催化劑離子交換洗滌和過濾工藝的關(guān)聯(lián)因素探索

畢研昊，王文勝，國凱

（中國石化催化劑齊魯分公司催化劑二車間，山東淄博 255300）

隨著國家環(huán)保要求的逐漸提高和民眾對生活環(huán)境的日益關(guān)注，煉化企業(yè)持續(xù)對煉油技術(shù)、裝置結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，對FCC催化劑的質(zhì)量提出了更加嚴格的要求。同時，國內(nèi)外催化裂化催化劑市場競爭進一步加劇，這些都為催化裂化催化劑的工藝技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。

目前，F(xiàn)CC催化劑制備過程主要包括膠體合成、噴霧干燥、焙燒、交換過濾洗滌和氣流干燥5個步驟，由于在原材料和膠體合成過程中會帶入Na+、SO42-、Fe3+等雜質(zhì)離子，這些雜質(zhì)離子不斷沉積在催化劑表面，不僅會影響分子篩的晶胞常數(shù)和結(jié)晶度等質(zhì)量控制，還會對后續(xù)的FCC催化劑產(chǎn)品的反應(yīng)活性、選擇性和穩(wěn)定性帶來負面影響[1]。因此，為確保FCC催化劑具有良好的性能，需要最大程度地將這些雜質(zhì)離子從催化劑中分離出去。目前，F(xiàn)CC催化劑制備過程中普遍采用交換過濾洗滌[2]的方式去除雜質(zhì)離子，經(jīng)過一次或兩次洗滌交換，使催化劑的Na2O質(zhì)量分數(shù)降低至0.3%以下，從而保證催化劑的性能不受影響。洗滌和過濾效果的因素主要包括兩個方面，一是洗滌過濾設(shè)備[3]自身的性能，二是合理和完善的洗滌過濾工藝和參數(shù)[4]。

本文主要研究了通過過濾洗滌設(shè)備更新以及帶機水洗工藝優(yōu)化，達到穩(wěn)定裝置運行，降低雜質(zhì)離子含量，改善水洗效果，提高產(chǎn)品性能，增強產(chǎn)品競爭力的目的。

1 實驗方法

催化劑的交換過濾洗滌是利用特定交換溶液，在水溶液儲罐內(nèi)將催化劑中的大部分Na+、SO42-和Fe3+等雜質(zhì)離子交換出去，再利用帶式濾機進行洗滌過濾實現(xiàn)固液分離，最終使雜質(zhì)離子含量達到使用要求。一方面，該流程中水洗罐只能使用性質(zhì)相似的洗滌液，若增加洗滌液種類，只能在帶機上進行淋洗，易造成洗滌液在濾餅上分布不均，對洗滌效果造成影響；另一方面，隨著煉化用戶對FCC催化劑質(zhì)量，特別是對活性、穩(wěn)定性和選擇性等方面要求的不斷提升，需要進一步優(yōu)化帶機水洗的各項工藝參數(shù)。其中，影響過濾洗滌設(shè)備運行周期的因素包括濾布沖洗效果、糾偏系統(tǒng)靈敏度等。影響帶機水洗效果[5]的主要因素包括洗滌液加入量、洗滌液溫度、交換液濃度、催化劑漿液pH值等。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠帶式過濾機功能優(yōu)化

2.1.1 有效提升糾偏系統(tǒng)靈敏度

通過對糾偏系統(tǒng)進行觀察和分析，原裝糾偏系統(tǒng)的糾偏觸桿長度不能滿足現(xiàn)有工藝使用要求，無法及時感知濾布跑偏。因此，適當(dāng)加長糾偏觸桿長度后，糾偏系統(tǒng)靈敏度提高，運行效果良好，具體見表1。通過表1數(shù)據(jù)可以看出，在延長糾偏觸桿長度后，膠帶機糾偏系統(tǒng)靈敏度顯著提高，膠帶機跑偏次數(shù)由4～6次/月降低至1～2次/月，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。同時，隨著DU膠帶機的長時間使用，真空盒密封水會持續(xù)滴落到糾偏器的氣囊與儀表風(fēng)管線接頭上，從而使其被腐蝕或損壞，導(dǎo)致自動糾偏氣囊風(fēng)壓供給不穩(wěn)定，因此，在糾偏氣囊上部增加玻璃鋼護罩，確保了糾偏系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

