摘要:中國(guó)石油大慶煉化公司1·0Mt/a重油催化裂化裝置出現(xiàn)了催化劑跑損問(wèn)題。在檢修過(guò)程 中,發(fā)現(xiàn)了引起催化劑破碎的原因,通過(guò)整改,裝置運(yùn)行狀況良好:催化劑自然跑損量為0·3~0·4kg/t, 油漿外甩量控制在5·5t/h,油漿固體物質(zhì)量濃度不大于2g/L,再生催化劑中0~20μm及20~40μm 的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)分別為1%~2%,15%~16%。

關(guān)鍵詞:催化劑;跑損;破碎;熱崩;磨損;線速度

中圖分類號(hào):TE624·9+1　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　文章編號(hào):1009-0045(2008)06-0563-05

中國(guó)石油大慶煉化公司1·0Mt/a的重油催 化裂化裝置是在原0·6Mt/a裝置基礎(chǔ)上,采用中 國(guó)石化洛陽(yáng)石油化工工程公司開(kāi)發(fā)的靈活多效 催化裂化(FDFCC)專利技術(shù)改造而成,以常壓渣 油、催化汽油為原料,生產(chǎn)富含丙烯的液化氣,同 時(shí)降低了汽油中烯烴含量,達(dá)到了生產(chǎn)清潔汽油 的目的。該裝置采用沉降器與再生器同軸布置 和主風(fēng)單段逆流再生工藝。

1　裝置存在的問(wèn)題①

2007年5月12日,由于晃電導(dǎo)致裝置緊急 停車,恢復(fù)生產(chǎn)后,催化劑跑損量增加。5月 13日至8月20日,催化劑每天平均損失量為 5·7,t單耗為1·77kg/t。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知,再生 催化劑篩分組成(體積分?jǐn)?shù))為:0~20μm4%~ 6%,20~40μm21%~22%。裝置正常運(yùn)行時(shí), 這2項(xiàng)指標(biāo)分別為1%~2%,15%~16%。通過(guò) 肉眼觀察,由煙囪排放的煙氣中催化劑濃度明顯 升高;同時(shí),油漿固體物質(zhì)量濃度也由4~5g/L 升高至8~9g/L,這表明沉降器及再生器的催化 劑跑損量增加。由于沉降器及再生器內(nèi)旋風(fēng)分 離器對(duì)粒徑小于40μm的催化劑細(xì)粉分離效果 差,所以跑損主要原因是由于催化劑破碎引起細(xì) 粉體積分?jǐn)?shù)升高所致。

2　原因分析及解決對(duì)策

2·1　催化劑破碎引起細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)升高

催化劑破碎機(jī)理通常有以下3種:研磨,崩碎,磨損指數(shù)偏高(因催化劑機(jī)械強(qiáng)度不夠所 致)[1]。通過(guò)顯微鏡觀察裝置中的再生催化劑, 發(fā)現(xiàn)部分細(xì)粉表面比較光滑,部分棱角比較明 顯,二者差別不大,故無(wú)法判斷催化劑細(xì)粉體積 分?jǐn)?shù)升高的主要原因是由熱崩還是過(guò)度研磨 所致。

2·1·1　熱崩

裝置于2007年4月曾發(fā)生過(guò)一次中壓內(nèi)取 熱盤管泄漏事故。由于熱崩會(huì)導(dǎo)致沉降器及再 生器發(fā)生跑劑問(wèn)題,所以首先考慮是否由于熱崩 引起催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)升高。因此從以下幾 個(gè)方面對(duì)催化劑破碎的原因進(jìn)行檢查,并對(duì)發(fā)現(xiàn) 的問(wèn)題及時(shí)整改。

(1)對(duì)反應(yīng)-再生系統(tǒng)的所有蒸汽閥組進(jìn)行 了放空脫水檢查,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)帶水現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)各 點(diǎn)用汽流量計(jì)進(jìn)行了校對(duì),各流量計(jì)均為正常操 作數(shù)值,無(wú)失靈現(xiàn)象。

(2)對(duì)汽油進(jìn)料采樣觀察,未發(fā)現(xiàn)帶水現(xiàn)象, 且催化汽油進(jìn)料的餾程僅略高于裝置自產(chǎn)穩(wěn)定 汽油,沒(méi)有其他異常變化。

(3)減少原料罐的玻璃板液位計(jì)反吹蒸汽 量,從而進(jìn)一步降低原料的含水量。

(4)對(duì)中、低壓內(nèi)取熱盤管逐根試漏,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。

(5)關(guān)閉套筒事故蒸汽孔板的下游閥門,減 少進(jìn)入再生器的蒸汽量。

(6)對(duì)反應(yīng)-再生系統(tǒng)各處蒸汽松動(dòng)點(diǎn)的孔 板上游閥門進(jìn)行了限量調(diào)整。

(7)采用聽(tīng)診器及電子測(cè)溫槍,對(duì)中、低壓內(nèi) 取熱器及外取熱器進(jìn)行了檢查,無(wú)泄露跡象。

(8)4月份泄漏并已切除的中壓內(nèi)取熱盤管 出入口閥門存在輕微泄漏現(xiàn)象,故將入口閥后的 法蘭略微解開(kāi),并將出口閥前的放空閥打開(kāi)排 汽,減少由此進(jìn)入再生器密相的蒸汽量。

