FCC催化劑工廠Na2O平衡計(jì)算分析

黃瑞 田玉民

摘 要：FCC催化劑生產(chǎn)過程中，降低產(chǎn)品的Na2O含量貫穿整個(gè)生產(chǎn)過程，采用物料平衡和物料估算法對(duì)全廠FCC催化劑的Na2O平衡、計(jì)算分析，得知NaY合成、改性、催化劑制備、環(huán)保設(shè)施運(yùn)行引入Na2O總量和污水排放帶出Na2O總量，為污水深度處理裝置的除鹽設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及依據(jù)，為減排提出合理的建議及治理措施。

關(guān)鍵詞：FCC催化劑;Na2O平衡;計(jì)算分析

0 引言

隨著環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格，新建FCC催化劑裝置，排放污水執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010）[1]。TDS是污水排放控制的主要指標(biāo)，Na鹽是FCC催化劑污水TDS的主要組成，進(jìn)行FCC催化劑生產(chǎn)過程N(yùn)a平衡分析，理清生產(chǎn)中Na鹽的去向及分布，掌握Na鹽的排放量，為污水中TDS減排提出較為合理的建議及治理措施。

1 工藝流程簡介

FCC催化劑生產(chǎn)分為NaY分子篩的合成、改性、微球催化劑制備三個(gè)主要過程。生產(chǎn)過程不斷有含Na廢水排出，F(xiàn)CC催化劑成品Na2O含量0.2%左右。FCC催化劑主要由基質(zhì)和活性組分組成，選用半合成法生產(chǎn)工藝，分子篩、微球生產(chǎn)裝置，總體工藝流程簡介如下：

1.1 分子篩裝置

1.1.1 NaY分子篩合成

水玻璃、高堿偏鋁酸鈉按配方加入導(dǎo)向劑罐，在一定溫度和攪拌條件下反應(yīng)、老化，生成導(dǎo)向劑;將導(dǎo)向劑、低堿偏鋁酸鈉、水玻璃、硫酸鋁等原料按配方和加料順序成膠，膠體在一定條件下形成分子篩晶體，經(jīng)過濾、洗滌，生成NaY分子篩。

1.1.2 分子篩改性

含NaY分子篩的晶化漿液在濾機(jī)上過濾、交換液、水洗后，加入稀土溶液進(jìn)行罐交;交換后的分子篩漿液經(jīng)過濾水洗制漿后，采用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥和焙燒，經(jīng)超穩(wěn)化反應(yīng)，得到一交一焙分子篩;一交一焙分子篩在濾機(jī)上過濾、交換、水洗后，通過旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥和焙燒超穩(wěn)化反應(yīng)得到二交二焙分子篩。

1.2微球裝置

分子篩漿液與高嶺土、擬薄水鋁石、鋁溶膠、鹽酸等物料按順序依次加入混合成膠。膠體通過噴霧干燥霧化成型后進(jìn)入焙燒爐，在高溫焙燒條件下，催化劑發(fā)生固相離子遷移、脫Cl-等一系列反應(yīng)。焙燒后的催化劑再經(jīng)過交換、洗滌、過濾、氣流干燥后，形成顆粒狀固體催化劑產(chǎn)品。

2 催化劑生產(chǎn)過程N(yùn)a2O平衡分析

2.1 NaY分子篩合成

NaY分子篩合成中，Na2O：Al2O3：SiO2的摩爾投料比為3.1：1：9.5，產(chǎn)出NaY分子篩中的Na2O：Al2O3：SiO2的摩爾比為1：1：5.1。剩余的Na2O在母液回收過程中生成Na2SO4隨凝膠污水排出。通過物料平衡計(jì)算，在NaY分子篩合成中，每噸NaY分子篩在污水中排放0.277t Na2O，具體物料平衡見下表。

2.2 分子篩改性

分子篩改性是Na2O降低的過程。在改性過程中，NaY分子篩通過交換、干燥、焙燒等改性工序，得到成品分子篩中的Na2O含量在1.5%左右。通過物料平衡計(jì)算，在分子篩改性中，每噸成品分子篩會(huì)在污水中排放0.117t Na2O，最終以Na2SO4的形式隨污水排出，具體物料平衡見下表。

