催化裂化废催化剂磁分离技术的原理, 现状与发展.doc

第4期李中新.催化裂化废催化剂磁分离技术的原理、现状与发展29催化裂化废催化剂磁分离技术的原理、现状与发展李中新（中国石油化工股份有限公司洛阳分公司研究所）摘要: 本文全面介绍了炼油催化裂化废催化剂磁分离回收利用技术（以下简称“磁分离技术”）的发展历史、原理、优势和经济价值，重点分析了国内已经开发成功的磁分离技术，指出了今后磁分离技术的开发方向和应用前景。关键词: 催化裂化 废催化剂 磁分离 回收 再利用1 磁分离技术的基本原理随着原油性质的不断变重，为了增加轻质油品的产量，催化裂化工艺装置的数量和加工能力不断增加。截止1999年底，我国炼油原油一次加工能力达到276 Mt/a，当年实际加工了176 Mt，我国石油、石化两大集团的催化裂化加工能力占原油一次加工能力的34.5%1。在炼油厂催化裂化生产过程中，原料油在与催化剂混合反应时，原料油中所含的金属杂质连同生焦物质在高温条件下沉积在催化剂粒子上。在再生过程中，催化剂粒子上的焦碳被烧掉，而金属杂质保留了下来，随着催化剂的不断循环使用，金属杂质就在催化剂粒子上积累增加，从而使催化剂的活性和选择性下降，生产上为了保持催化剂具有适当的活性和选择性，必须经常向装置补充新鲜催化剂并卸出一些平衡催化剂。在卸出的平衡催化剂中含有使用寿命长短不一的催化剂粒子。那些使用寿命短的催化剂粒子，由于其与原料油的反应次数少，其上面沉积的金属杂质就少，因此他们仍然保持较高的活性和选择性，如果设法把他们与那些使用寿命长、污染严重、活性和选择性低的催化剂粒子进行有效分离，将它们返回催化装置继续使用，就能达到节约新鲜催化剂的目的。由于污染催化裂化催化剂的金属杂质主要是铁、镍和钒，它们均具有较强的磁性。因此那些使用寿命短的催化剂粒子，由于铁、镍和钒杂质含量低，磁性就弱；而那些使用寿命长的催化剂粒子，由于铁、镍和钒杂质含量高，磁性就强。在一定强度的磁场存在下，可以做到使后者吸着，而前者不被吸着，从而实现两者的分离，这就是磁分离技术的基本原理。2 废催化剂磁分离技术的现状2.1 废催化剂磁分离技术的发展历史23在催化裂化装置的生产成本中，消耗催化剂的费用一直占很大比例。随着原油不断变重，催化剂的单耗也逐渐增加，特别是渣油催化裂化装置的大量出现，使这一问题更为突出，直接威胁到炼油厂的经济收益，促使炼油工作者想方设法降低催化剂的单耗。将仍有很大价值的废催化剂加以再生或者分离，使其活性得到一定恢复后返回催化装置继续使用，是降低催化剂单耗的重要途径。与废催化剂的化学再生法相比，由于磁分离技术具有工艺过程简单、操作费用低、不使用有毒有害化学品、对环境不增加污染等多方面的优势，使其优先得到开发和使用。收稿日期：2002-11-10作者简介：李中新，湖南大学毕业，高级工程师，现从事科研管理，炼油、高分子材料的研究开发和分析测试工作。美国Ashland公司和日本石油株式会社分别于20世纪70年代后期至80年代初期利用电磁场成功地实现了催化裂化废催化剂的有效分离，80年代后期Ashland公司采用稀土永磁材料，开发成功永久磁铁型式的废催化剂分离技术。1989年日本石油株式会社开发成功永磁型连续式在线磁分离技术，并在其属下的横滨炼油厂进行了工业化，取得了节约新鲜催化剂20%的显著效果。1996年Ashland公司在Canton炼油厂进行了磁分离技术的工业实验，取得了满意的效果。另外M.W.Kellogg公司开发的永磁式磁分离技术也实现了工业化，该公司还开发出了专用于低金属含量的FCC废催化剂分离和回收的Magnetic Hooks技术。国内方面，从1993年开始，洛阳石化总厂、洛阳石化工程公司炼制所和中南工业大学合作致力于FCC废催化剂磁分离技术的开发，到1995年底，在洛阳石化总厂建成了我国第一套用于回收利用FCC废催化剂的电磁式高梯度磁分离装置，由于国内无先例可供参考造成新建的磁分离装置存在一些事先没有预计到的技术难题，在通过攻关解决了存在的技术难题并加强内部沟通争取各方面支持后，我们于1999年13月份进行了工业应用实验，取得了节约新鲜催化剂20%以上的满意效果。