1.2kg/t已降到0.6 0.7kg/t,扣除反應(yīng)跑劑,再生跑劑為0.5 0.6kg/t,平衡催化劑細(xì)粉含量明顯減少,尤其是020 m細(xì)粉大幅度減少對(duì)再生跑劑損耗的下降尤其有利。由表3和表4

13、可見,2000年大半年跑劑損耗呈緩慢下降趨勢(shì),似乎和020 m細(xì)粉的下降幅度對(duì)應(yīng)關(guān)系并不太好。其原因主要在于再生器的料位,當(dāng)時(shí)裝置再生流化不好,為了促進(jìn)流化,將再生器料位降到20%25%,可能是料位過低料腿沒有很好地封住串氣導(dǎo)致旋風(fēng)分離器效率下降,跑損增加。后來意識(shí)到這個(gè)問題,將再生器料位重新恢復(fù)到40%45%,2001年取得了降劑耗的顯著效果。另外雖然現(xiàn)在020 m細(xì)粉比第一周期還低,但再生跑劑不比第一周期低,認(rèn)為是再生旋風(fēng)分離器經(jīng)過長期的運(yùn)行,由于高強(qiáng)度的沖刷等因素,效率還是有所下降。裝置摻渣率為10%15%,劑耗0.7 0.8kg/t能夠保證輕質(zhì)油收率。采用磨損控制措施后,劑耗從1.2k

14、g/t下降到0.8kg/t,按每天處理量2500t計(jì)算,降低劑耗后,每天減少用劑1t,每年節(jié)約費(fèi)用600萬元以上。表3 實(shí)施控制后平衡催化劑細(xì)粉減少趨勢(shì)年 月細(xì)粉減少量/%020 m2040 m040 m平均粒表4 實(shí)施控制后的跑劑損耗年 月月劑量/t卸劑量/t原料量/t跑劑劑耗/5 結(jié)束語催化裂解催化劑磨損主要是由于催化劑在反 再系統(tǒng)循環(huán)時(shí),一些部位氣固線速或加速度過高造成的,如提升管噴嘴、提升管出口分布板、再生二密床內(nèi)分布環(huán)過孔等處線速過高。通過相應(yīng)的技術(shù)改造,控制了磨損,降低了劑耗,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)版社,1995.629版社,1995.502化繼續(xù)工程教育培訓(xùn)系列教材,12

15、7第12期 羅 勇等.荊門催化裂解裝置催化劑磨損和跑劑的控制28 石 油 煉 制 與 化 工 2001年 第32卷CONTROL OF CATALYST ABRASION AND RUN OFFHAPPENED IN JINGMEN DCC UNITLuo Yong1,Zhang Ruichi2(1.Jingmen Petrochemical Company,Jingmen448002;2.Resea rch Institute o f Petroleum ProcessingAbstract The reason of catalyst abrasion and run off happened in Jingmen DCC unit was investiga ted and was attributed to the higher lin