淺析催化裂解裝置再生器跑劑原因

吳明亮

（中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600）

在催化裂解過程中，由于催化劑在高溫環(huán)境作用下，部分催化劑被磨損產(chǎn)生細(xì)粉，催化劑會出現(xiàn)少量損耗，屬于正常生產(chǎn)現(xiàn)象。通常情況下，再生器內(nèi)設(shè)有兩級串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，可將粒徑20μm以上的催化劑回收，在生產(chǎn)過程中，有少部分顆粒在氣體分離裝置的升氣管中逃逸，即“跑劑”。大量實(shí)踐經(jīng)驗指出，通過補(bǔ)充新的催化劑能夠抵消跑劑損耗。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，正常DDC裝置工作期間，催化劑的損耗量不得超過0.7kg/t，若損耗量超過0.9kg/t，則表明跑劑嚴(yán)重。對生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)踐展開分析可知，造成催化劑跑劑的原因較多，具體包括不符合規(guī)范的生產(chǎn)操作、設(shè)備自身問題、原料問題、催化劑組分問題等。鑒于此，有關(guān)人員需要分析再生器跑劑的實(shí)際原因，并采取針對性預(yù)防措施，以確保催化裂解生產(chǎn)全過程穩(wěn)定且可靠。

1 DDC裝置再生器介紹

催化裂解裝置通過催化劑的作用，使原料油在適宜的溫度和壓力下進(jìn)行裂化、異構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移、環(huán)化等一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，將大分子烴類轉(zhuǎn)化為各種小分子烴類的混合物，并通過后續(xù)分餾、吸收、穩(wěn)定系統(tǒng)分離出汽油、柴油、油漿、干氣、液化氣等產(chǎn)品?？紤]到隨著時間的推移，催化劑表面會積累碳以及其他雜質(zhì)，影響催化活性和選擇性，因此，為了保持裝置的正常運(yùn)行和產(chǎn)物的質(zhì)量，催化劑需要進(jìn)行再生。再生器是組成該裝置中的重要部分，主要負(fù)責(zé)對失活的催化劑進(jìn)行再生，以恢復(fù)其活性，工作原理是在高溫、再生劑的雙重作用下，使積碳以及雜質(zhì)充分燃燒，恢復(fù)催化劑活性。再生器內(nèi)設(shè)有主風(fēng)分布管和旋風(fēng)分離器，主風(fēng)分布管的作用是均勻分布?xì)怏w，促進(jìn)氣固相的良好接觸，支撐整個催化劑床層，防止固體漏料；旋風(fēng)分離器的作用是回收煙氣中的催化劑粉塵。設(shè)計、操作再生器時，要考慮催化劑的再生效果、裝置的穩(wěn)定性和能耗等因素，一般情況下，大型裝置通常采用連續(xù)循環(huán)再生的方式，以保持裝置的連續(xù)生產(chǎn)。

2 DDC裝置再生器跑劑的表現(xiàn)

再生器跑劑通常會有以下現(xiàn)象：（1）旋分壓降波動。（2）兩器藏量下降。（3）三級旋風(fēng)分離器入口處催化劑粉塵濃度增加。（4）脫硫洗滌塔底漿液固體顆粒物增加等。

3 DDC裝置再生器跑劑的原因

催化劑跑損包括非自然跑損、自然跑損。前者指的是由于設(shè)備發(fā)生故障、操作不科學(xué)，致使旋風(fēng)分離器無法正常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑跑損。后者則指的是設(shè)備正常運(yùn)行、操作符合要求，但是由于系統(tǒng)內(nèi)部直徑在20μm以下的催化劑細(xì)粉量過多，超出旋風(fēng)分離器所能處理的范圍，使設(shè)備無法回收全部細(xì)粉，最終造成跑損。導(dǎo)致再生器出現(xiàn)跑劑問題的原因較多，例如，操作過程大幅度波動、旋風(fēng)分離器故障、流化失常等，下文將逐一說明。