表1 系統(tǒng)優(yōu)化前后系統(tǒng)運行情況對比

2.1.2 延長濾布使用壽命，實現(xiàn)濾布長周期高效運行

帶機濾布是洗滌過濾系統(tǒng)的主要組成部分，其過濾效果的穩(wěn)定是確保產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)優(yōu)良和生產(chǎn)連續(xù)性的重要基礎(chǔ)。因此，通過對膠帶機原有的濾布沖洗噴槍的噴嘴數(shù)量以及噴嘴與噴槍的連接方式進行優(yōu)化，適當(dāng)增加噴嘴數(shù)量，同時采用分體式方法固定噴嘴，統(tǒng)一噴嘴的沖洗角度和方向，避免了沖洗水之間的相互干擾，且將噴槍的連接方式改為拉環(huán)式快速接頭，使得噴槍拆卸和清理更加便捷，進而保證濾布過濾效果的長期穩(wěn)定，具體見表2。

表2 系統(tǒng)優(yōu)化前后濾布更換次數(shù)情況統(tǒng)計

通過表2可以看出，通過對濾布噴嘴數(shù)量及噴嘴和噴槍連接方式進行改進，濾布沖洗效果明顯提高，濾布更換次數(shù)由3～4/年下降至1～2次/年，一方面有效降低了職工勞動強度，同時大幅度降低了生產(chǎn)成本，且系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。

2.2 帶機過濾洗滌工藝優(yōu)化

2.2.1 洗滌液溫度的影響

在FCC催化劑的洗滌過濾過程中，洗滌液的溫度對雜質(zhì)離子的脫除效果如圖1所示。

圖1 洗滌液溫度對雜質(zhì)離子的影響

通過圖1看出，隨著洗滌液溫度的升高，催化劑中的氧化鈉含量逐步降低，硫酸根含量也呈下降趨勢。

2.2.2 交換液濃度的影響

不同濃度條件下的交換液對催化劑表面的雜質(zhì)離子的脫除效果如圖2所示。

圖2 交換液濃度對雜質(zhì)離子的影響

通過圖2可以看出，隨著交換液濃度的提高，氧化鈉含量逐步降低，硫酸根濃度逐步提高。

2.2.3 催化劑漿液pH值的影響

有研究表明，催化劑漿液的pH值對催化劑表面的雜質(zhì)離子的脫除具有一定影響，具體數(shù)據(jù)對比如圖3所示。

圖3 催化劑漿液pH值對雜質(zhì)離子的影響

通過圖3可以看出，隨著催化劑漿液pH值不斷升高，催化劑的雜質(zhì)離子含量呈增加趨勢，但是由于催化劑中的分子篩在較低pH值（低于2.8）情況下會導(dǎo)致骨架崩塌，因此催化劑漿液較為合理的pH值范圍是3.8～4.3。

2.3 工業(yè)應(yīng)用效果

通過對FCC催化劑連續(xù)洗滌過濾工藝的調(diào)整和改進，F(xiàn)CC催化劑的性能進一步改善，同時生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性和靈活性也全面提升，具體見表3。

表3 洗滌過濾流程改造前后催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量對比

通過表3可以看出，在洗滌過濾條件優(yōu)化后產(chǎn)品氧化鈉含量顯著降低，產(chǎn)品活性和穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)均有提升。

3 結(jié)論

（1）通過對膠帶式真空過濾機在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行改進，濾布受損率顯著降低，生產(chǎn)過程調(diào)控更加靈活，有效提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

（2）持續(xù)優(yōu)化催化劑漿液濃度以及pH值、洗滌液加入量、洗滌液溫度等措施，催化劑成品氧化鈉含量顯著下降，活性穩(wěn)定性明顯提高。