荆门催化裂解装置催化剂磨损和跑剂的控制-

1、荆门催化裂解装置催化剂磨损和跑剂的控制罗 勇1 张瑞弛2(1.中国石化股份公司荆门分公司,湖北荆门448002; 2.石油化工科学研究院摘要 中国石化股份公司荆门分公司催化裂解(DCC装置由于进料喷嘴等处线速过高,催化剂受到较大磨损后细粉含量上升,引起再生器跑剂,实施控制后取得较好效果。催化剂损耗从1.2 kg/t降到0.8kg/t。关键词:催化裂解 催化剂 磨损 控制1 前 言中国石化股份公司荆门分公司催化裂解(DCC装置1999年下半年第二周期开工以来,由于催化剂在反 再系统循环时,一些部位气固线速和加速度过高,催化剂受到较大的磨损,040 m 粒度细粉含量超过30%,加上再生器旋风分离器

2、入口线速超高,造成较大的跑剂。通过原因分析和技术改造,催化剂消耗量逐渐恢复到正常,取得了较好的效果。2 催化剂磨损分析2.1 平衡催化剂细粉含量和由来该装置第二周期运转(1999年10月起以来,平衡催化剂细粉含量增加较快。020 m细粉由1.2%增加到5.4%,2040 m细粉由19.4%增到27.0%,平均粒度由60.5 m降到52.5 m(表1。表1 平衡催化剂筛分组成项 目 1998 121999 041999 101999 12筛分组成( /%020 m 1.2 1.2 4.5 5.4新鲜催化剂的040 m细粉含量一般小于18%,在工业装置运转时,由于细粉流失率比大颗粒要高,故平衡催化

3、剂040 m细粉一般小于新剂细粉含量。如果平衡剂中细粉含量超过新鲜催化剂细粉含量较多,说明系统运行时催化剂颗粒大量破碎或磨损成为细粉。其原因:一是高温水热工况下催化剂颗粒水热崩碎产生大量细粉;二是催化剂颗粒在反 再系统循环时受到较大磨损产生大量细粉。为确定平衡催化剂细粉是在哪一种情形下产生的,进行了考察:当装置平衡催化剂分析显示040 m细粉含量上升到30%时,采集三旋风分离器出入口烟气固体颗粒的样品进行分析,电子显微镜照片显示固体颗粒为葡萄形状,颗粒比较光滑、圆润,说明催化剂颗粒破碎较轻;另外再生器没有注汽或注水,再生温度一直不超高,可以判定,是磨损而不是水热崩碎造成的大量细粉。2.2 各部

4、位磨损分析催化剂在反 再两器之间循环,系统藏量约100t,循环量约800t/h,平均每8min可以循环1次,在这样高强度的运动中,如果一些部位的线速过高,则对催化剂磨损影响较大。(1高预热温度导致提升管原料喷嘴处线速过高。提升管原料喷嘴属于旋流型式,原料油和雾化蒸汽在喷嘴内混合雾化。原料油以预热温度进入,雾化蒸汽温度达系统过热温度,这两种物流混合后相互传热,达到混合温度。喷嘴实际出口流量和线速见表2。表2 原料喷嘴出口线速项 目标1标2标3原料进料量/t h-1102102102收稿日期:2001 05 22。作者简介:罗勇,1982年毕业于石油大学(华东,高级工程师。石 油 炼 制 与 化

5、工2001年12月 PETROLEUM PROCESSING AND PE TROC HE M ICALS 第32卷第12期原料喷嘴雾化的物流与从预提升管上升的催化剂气固流接触,进行反应。催化剂气固流的预提升速度只有5m/s左右,而雾化流的速度达到110 m/s,故催化剂颗粒瞬间的相对速度达到100m/s,瞬间受到的动能和磨损较大。(2提升管出口分布板结焦线速过快。装置属于DCC工艺,为了多产气体,设置了反应床层,所以提升管出口设计成多孔分布板,但由于产品方案的改变并没有使用反应床层,故分布板实际上作为出口快分装置使用。多孔分布板由两块分布板组成:内分布板位于提升管的中心,有三排50mm孔共4