3.1 操作過程大幅度波動

分析處于運(yùn)行狀態(tài)的催化裂化裝置能夠發(fā)現(xiàn)，無論是頻繁更改操作參數(shù)，還是操作不合理，均會影響混合物表現(xiàn)出的流化狀態(tài)，致使催化劑受到劇烈沖擊，縮短催化劑出現(xiàn)磨損的時間。其中，人員操作幅度過大，將增大床層線速的波動幅度，導(dǎo)致分離器入口線速、催化濃度超出規(guī)定范圍，若不盡快解決該問題，不僅會影響分離器的運(yùn)行效率，還會使催化劑出現(xiàn)跑損的情況。再生器藏量過低也會造成催化劑跑損，裝置開工初期，由于旋風(fēng)分離器料退未建立料封，分離效果不佳，再生器裝劑的時候也會出現(xiàn)跑劑現(xiàn)象。

3.2 旋風(fēng)分離器設(shè)計、安裝不合理

旋風(fēng)分離器是再生器內(nèi)分離煙氣與催化劑顆粒的核心設(shè)備，如果其設(shè)計、安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如翼閥安裝角度不當(dāng)?shù)葐栴}，會導(dǎo)致分離效果不佳，出現(xiàn)較粗催化劑顆粒被煙氣帶出的情況，致使再生器跑劑現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 旋風(fēng)分離器發(fā)生故障

實(shí)踐經(jīng)驗表明，旋風(fēng)分離器發(fā)生故障是造成再生器跑劑的一個主要原因。DDC裝置中，旋風(fēng)分離器主要用于氣固分離，可利用離心力將顆粒從氣體中分離出來，通過旋風(fēng)管道將顆粒收集在底部的集料室中，并將干凈的氣體排出。該設(shè)備包括以下幾部分：（1）進(jìn)料管道，負(fù)責(zé)將氣體引入設(shè)備。（2）旋風(fēng)管道，氣體在旋風(fēng)管道中運(yùn)動并產(chǎn)生離心力，使顆粒被分離出來。（3）集料室，位于設(shè)備底部，用于收集、存儲分離出來的顆粒。（4）出口管道，位于設(shè)備頂部，負(fù)責(zé)排出干凈的氣體。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市面上現(xiàn)有再生器均包含10～14組BY旋風(fēng)分離器，可以及時、高效地分離煙氣與催化劑顆粒。由于旋風(fēng)分離器所處運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，煙氣所含催化劑的濃度較大且溫度偏高，長時間、不間斷運(yùn)行期間，催化劑顆粒摩擦及沖蝕、高溫、機(jī)械載荷還有壓力載荷的作用疊加，旋風(fēng)分離器零部件發(fā)生故障的情況難以避免，常見的故障有料腿堵塞、翼閥失效、焊道開裂及斷裂。分析跑劑現(xiàn)象可知，若導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因是料腿堵塞、焊道開裂或斷裂，則事故不可逆，如果問題能夠解決，說明旋風(fēng)分離器并不存在以上故障。跑劑的原因可能是翼閥回位閉合不及時。這里要注意的是，翼閥極易被外界或是自身因素影響，進(jìn)而出現(xiàn)卡澀的情況，但系統(tǒng)流化發(fā)生變化后，翼閥將在應(yīng)力的作用下閉合，使得旋風(fēng)分離器恢復(fù)穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)。

考慮到翼閥具備鎖氣排料的功能，若翼閥閉合不嚴(yán)，不僅會致使煙氣反竄，再生系統(tǒng)內(nèi)部催化劑被帶出，嚴(yán)重時還會影響余鍋系統(tǒng)和煙機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)踐經(jīng)驗表明，以下3種情況均會影響翼閥的閉合：首先，旋風(fēng)分離器襯里脫落并卡住閥板，此時，即使閉合翼閥，閥板仍然有一定的開度；其次，閥板、吊環(huán)受力卡塞，使得翼閥無法順利啟閉；最后，設(shè)備局部存在流化異常情況，致使翼閥出現(xiàn)卡塞問題。

3.4 原料油性質(zhì)不佳

若原料油性質(zhì)變化過于頻繁，過于劇烈，則會使整個操作發(fā)生變化而不平穩(wěn)，對降低催化劑損耗極為不利，原料油性質(zhì)不佳，如重金屬含量過高等也會影響催化劑性能，加劇催化劑的磨損。原料油帶水，水在反應(yīng)器內(nèi)氣化，高溫蒸汽破壞催化劑顆粒內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使催化劑熱崩，也可導(dǎo)致催化劑跑損。