随后该装置一直在我厂的FCC废催化剂回收利用方面发挥着积极而且重要的作用。截止目前，共向催化装置提供低磁高活性剂 1200余t，仅节约新鲜催化剂的直接经济效益就达到800多万元。该技术于2001年 4月获得中国石化集团公司科技进步奖三等奖，先后取得两项国家专利，分别是：ZL98 1 10319.7催化裂化废催化剂磁分离机与工艺流程及配套装置和ZL 98 2 21637.8催化裂化废催化剂磁分离装置。1998年石家庄炼油厂与中科院电工所合作进行了永磁辊式FCC废催化剂磁分离技术研究，但没有达到最终成功。武汉新通创科技有限公司从1997年开始研制废催化剂磁分离技术，成功地开发出永磁型磁分离装置，于2000年12月至2001年3月在济南炼油厂完成了该技术的工业应用实验。2.2 国内已经开发成功的磁分离技术目前国内已经开发成功的磁分离技术有洛阳石化总厂等单位合作开发的电磁型式磁分离技术和武汉新通创科技有限公司开发的永磁型式磁分离技术。以下将进行较为详细的介绍。2.2.1 电磁式磁分离技术4561234561011 7 8 9 13121415161718192021222627252324（1）工艺流程（见图1）1-催化剂原料 2-原料罐 3-阀门 4-进料控制器 5-空气流量计 6-压缩风源 7-磁分离机 8-冷水线 9-热水线10-冷却水源 11-整流电源 12-整流电负极返回 13-直流电正极输出 14-二次风风斗 15-一次风风斗 16-给料器17-清洗风风斗 18-非磁性剂和风 19-磁性剂和风 20-非磁性剂罐 21-磁性剂罐 22-气固分离器 23-非磁性剂 24-磁性剂 25-尾风和催化剂细粉 26-尾风净化器 27-净化后尾风 图1 电磁型式分离装置的工艺流程图由图1可以看出，装置采用压缩风作为催化剂输送用风和其他工艺用风。从催化裂化装置卸出的废催化剂运到磁分离装置后，用提升机将其提升到原料罐加料口，经过细筛过滤处理后进入原料罐2。废催化剂经过阀门3和进料量调节器4，被来自压缩风源6并经空气流量计5控制风量后的压缩风送至磁分离机7的给料器，废催化剂从给料器进入到园环形钢板网位于强磁场区的部分，低活性的高磁性催化剂粒子便被吸着在钢板网上，随着钢板网转动到脱离高磁场区域被来自一次风风斗的压缩风吹离钢板网进入高磁性剂料斗21。而低磁高活性的催化剂粒子不能被强磁场区的钢板网吸着，直接被输送风吹过钢板网进入低磁性剂料斗20。为了控制粉尘污染，低磁性剂和高磁性剂料斗上均装有旋风分离器22，从旋风分离器出来的尾风吹入水封除尘器洗去尾风携带的少量粉尘。分离废催化剂的高强磁场由直流电源11经过磁分离机内部的激磁线圈提供。给装置提供循环冷却水用于不断除去整流电源和激磁线圈所产生的热量。低磁高活性剂从罐20卸出送催化装置继续使用，而高磁低活性剂从罐21卸出并运到指定填埋场。（2）中试装置的磁分离效果洛阳石化炼油催化裂化废催化剂用上述磁分离装置进行分离的一组典型数据见表1。表1 废催化剂磁分离试验结果项 目废催化剂低磁高活性剂高磁低活性剂收 率/ %()6436比表面积/m2.g-18210790孔体积/mL.g-10.150.200.17磨损指数/%.h-11.41,.21.6筛 份/m0203.91.04.6204019.211.020.0408047.850.064.08011017.722.510.111011.415.51.4金属含量/g.g-1Fe10810935013090Ni444037305510V428040334690微反活性57.260.453.2表1的结果可以看出：分离出的低磁高活性剂与作为原料的非催化剂相比较，铁、镍、钒的含量分别降低了13.5%、16.0%和5.8%，微反活性由57.2提高到60.4，提高了3.2个单位。