2.3 微球催化劑制備

微球催化劑制備過程中，分子篩在催化劑中占35%左右。通過成膠、噴霧干燥、交換過濾、氣流干燥等工序，將催化劑中Na2O含量逐步降低至0.2%左右。通過物料平衡計(jì)算，在微球催化劑制備過程中，每噸成品催化劑會(huì)在污水中排放0.006t Na2O。微球裝置的低Na+濾液在分子篩裝置全部回用，以Na2SO4的形式隨污水排出，具體物料平衡見下表。

3 環(huán)保設(shè)施運(yùn)行過程中Na2O平衡分析

3.1 高氨氮廢水處理

在分子篩改性和微球催化劑制備過程中，消耗大量的硫酸銨（0.34t/t催化劑）產(chǎn)生大量高氨氮廢水，通過氨氮回收裝置處理，可使硫酸銨的循環(huán)利用率達(dá)68%以上[2]。在硫酸銨的回收過程中，使用NaOH溶液置換出高氨氮污水中的NH4+，通過硫酸吸收生成硫酸銨加以循環(huán)利用。在回收污水中氨氮的同時(shí)，增加了污水中的Na2O含量。

2（NH4）2SO42NaOHNa2O

通過化學(xué)平衡方程式計(jì)算，在高氨氮廢水的處理過程中，每噸催化劑會(huì)在污水中外排0.054t Na2O，最終以Na2SO4的形式隨污水排出。

3.2 尾氣處理

在微球催化劑的制備過程中，會(huì)加入大量的HCl和氯化物，Cl-在噴霧干燥、焙燒過程中生成HCl氣體進(jìn)入尾氣中。為保證尾氣的達(dá)標(biāo)排放，在尾氣處理過程中需要加入NaOH溶液來吸收尾氣中的HCl，吸收液最終通過污水排放至污水處理裝置。通常成品催化劑中的Cl-含量要求控制在1.0%以下。通過物料平衡計(jì)算，在尾氣處理過程中，生產(chǎn)每噸成品催化劑會(huì)在污水中外排0.017t Na2O，這部分Na2O以NaCl的形式隨污水排出。

4 全廠Na2O平衡分析

通過FCC催化劑生產(chǎn)過程和環(huán)保設(shè)施運(yùn)行過程的Na2O平衡計(jì)算分析得知，F(xiàn)CC催化劑生產(chǎn)過程中排出的Na2O由各類生產(chǎn)原材料帶入，環(huán)保設(shè)施運(yùn)行過程中排出的Na2O由NaOH溶液帶入。最終得到了以整個(gè)FCC催化劑工廠為單元的Na2O平衡，具體物料平衡見下表。

5 結(jié)論及建議

①通過對(duì)FCC催化劑生產(chǎn)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行過程的Na2O平衡計(jì)算分析可知，在NaY分子篩合成階段，外排的Na2O占了全廠的45%以上，需單獨(dú)對(duì)這部分污水進(jìn)行除鹽深度處理;

②微球催化劑制備外排的Na2O占比最低，僅分子篩改性外排Na2O的1/7左右，可以將微球催化劑制備的外排污水回用至分子篩改性梯級(jí)利用，提高生產(chǎn)水的利用效率，減少外排污水的總量;

③全廠FCC催化劑外排污水中的Na鹽以Na2SO4和NaCl的形式存在，為保證污水裝置除鹽效果，Na2SO4、NaCl污水需分開進(jìn)行處理，得到純度較高的Na2SO4、NaCl鹽。

參考文獻(xiàn)：

[1]中石油長汀催化劑項(xiàng)目變更環(huán)境影響報(bào)告[M].福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院，2015.9.

[2]薛英廣，韓雪松.催化裂化催化劑生產(chǎn)過程銨鹽的循環(huán)利用[J].甘肅科技縱橫，2014，9（3）：35-36.

作者簡介：

黃瑞（1993- ），男，漢族，河南商丘人，本科，助理工程師。從事催化裂化催化劑生產(chǎn)研發(fā)的工作。