3.5 催化劑性能不理想

催化劑的粒度分布主要是反應(yīng)催化劑不同粒徑占總數(shù)的比例值，它是催化劑性能參數(shù)的一項重要指標(biāo)，該指標(biāo)可以反映出在生產(chǎn)中催化劑的磨損程度和催化劑在高溫條件下的強(qiáng)度，通過不同粒度的分布也可以反映出催化劑床層流化性能的好壞。表1為某石化公司正常生產(chǎn)期間再生器平衡劑粒度分布。

表1 平衡劑粒度分布

從表1中得知，再生器中催化劑粒度分布≤20μm的極少，也就是旋風(fēng)分離器基本無法回收≤20μm的催化劑，即如果催化劑細(xì)粉顆粒過多，會造成催化劑跑損嚴(yán)重。

3.6 流化失常

如果再生器的床層偏流，旋風(fēng)分離器運(yùn)行效果不理想，同樣會造成催化劑跑損。另外，該情況還會影響床層料位的均勻程度，導(dǎo)致旋風(fēng)分離器自帶防倒錐暴露在外，增加煙氣反竄還有催化劑跑損的可能性。事實(shí)證明，影響床層流化質(zhì)量的因素主要包括。（1）大孔分布板、主風(fēng)分布管的狀態(tài)；（2）再生器的主風(fēng)量；（3）床層料位；（4）催化劑的性能。

平衡劑的粒度分布與催化劑選擇性及活性、系統(tǒng)流化情況密切相關(guān)，并直接影響床層密度、催化劑循環(huán)量還有跑損量。因此，要想使催化劑表現(xiàn)出理想的流化性，關(guān)鍵要保證平衡劑中，粒度在0～40μm的顆粒占比不超過25%。另外，系統(tǒng)內(nèi)部粗顆粒、細(xì)顆粒的占比還和平衡劑所具有流化性密切相關(guān)，無論是粗顆粒增多還是細(xì)顆粒減少，均會給平衡劑性能造成不良影響，進(jìn)而導(dǎo)致裝置無法穩(wěn)定、高效地運(yùn)行?？紤]到常規(guī)旋風(fēng)分離器難以做到有效回收20μm以下顆粒，因此，要想使催化劑系統(tǒng)始終處于正常流化狀態(tài)，關(guān)鍵是要全方位分析平衡劑的情況，補(bǔ)充適量的新鮮劑，確保細(xì)顆粒占比符合要求。除此之外，還要注意一點(diǎn)，即細(xì)顆粒損失會產(chǎn)生大量泥漿、粉塵，不僅會增加固體廢棄物處理量，還會導(dǎo)致現(xiàn)場環(huán)境被污染。同時，泥漿、粉塵的出現(xiàn)，還會致使系統(tǒng)內(nèi)部形成大量沉淀，一旦系統(tǒng)管線被沉淀物堵塞，裝置便無法正常運(yùn)行。

