高固含量成膠技術(shù)在催化劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡濤，孫德劍

（中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化公司催化劑廠，甘肅 蘭州730060）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全國煉油產(chǎn)能逐年增加，催化裂化催化劑的需求量也持續(xù)上升[1]。在催化裂化催化劑的生產(chǎn)過程中，催化劑成膠是關(guān)鍵步驟。各種基質(zhì)材料及活性組分經(jīng)成膠過程制作成催化劑膠體后，再經(jīng)噴霧、干燥、焙燒、過濾、洗滌等步驟，生產(chǎn)為具有一定的粒度分布、孔結(jié)構(gòu)、抗磨損能力及催化活性的微球催化劑[2-3]。在催化劑的成膠過程中，催化劑膠體的固含量對(duì)催化劑的后續(xù)加工過程有直接影響。研究表明[4-5]，適當(dāng)提高固含量，能顯著改善催化劑成品的粒度分布及球形度，還能節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本。某石化公司催化裂化催化劑生產(chǎn)裝置采用高固含量成膠技術(shù)進(jìn)行催化劑生產(chǎn)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，生產(chǎn)裝置的氣耗、水耗、能耗也顯著下降，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

1 高固含量成膠技術(shù)

1.1 催化裂化催化劑生產(chǎn)流程

目前，國內(nèi)各主要催化裂化裝置普遍采用半合成基質(zhì)的分子篩微球催化劑，這類催化劑具有選擇性及活性高、水熱穩(wěn)定性好、抗金屬污染能力強(qiáng)等優(yōu)良性質(zhì)。其典型的制備路線為：催化劑制備所需的各基質(zhì)材料及活性組分在反應(yīng)器中通過物理及化學(xué)反應(yīng)，制成具有一定流動(dòng)性的催化劑膠體，催化劑膠體攪拌均勻后，通過噴霧干燥的方式制作成具有一定粒度分布的催化劑微球顆粒，再經(jīng)焙燒、過濾、洗滌過程，除去催化劑微球顆粒中的雜質(zhì)后，經(jīng)閃蒸干燥，制作成具有催化活性的催化裂化催化劑。

1.2 高固含量成膠流程的優(yōu)化

根據(jù)催化裂化催化劑的生產(chǎn)制備原理，提高膠體固含量的實(shí)質(zhì)，是減少成膠過程中水的加入量。適當(dāng)提高膠體的固含量，能減少細(xì)篩分的噴出量，提高催化劑中組分的比例。同時(shí)，降低膠體水分，可降低裝置的整體水耗，降低噴霧干燥塔的負(fù)荷和水分蒸發(fā)量，節(jié)省能耗。

高固含量成膠技術(shù)的主要措施有：優(yōu)化成膠操作過程，使用液體原材料為固體原材料打漿；強(qiáng)化原材料指標(biāo)，提高液體原材料的濃度；強(qiáng)化成品膠體管控，控制膠體酸化的程度。

1.2.1 成膠過程優(yōu)化

改變成膠過程中物料的加入順序，使用液體原材料為固體原材料打漿，減少成膠過程的液體加入量，可提高膠體固含量。裝置采用高固含量成膠技術(shù)前后，生產(chǎn)裝置的成膠順序見表1。

表1中，高嶺土、擬薄水鋁石為固體原材料，且兩者合計(jì)加入量占成膠所有物料加入量的50%左右。優(yōu)化前，為保證固體原材料的分散效果，需要向反應(yīng)器中加入大量細(xì)粉，對(duì)高嶺土、擬薄水鋁石進(jìn)行打漿分散，然后再加入液體原材料稀土溶液、鋁溶膠及分子篩漿液，導(dǎo)致膠體的固含量提升困難。優(yōu)化后，首先加入所有液體原材料，再加入固體原材料，使用液體原材料為固體原材料打漿，在保證固體原材料分散效果的前提下，可減少細(xì)粉漿液加入量。該方法能有效提高膠體固含量。催化裂化催化劑生產(chǎn)裝置的試運(yùn)行及成品質(zhì)量的測(cè)定結(jié)果表明，改變成膠過程中物料的加入順序，不影響成品質(zhì)量。

