粉體流冷卻器在催化劑生產(chǎn)上的應(yīng)用

李興林，張厚清，王 莉

（1. 中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2. 加拿大粉體流冷卻科學(xué)公司中國(guó)服務(wù)中心，上海 201611）

由于可加工原油性質(zhì)的更加劣化和對(duì)環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)的提高，因而對(duì)油品提出了更高的質(zhì)量要求，超深度加氫脫硫已成為柴油加氫的焦點(diǎn)課題之一。目前廣泛使用的負(fù)載型加氫催化劑因受負(fù)載量的限制，活性也難大幅提高。而非負(fù)載型催化劑憑借其更高的金屬含量，更大的活性位密度，表現(xiàn)出更優(yōu)異的加氫活性。在非負(fù)載型催化劑的生產(chǎn)過(guò)程中，為便于處理和包裝，降低催化劑的溫度，是非負(fù)載型催化劑制備中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為此非負(fù)載型催化劑制備生產(chǎn)工藝包中催化劑冷卻器的選型設(shè)計(jì)，對(duì)保證催化劑制備生產(chǎn)線的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

1 催化劑冷卻器工藝流程簡(jiǎn)述和性能要求

1.1 工藝流程簡(jiǎn)述

催化劑成品在活化爐內(nèi)活化，此時(shí)的催化劑溫度大約在 375～400 ℃左右，經(jīng)卸料斗式提升機(jī)提升至粉體流冷卻器進(jìn)料口位置。高溫催化劑從粉體流冷卻器頂部進(jìn)料，經(jīng)粉體流冷卻器冷卻到60 ℃。冷卻后的催化劑經(jīng)篩分機(jī)篩分后進(jìn)入成品料倉(cāng)儲(chǔ)存并包裝入庫(kù)。催化劑冷卻器工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 催化劑冷卻器工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Process flow diagram of catalyst cooler

1.2 性 能

1.2.1 物料性質(zhì)

物料名稱：催化劑成品;

粒徑分布：1.2～3.2 mm 三葉草型;

堆密度：790～1 000 kg/m3;

顆粒最大尺寸：3.2 mm;

比熱：0.25 kcal/(kg·℃);

含濕量：5%;

安息角：30°。

1.2.2 工藝參數(shù)

物料流速：157 kg/h；

進(jìn)料溫度：375 ℃；

出料溫度：60 ℃；

物料來(lái)源：提升機(jī)；

排料：振動(dòng)輸送機(jī)；

冷卻介質(zhì)：循環(huán)水。

1.2.3 材質(zhì)要求

為了防止催化劑中毒，要求與催化劑接觸的設(shè)備材質(zhì)不污染催化劑。

2 催化劑冷卻器的選型

2.1 粉體流冷卻器技術(shù)與傳統(tǒng)冷卻技術(shù)對(duì)比

目前我國(guó)催化劑按物理性質(zhì)可分為粉狀和粒狀兩種，傳統(tǒng)的冷卻方式有轉(zhuǎn)鼓冷卻器和流化床冷卻器。國(guó)內(nèi)催化劑生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻裝置大都采用轉(zhuǎn)鼓冷卻器或流化床冷卻器，以風(fēng)冷的方式對(duì)催化劑進(jìn)行冷卻后包裝。但無(wú)論采用轉(zhuǎn)鼓冷卻器還是采用流化床冷卻器進(jìn)行冷卻，由于是氣固兩相換熱，都存在產(chǎn)品質(zhì)量差、風(fēng)量大、能耗高、占地面積多、尾氣除塵負(fù)荷高等問(wèn)題。

與傳統(tǒng)流化床冷卻器和轉(zhuǎn)鼓冷卻器等風(fēng)冷技術(shù)相比，粉體流冷卻器具有如下特點(diǎn)：

（a）采用循環(huán)水冷卻，能耗下降90%；

（b）不采用氣體作為冷媒，無(wú)粉塵排放，綠色低碳；

（c）安裝成本低，無(wú)需使用氣體處理設(shè)備，如：冷凍除濕機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、大口徑風(fēng)管、引風(fēng)機(jī)、除塵器、洗滌塔和控制排放單元等；

（d）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，靜設(shè)備運(yùn)行，維

修成本低；

（e）結(jié)構(gòu)緊湊，占地空間小，易于融入現(xiàn)有的工廠體系，同樣適合改造項(xiàng)目。

2.2 粉體流冷卻器工作原理

Solex 粉體流冷卻技術(shù)有效地將顆粒物料的密相輸送原理、板式傳熱技術(shù)和精確的粉體傳熱模擬軟件創(chuàng)新結(jié)合在一起。粉體流冷卻器的傳熱板組由一組立式傳熱板片組成。當(dāng)冷卻水從傳熱板內(nèi)通道流過(guò)時(shí)，通過(guò)熱傳導(dǎo)方式對(duì)傳熱板間的催化劑顆粒進(jìn)行冷卻，催化劑顆粒在從傳熱板板片間均勻可控的自上而下依靠重力緩慢通過(guò)。