取得了令人满意的处理效果。（3）工业应用实验洛阳石化总厂等单位合作于1995年底研制出国内第一套电磁型式的炼油催化裂化废催化剂磁分离中试装置。之后经过对装置进行试运行，在改造了影响分离装置顺利运行的漏料等技术问题后，我们在装置上开展了一系列的操作条件优化试验，找到了既能保证处理效果又能达到一定的处理量的最佳操作参数。随后我们分离积存了90t低磁高活性剂，于1999年1月21日至3月20日在我厂二催化车间进行了工业应用试验，在原料油性质、操作条件和轻油收率保持不变的情况下，取得了节约新鲜催化剂23%的满意效果。2.2.2 永磁式磁分离技术789（1）表2列出的是试验型磁分离机的主要性能。表2 试验型磁分离机的主要性能表项 目性能指标最大磁场强度/GS12000最大磁场梯度/GS.cm-112000105动力消耗/kW1.7处理能力/t.d-123外型尺寸/mm(长宽高)11407001820总重量/t0.7（2）图2是永磁式磁分离技术的工艺流程示意图。（3）该技术的现状该技术于2000年12月至2001年3月在济南炼油厂进行了工业应用实验，实验过程共使用了采用实验室小型永磁型式磁分离机分离出的低磁高活性剂96t，取得了新鲜催化剂使用量下降、轻油收率增加、焦碳和干气产率降低的预期效果。预计在2002年底，武汉新通创科技有限公司的第一套处理能力为6t/d9t/d的工业化磁分离装置将在济南炼油厂安装投用。3 磁分离技术的优势和经济价值3.1 磁分离技术的优势与催化裂化废催化剂的化学回收法相比，磁分离技术具有很多优势：1）磁分离技术是一个纯粹的物理过程，工艺简单，可靠性高；2）磁分离技术采用干法分离，能耗非常低；3）分离过程中不使用任何化学品，不增加环境污染；4）投资回报率高，投用半年就能收回总投资；5）装置维护费用低，能长期给投资者带来十分可观的经济效益。料仓布料器从动轮子高金属废催化剂箱过滤器原料（废催化剂）入口电机废催化剂（平衡剂）匀料传输带调速电机磁辊（主动轮）低金属高活性催化剂箱收集箱刮辊图2 永磁式磁分离技术的工艺流程示意图3.2 磁分离技术的经济价值采用磁分离技术对一个装置的全部废催化剂进行分离，将分离出的所有低磁高活性剂返回催化装置继续使用，可以节约大量的新鲜催化剂。以中国石油化工股份有限公司洛阳分公司为例，2001年该公司共使用催化裂化催化剂3273t，全年共卸出废催化剂 约2500 t，采用磁分离技术将全部废催化剂按50%的收率分离回收利用其中的低磁高活性剂，每回用2.5t低磁高活性剂可以节约1t新鲜催化剂，则全年可以节约500t新鲜催化剂，目前每吨新鲜催化剂售价为2.2万元，可以节约1100万元。据报道，日本横滨炼油厂采用了在线磁分离技术后，取得了节约新鲜催化剂20%的显著效果。目前全国每年消耗新鲜催化剂6万t8万t，假使磁分离技术在全国所有炼油厂得到推广应用并达到节约新鲜催化剂15%的效果，则每年能够节约新鲜催化剂9000t12000t，可以为炼油企业增加经济效益1.98亿元2.52亿元。炼油厂催化裂化装置采用磁分离技术将全部废催化剂分离回收利用后，整个系统的平衡催化剂污染减轻，活性和选择性有所提高，可以提高轻油收率，降低干气和焦碳产率，由此带来效益更加可观。另外，采用磁分离技术后每年可以少排放废催化剂，具有节约资源和保护环境的双重好处。4 废催化剂磁分离技术的发展4.1 磁分离技术的开发方向目前国内现有磁分离技术均为离线形式，没有实现与催化装置一体化在线运行。而国外磁分离技术均为在线操作，并取得了满意的效果。因此在线磁分离技术将成为国内的开发方向，它的开发成功将有力地推动磁分离技术在全国炼油企业的应用。4.2 磁分离技术的应用前景鉴于磁分离技术具有投资少、效益高、对环境友好的特点，并且它的应用可以给炼油企业带来可观经济效益，因此该技术具有广阔的应用前景。参考文献1毛加祥.石油化工动态.2000，8（6）：8102洛阳石化总厂内部技术资料.，FCC废催化剂磁分离回收技