(9)從原料含水量分析結(jié)果可知,跑劑前后 原料含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0·12%~0·18%,沒(méi)有大的 波動(dòng)。

(10)經(jīng)過(guò)上述檢查調(diào)整后,催化劑跑損量及 再生催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)仍居高不下?？紤]到 可能仍有部分中壓蒸汽由泄漏的內(nèi)取熱盤管進(jìn) 入再生器,引起催化劑熱崩,故在泄漏的內(nèi)取熱 盤管出口閥前及入口閥后帶壓灌注襯里材料,然 后加裝盲板進(jìn)行隔離。

(11)由于煙機(jī)振動(dòng)較大,主風(fēng)機(jī)切換至備用 主風(fēng)機(jī)運(yùn)行,重油進(jìn)料量降至95t/h,此時(shí)停止外 取熱器內(nèi)催化劑流化,蒸汽包放空卸壓,觀察外 取熱器中的管束是否存在泄漏問(wèn)題。在停止外 取熱器生產(chǎn)蒸汽的過(guò)程中,再生器壓力沒(méi)有明顯 變化。在外取熱器內(nèi)催化劑停止流化后,每隔2h 在外取熱器的2處松動(dòng)點(diǎn)取樣(催化劑)觀察,沒(méi) 有發(fā)現(xiàn)催化劑潮濕現(xiàn)象,表明外取熱器管束無(wú)泄 漏現(xiàn)象。

(12)待生催化劑在待生立管中的密度較高 (約為800kg/m3),考慮到待生立管有泄漏的可 能,致使蒸汽進(jìn)入再生器引起催化劑熱崩,故投 用了開(kāi)工時(shí)停用的四點(diǎn)待生立管松動(dòng)風(fēng),并對(duì)待生立管進(jìn)行逐根試漏,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。

(13)關(guān)閉主風(fēng)事故蒸汽自保閥的下游閥門, 進(jìn)一步減少了進(jìn)入再生器的蒸汽量。

2·1·2　過(guò)度研磨

由于在提升管反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、進(jìn)料噴 嘴、主風(fēng)分布管等高速射流區(qū)中,催化劑受損較 為嚴(yán)重[1],故對(duì)裝置進(jìn)行了以下調(diào)整,以降低各 處線速度,從而減少催化劑由于過(guò)度研磨而產(chǎn)生 的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)。

(1)重油、汽油提升管預(yù)提升干氣分別由 5·5t/h降至3·5t/h,由2·5t/h降至2·0t/h。

(2)主風(fēng)量由140000m3/h降低到 136000m3/h。

(3)重油進(jìn)料量嚴(yán)格控制在3300t/d,原料 霧化蒸汽量由6·5t/h降至6·0t/h,重油提升管 出口溫度由520℃降至518℃,催化汽油進(jìn)料量 由48t/h降至45t/h。

(4)回?zé)捰偷幕責(zé)捔坑?8t/h降至12t/h。 
(5)油漿回?zé)捔渴兹沼?4t/h降至6t/h,次 日降至3t/h,第三日停止回?zé)捰蜐{,同時(shí)為了保 證油漿固體物質(zhì)量濃度不大于6g/L,油漿外甩 量提至16t/h。

(6)套筒流化風(fēng)由4500m3/h降至4000m3/h。

(7)關(guān)閉預(yù)提升蒸汽控制閥。

(8)對(duì)再生器藏量在150~170t中進(jìn)行反復(fù) 調(diào)整,但效果不明顯。

(9)由于煙機(jī)振動(dòng)超標(biāo),將主風(fēng)機(jī)切換至備 用主風(fēng)機(jī)運(yùn)行,重油進(jìn)料量由138t/h降至90t/ h,主風(fēng)量由136000m3/h降至87000m3/h,催化 汽油回?zé)捔坎蛔?。備用主風(fēng)機(jī)運(yùn)行后,除汽油提 升管反應(yīng)器外,其余各處線速度均有大幅度降 低,但催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)仍沒(méi)有下降的趨勢(shì), 其篩分組成見(jiàn)表1。



由表1可知,6月20日的再生催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)高于待生催化劑,但6月21日的待生催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)又略高于再生催化劑,這雖然無(wú) 法判斷催化劑破碎主要發(fā)生在什么部位。但可 以證明,催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)升高不是由于前述 各處線速度過(guò)高、磨損嚴(yán)重造成的。

(10)由于鈉離子和釩離子在催化劑表面易 形成低熔點(diǎn)氧化共熔物,這些共熔物接受鈉離子 生成氧化鈉,氧化鈉不僅能覆蓋于催化劑表面 減少活性中心,而且還能降低催化劑的熱穩(wěn)定 性。因此對(duì)常壓渣油及再生催化劑的金屬含量 進(jìn)行了分析,但結(jié)果與裝置正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)相 比,偏差不大,且各種金屬離子含量均在正常范 圍內(nèi)。