6、8个;外分布板有4排50mm孔共166个,总流通面积0.42m2。提升管内径1.5m,油气流量最大约60000 m3/h,平均流速为9.5m/s,其中固体催化剂流量约800t/h,固体质量流速约125kg/(m2 s。油气流到了提升管出口,油气由9.5m/s瞬间加速到40 m/s;固体由125kg/(m2 s加速到530kg/(m2 s,催化剂颗粒瞬间受到较大的碰撞挤压力,造成一定的磨损。1999年11月装置临时停工抢修,发现提升管出口分布板约有1/3分布孔结焦堵塞不能流通,实际流通面积减少到约0.28m2,油气出口线速达到60m/s,固体质量流速超过800kg/(m2 s,迅速增长的出口线速

7、和加速度对催化剂颗粒产生了更大的磨损。检查时还发现有约80个提升管出口分布板的耐磨短管严重磨损,也是一个有力的佐证。(3油浆喷嘴结焦后提升管流通面积减少,线速过快。装置油浆喷嘴位于原料和回炼油喷嘴的上方,结焦严重时,提升管油浆喷嘴处流通面积堵塞2/3左右,估算油浆喷嘴处油气实际线速达到40m/s,催化剂质量流速约500kg/(m2 s,通过油浆喷嘴处油气中催化剂颗粒也受到较大的磨损。(4再生二密床流化风内分布环过孔线速较高。计算结果表明,当再生二密床松动风为180 220m3/min时,二密床分布管的平均过孔线速为45m/s。分布管有外环和内环,外环有246个喷嘴,内环有114个喷嘴。内外环为

8、同一进气设计,风从外环进入,后分二路进入内环。因内外环阻力降不同可能导致气体走短路,使内外环的风量分配不均。外环喷嘴虽多但进风少,喷嘴线速过低;内环进风多,喷嘴虽少线速过高,所以内环对床层的催化剂磨损较大。2.3 催化剂磨损后细粉含量升高引起再生器跑剂气固物料经过反应沉降器和再生器稀相分离空间后,仍有一部分平衡剂颗粒随着气体进入反 再系统的旋风分离器,经过旋风分离器高效分离后,绝大部分颗粒从旋风分离器料腿返回,但仍有一些颗粒从旋风分离器升气管与气体一起逸出器外而跑损。由于反应旋风分离器线速不高,所以平衡催化剂细粉含量上升对反应跑剂影响不大,这一点从油浆固含量变化不大得到证实;由于再生旋风分离器

9、线速比较高,细粉含量影响较大,主要表现在再生跑剂明显增大。根据文献1,再生一级入口线速的上限为21m/s,实际线速达到2526m/s;再生二级入口线速的上限为24m/s,实际线速达到2830m/s。同时,根据Tesoriero方法2和石油大学时铭显公式3计算损耗,得出催化剂细粉多,剂耗大。第一周期旋风分离器入口线速也比较高,但由于平衡催化剂细粉少,跑剂量仅0.30.6kg/t;而在相同的旋风分离器入口线速下,第二周期由于平衡催化剂细粉超高,再生跑剂达到1kg/t以上。说明旋分器入口细粉含量和跑剂量是成正比的关系。3 磨损控制3.1 提升管原料喷嘴线速过高的控制据专家介绍,原料喷嘴线速在80m/