密相輸送原理是Jenike 和Johansen 于19 世紀(jì)60 年代發(fā)現(xiàn)的。他們建立了固體粒子的特征理論并預(yù)見(jiàn)它們的流動(dòng)能力，使得箱體和筒倉(cāng)可以被設(shè)計(jì)用于自由下料并可避免產(chǎn)生死區(qū)和架橋。典型的密相輸送倉(cāng)有垂直筒倉(cāng)和下料錐。當(dāng)有少量物料從密相輸送倉(cāng)中通過(guò)時(shí)，倉(cāng)中的所有物料就會(huì)發(fā)生整體流動(dòng)。

密相輸送原理是粉體流冷卻器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。為了達(dá)到均一的冷卻效果，物料必須以均勻的速度通過(guò)冷卻器的整個(gè)橫截面。為了達(dá)到密相輸送，我們必須在換熱器的底部安裝可以提供均勻流動(dòng)的下料裝置。底部穩(wěn)定而均勻的流動(dòng)可以使物料均一的通過(guò)冷卻器的整個(gè)橫截面。

催化劑粉體流冷卻器由四個(gè)部分組成：進(jìn)料倉(cāng)、傳熱板組、下料裝置和控制系統(tǒng)。催化劑顆粒從設(shè)備頂部進(jìn)入進(jìn)料倉(cāng)，顆粒經(jīng)進(jìn)料倉(cāng)均勻分布進(jìn)入傳熱板板間通道。催化劑顆粒在立式平行放置的板片之間緩慢下降，以適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，實(shí)現(xiàn)最佳的出料溫度。催化劑顆粒緩慢而且可控流動(dòng)能有效的防止產(chǎn)品的磨損和分解，從根本上保證產(chǎn)品的顆粒的完整性不被破壞。溫度均勻可控，保持最佳產(chǎn)品質(zhì)量，消除結(jié)疤、結(jié)塊，避免產(chǎn)品品質(zhì)變化。粉體流冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 粉體流冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Powder flow cooler structure diagram

2.3 粉體流冷卻器在國(guó)內(nèi)外催化劑行業(yè)應(yīng)用情況及應(yīng)用前景

20 多年來(lái)，已有超過(guò)500 臺(tái)粉體流冷卻器服務(wù)于全球固體粒子換熱領(lǐng)域。

粉體流冷卻器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：催化劑、化肥領(lǐng)域、純堿領(lǐng)域、化學(xué)制品、聚合物領(lǐng)域、制糖領(lǐng)域、干化污泥領(lǐng)域。1992 年第一臺(tái)粉體流冷卻器被成功應(yīng)用于 UOP 位于美國(guó)路易斯安那洲Shreveport 工廠的氧化鋁催化劑生產(chǎn)線，整體運(yùn)行了良好，幾乎沒(méi)有維修和操作，一線作業(yè)及設(shè)備維護(hù)人員對(duì)的 SOLEX 粉體流冷卻器的人性化設(shè)計(jì)表示贊賞；同時(shí)產(chǎn)品的品質(zhì)也大為改善獲得工廠一線生產(chǎn)人員的認(rèn)可。從此粉體流冷卻器在催化劑領(lǐng)域建立了良好的聲譽(yù)，并逐漸應(yīng)用到FCC 催化劑、CCR催化劑、活性炭催化劑及其他催化劑等領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)某石化公司催化劑廠，粉體流冷卻器運(yùn)用在成品生產(chǎn)線的催化劑生產(chǎn)中，主要參數(shù)如下：物料規(guī)格為1.6～2.5 mm 的長(zhǎng)條形，處理能力為806 kg/h，催化劑溫度由375 ℃降至70 ℃，該設(shè)備于2005 年調(diào)試并投入使用至今，未對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何主要部件的更換（墊片等除外），傳熱板內(nèi)部未發(fā)生結(jié)垢，也沒(méi)有對(duì)傳熱板內(nèi)部進(jìn)行酸洗的經(jīng)歷，已安全平穩(wěn)生產(chǎn)十余年，總體應(yīng)用良好，圖3 為催化劑冷卻器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片。

3 結(jié) 語(yǔ)

圖3 催化劑冷卻器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片F(xiàn)ig.3 Catalyst cooler field installation diagram

在催化劑的生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后，生產(chǎn)不能連續(xù)運(yùn)行，單純靠人工分段生產(chǎn)操作，導(dǎo)致催化劑性能不均一，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)工人工作條件差，粉塵和污水等排放不符合環(huán)保要求等。所以大多數(shù)催化劑廠在項(xiàng)目新建和改擴(kuò)建時(shí)必須考慮以下問(wèn)題：減少或消除氣體及粉塵排放、提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足擴(kuò)大生產(chǎn)的處理能力和空間需求、降低操作維修費(fèi)用。Solex 的粉體流冷卻器可有效消除這些生產(chǎn)瓶頸，降低單位生產(chǎn)成本，符合綠色環(huán)保排放要求。