4 DDC再生器跑劑問題的解決方案

4.1 預(yù)防措施及解決辦法

為了避免出現(xiàn)催化劑跑損的問題，應(yīng)做到以下幾個方面：（1）使用符合設(shè)計要求的旋風(fēng)分離器，并嚴(yán)格按照安裝要求規(guī)范安裝相關(guān)部件；（2）裝置開工初期，再生器開始裝催化劑時速度要快，使旋風(fēng)分離器盡快正常工作，減少催化劑跑損；（3）日常工作中，操作人員應(yīng)做到科學(xué)、精細(xì)的操作，確保裝置始終處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，對再生溫度、壓力、再生時間等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，避免過高的溫度和過長的再生時間，減少催化劑跑損；（4）原料油性質(zhì)變化要加強(qiáng)關(guān)注，盡量使用重金屬含量低的原料，并及時做好原料脫水工作，使用耐磨性能好、抗金屬污染能力強(qiáng)和水熱穩(wěn)定性好的催化劑；（5）適當(dāng)使用金屬鈍化劑，減少重金屬對催化劑的污染，延長催化劑的使用壽命；（6）實(shí)時監(jiān)控、定期分析再生器中細(xì)粉的組分，在發(fā)現(xiàn)異常的第一時間判斷導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因，對后續(xù)操作方案加以調(diào)整；（7）重點(diǎn)關(guān)注再生器的藏量、入口處的粉塵濃度及其他設(shè)備相關(guān)參數(shù)，如果設(shè)備出現(xiàn)大量跑劑的情況，操作人員應(yīng)根據(jù)事故預(yù)案所提供方法，對處理量、主風(fēng)量還有催化劑循環(huán)量加以調(diào)整，改變催化劑流化狀態(tài)，為裝置恢復(fù)理想運(yùn)行狀態(tài)提供先決條件；（8）跑劑時，應(yīng)酌情調(diào)整細(xì)粉罐的卸劑次數(shù)及頻率，即要避免入口處粉塵濃度超出允許范圍，導(dǎo)致煙機(jī)非計劃停機(jī)和環(huán)境污染事件的發(fā)生，還要確保廢劑罐料位始終維持在較低水平，為旋風(fēng)分離器穩(wěn)定運(yùn)行提供保障；（9）在下次大規(guī)模檢修時，認(rèn)真檢查并且修復(fù)設(shè)備零部件，做好清焦工作，以確保裝置能夠長時間、不間斷運(yùn)行。

4.2 注意事項

DDC裝置在生產(chǎn)期間，催化劑會因為長期使用、高溫氧化、重金屬污染等因素，逐漸失去活性，導(dǎo)致工藝效率、產(chǎn)品質(zhì)量下降。日常工作中，操作人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）定期卸出再生器中的廢催化劑，減少碳積物和雜質(zhì)，并及時補(bǔ)充新鮮催化劑，以保持催化劑的活性還有穩(wěn)定性。（2）確保再生器操作溫度、壓力和藏量等參數(shù)處于適宜的范圍，避免對催化劑造成損害。（3）根據(jù)原料性質(zhì)、廢催化劑表現(xiàn)出的特點(diǎn)，選擇合適的催化劑，避免使用有害或不適合的催化劑。（4）定期檢測再生器的催化劑中的組分和濃度，了解再生效果，及時采取措施調(diào)整操作。（5）過熱、過壓均有可能造成催化劑的損壞，因此，要時刻關(guān)注再生器的溫度和壓力，確保其處于安全范圍內(nèi)。（6）停機(jī)、運(yùn)行轉(zhuǎn)換時，注意逐步調(diào)整溫度以及壓力，避免由于溫度、壓力在短時間內(nèi)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致催化劑損傷。（7）如實(shí)記錄再生情況，包括溫度、壓力和再生時間等，以便于分析、調(diào)整再生過程。（8）根據(jù)催化劑的壽命和再生效果，制定合理的再生計劃，提高催化劑再生的效率。（9）定期對催化劑進(jìn)行物化性能的檢測和分析，了解變化狀況，為再生提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)語

通過分析可知，一般情況下，DDC再生器出現(xiàn)催化劑大量跑損則屬于非自然跑損，問題成因包括：（1）操作過程大幅度波動。（2）旋風(fēng)分離器設(shè)計、安裝不合理。（3）旋風(fēng)分離器發(fā)生故障（如襯里脫落卡住閥板/閥板及吊環(huán)卡塞/流化異常），致使翼閥無法靈活啟閉、及時閉合，大量含催化劑的煙氣反竄，導(dǎo)致催化劑跑損，使得裝置可靠性、安全性受到影響。（4）原料油性質(zhì)不佳。（5）催化劑性能不理想。（6）流化失常等。要想盡量避免跑劑問題出現(xiàn)，關(guān)鍵是要確保操作平穩(wěn)、科學(xué)且合理，選擇符合操作條件的旋風(fēng)分離器，使用性能理想的催化劑和原料油，定期檢查旋風(fēng)分離器等核心設(shè)備，維修或是替換出現(xiàn)故障的零部件，只有這樣，才能將跑劑問題的發(fā)生率降至最低，并保證催化裂解裝置發(fā)揮出應(yīng)有作用。