10、s以下可以控制催化剂的磨损。按原料喷嘴的设计工况进行了计算,并采取以下措施:(1降低雾化蒸汽量,将雾化蒸汽的比例控制在原料油进料的5%;(2降低原料预热温度,控制在250左右。3.2 提升管出口线速过高的控制停工检修,清理提升管出口分布板的结焦,消除了因流通面积减小而加快油气线速导致催化剂磨损的因素。但清焦并不是一劳永逸的解决办法,这种出口分布板型式即使不结焦,其线速也达到了40m/s。设想如果长期不使用床层反应器,可以将出口分布板改成出口快分型式。3.3 油浆喷嘴处线速过高的控制装置原来回炼油浆量较大,为1015t/h,油浆回炼比为0.100.15。该油浆的密度超过1.0 g/cm3,稠环芳

11、烃含量高达40%50%。再生催化剂经过原料喷嘴后成为带炭催化剂,活性由60%26 石 油 炼 制 与 化 工 2001年 第32卷70%下降到30%以下,再经过回炼油喷嘴与回炼油反应后,活性降得更低,到达油浆喷嘴时,过低的活性不能保证油浆的裂化效果,使得富含稠环芳烃的油浆以热裂化缩合生焦为主,故油浆喷嘴处结焦比较严重,提升管流通面积缩小,线速增大。解决油浆喷嘴结焦的方法除了清焦以外,简单有效的办法是降低油浆回炼量或停止回炼,即逐步做到单程转化。将油浆回炼量和回炼比降到5t/h 和0.05以下,今后当掺渣率上升时,还要停止油浆回炼。3.4 再生二密床内分布环过孔线速过高的控制要对二密床流化风的分

12、布管作一些改进,将风的进入方式由一路改为三路或三段进,合理设计风分布管和喷嘴,可以消除风走内环短路,降低内环喷嘴过孔线速,控制床层催化剂的过度磨损。国内同类型装置也进行过这种改造,效果很好。4 实施磨损控制后的效果对磨损实施控制后,平衡剂中020 m的细粉由4%5%减少到0.2%0.6%,2040 m细粉由25%27%降低到18%19%,平均粒度由52.053.5 m升到5758 m。跑剂损耗逐月下降,由1.2kg/t已降到0.6 0.7kg/t,扣除反应跑剂,再生跑剂为0.5 0.6kg/t,平衡催化剂细粉含量明显减少,尤其是020 m细粉大幅度减少对再生跑剂损耗的下降尤其有利。由表3和表4

13、可见,2000年大半年跑剂损耗呈缓慢下降趋势,似乎和020 m细粉的下降幅度对应关系并不太好。其原因主要在于再生器的料位,当时装置再生流化不好,为了促进流化,将再生器料位降到20%25%,可能是料位过低料腿没有很好地封住串气导致旋风分离器效率下降,跑损增加。后来意识到这个问题,将再生器料位重新恢复到40%45%,2001年取得了降剂耗的显著效果。另外虽然现在020 m细粉比第一周期还低,但再生跑剂不比第一周期低,认为是再生旋风分离器经过长期的运行,由于高强度的冲刷等因素,效率还是有所下降。装置掺渣率为10%15%,剂耗0.7 0.8kg/t能够保证轻质油收率。采用磨损控制措施后,剂耗从1.2k

14、g/t下降到0.8kg/t,按每天处理量2500t计算,降低剂耗后,每天减少用剂1t,每年节约费用600万元以上。表3 实施控制后平衡催化剂细粉减少趋势年 月细粉减少量/%020 m2040 m040 m平均粒表4 实施控制后的跑剂损耗年 月月剂量/t卸剂量/t原料量/t跑剂剂耗/5 结束语催化裂解催化剂磨损主要是由于催化剂在反 再系统循环时,一些部位气固线速或加速度过高造成的,如提升管喷嘴、提升管出口分布板、再生二密床内分布环过孔等处线速过高。通过相应的技术改造,控制了磨损,降低了剂耗,取得了较好的经济效益。参考文献版社,1995.629版社,1995.502化继续工程教育培训系列教材,12

15、7第12期 罗 勇等.荆门催化裂解装置催化剂磨损和跑剂的控制28 石 油 炼 制 与 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