表1成膠過程優(yōu)化

1.2.2 原材料優(yōu)化

提高液體原材料的濃度，能減少成膠過程中水的加入量，提高膠體固含量。裝置采用高固含量成膠技術(shù)前后，原材料的固含量見表2。

表2成膠原材料優(yōu)化 /g·L-1

1.2.3 成品膠體管控

通過提高成品膠體的黏度指標(biāo)，將成品膠體的黏度控制在5000～10000 cp之間，并參考檢測(cè)結(jié)果，反向調(diào)整成膠過程中物料的加入比例，可控制膠體的水分含量，穩(wěn)定固含量。

2 裝置運(yùn)行效果

某石化公司催化裂化催化劑生產(chǎn)裝置采用高固含量成膠技術(shù)，對(duì)裝置工藝流程進(jìn)行優(yōu)化后，進(jìn)行催化裂化催化劑生產(chǎn)。裝置在優(yōu)化前后的相關(guān)工藝參數(shù)見表3。

表3 優(yōu)化前后裝置相關(guān)工藝參數(shù)

2.1 膠體固含量

從表3可以看出，裝置采用高固含量成膠技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)后，膠體固含量均值由32.37%提高到36.23%，提高了3.86%，膠體固含量的提升效果顯著。

2.2 粒度分布及環(huán)保設(shè)施懸浮物

從表3可以看出，在噴霧干燥工序中，0～20μm粒度分布（即微球催化劑顆粒中粒度在0～20μm 的微球顆粒占全部微球顆粒的體積百分比）由優(yōu)化前的1.81%下降到優(yōu)化后的1.46%。0～20μm微球顆粒過多，會(huì)造成催化劑跑損，降低裝置收率，且跑損的細(xì)顆粒物會(huì)進(jìn)入裝置環(huán)保設(shè)施，以廢水懸浮物的形式排放，增加裝置環(huán)保處理設(shè)施的負(fù)荷。通過提高固含量來控制細(xì)顆粒物的含量，能有效提高裝置收率，裝置尾氣處理設(shè)施中的懸浮物含量由11271 mg·L-1下降到4578 mg·L-1，降幅為59.38%，裝置環(huán)保設(shè)施負(fù)荷顯著降低。

2.3 裝置能耗

從表3可以看出，提高膠體固含量后，裝置整體水耗由16.28 t·t-1下降到10.56 t·t-1，降幅35.13%，節(jié)水效果顯著。隨著水耗下降，在噴霧干燥工序及焙燒工序中，蒸發(fā)催化劑膠體中的水分所需的能量更少，裝置整體的天然氣耗由0.31 t·t-1下降到0.27 t·t-1，降幅12.90 %，節(jié)能效果顯著，裝置生產(chǎn)成本下降明顯。

2.4 存在的問題

1）在使用高固含量成膠技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，固含量超過38%，會(huì)出現(xiàn)膠體轉(zhuǎn)輸困難、設(shè)備負(fù)荷大等問題，不利于裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，因此催化劑膠體固含量提升存在上限。

2）隨著催化劑膠體固含量提高，膠體的流動(dòng)性變差，膠體中的雜質(zhì)含量增加，膠體過濾器負(fù)荷增加，清理工作量變大。

3 結(jié)論

1）采取用液體原材料為固體原材料打漿、適當(dāng)提高液體原材料濃度、增加膠體黏度控制指標(biāo)等措施，能顯著提高催化裂化催化劑生產(chǎn)過程中催化劑膠體的固含量。

2）采用高固含量成膠技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)后，裝置膠體的固含量由32.37%提高到36.23%，同時(shí)裝置后續(xù)各工序的工藝參數(shù)變化顯著，噴霧所產(chǎn)生的細(xì)粉更少，環(huán)保設(shè)施外排的懸浮物下降，裝置收率上升。

3）裝置的水耗、氣耗下降顯著，單位催化劑的生產(chǎn)成本降低，節(jié)能降耗、提質(zhì)增效效果顯著。