(11)將套筒流化風(fēng)降至3500m3/h。

(12)外取熱器的流化風(fēng)降至500m3/h。

2·2　催化劑自身原因

2·2·1　平衡劑

由于催化劑跑損量大,裝置為了維持再生器 藏量,保證再生效果,同時(shí)為了降低新鮮催化劑 單耗,定期向再生器中補(bǔ)充平衡劑。對(duì)平衡劑進(jìn) 行采樣分析,得到篩分組成中0~40μm的細(xì)粉 體積分?jǐn)?shù)為7·73%,且由于在沒(méi)有補(bǔ)充平衡劑期 間,催化劑跑損量也沒(méi)有減少,故可以排除由平 衡劑引起催化劑跑損的可能性。

2·2·2　新鮮催化劑

分別購(gòu)進(jìn)3批催化劑,第一批至第三批的磨 損指數(shù)分別為1·4%,1·7%,1·5%,均小于設(shè)計(jì) 值3·5%。新鮮催化劑的篩分組成體積分?jǐn)?shù)見(jiàn) 表2。



將這3批催化劑分別于不同時(shí)間依次加入再 生器中,以觀察是否是由于新鮮催化劑自身原因引 起的催化劑跑損。改加第三批催化劑后觀察2周, 再生催化劑中0~40μm的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)沒(méi)有降 低,一直維持在27%左右,跑損量也始終約為5t/ d。從新鮮催化劑的篩分組成看,其中小于40μm的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)(小于20%),因 此可以排除由新鮮催化劑引起跑損的可能性。

2·3　操作條件

由于催化劑跑損量增加是發(fā)生在裝置晃電 恢復(fù)生產(chǎn)后,故對(duì)晃電前后的操作條件進(jìn)行了對(duì) 比,其結(jié)果見(jiàn)表3。



由表3可知,晃電前后操作條件無(wú)明顯變 化,只是主風(fēng)分布管下部東、西兩側(cè)的溫度自5月 12日開(kāi)工后偏差較大,開(kāi)始懷疑是主風(fēng)分布管損 壞,但其兩側(cè)的壓降卻沒(méi)有變化,并且到6月 13日,兩點(diǎn)溫度偏差已基本恢復(fù)到正常值,因此 排除了主風(fēng)分布管損壞的可能性。其次是由于 催化劑跑損導(dǎo)致油漿固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,回?zé)?nbsp;量高于停工前(由于油漿回?zé)捔髁坑?jì)為電靶流量 計(jì),測(cè)量值一直不是很準(zhǔn)確且無(wú)法校對(duì)),經(jīng)用電 子測(cè)溫槍現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量油漿回?zé)捁芫€溫度為312℃, 證實(shí)回?zé)捰蜐{確實(shí)進(jìn)入了原料噴嘴,為了排除油 漿回?zé)捔看髮?dǎo)致噴嘴線速度升高而引起的催化 劑破碎,于6月13日,將油漿回?zé)捔坑?4t/h降 至6t/h,次日降至3t/h,第三天停止油漿回?zé)? 但再生催化劑細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)及催化劑跑損量均 沒(méi)有降低。

從表4可以看出,各處線速度均接近于設(shè)計(jì) 值,粗級(jí)旋風(fēng)分離器及再生器旋風(fēng)分離器都在較 理想的工況下運(yùn)行,提升管及再生器內(nèi)也不存在 線速度過(guò)高的問(wèn)題,只有沉降器單級(jí)旋風(fēng)分離器 入口線速度與設(shè)計(jì)值偏差較大,但晃電前后操作 條件沒(méi)有大的變化,沉降器單級(jí)旋風(fēng)分離器也一 直在這個(gè)工況下運(yùn)行,因此也不會(huì)是由于單級(jí)旋 風(fēng)分離器效率降低引起催化劑跑損量增大。



3　檢修期間發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及分析

3·1　存在的問(wèn)題

裝置經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的分析、調(diào)整,催化劑跑 損問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決,被迫于8月21日停工 檢修。在檢修過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)引起催化劑破 碎的問(wèn)題:(1)有1個(gè)催化汽油進(jìn)料噴嘴堵塞;(2)重油提升管底部流化蒸汽環(huán)管嚴(yán)重?fù)p壞; (3)再生器二級(jí)旋風(fēng)分離器翼閥的1只閥罩 脫落。

3·2　催化劑破碎原因

(1)由于汽油霧化蒸汽是通過(guò)孔板進(jìn)入噴 嘴,流量只有0·6t/h,此外裝置晃電停工時(shí)低壓 蒸汽壓力降低,這樣就使催化劑倒回噴嘴,造成 催化汽油進(jìn)料噴嘴堵塞,致使進(jìn)料由4個(gè)噴嘴變 為3個(gè),一方面噴嘴線速度升高導(dǎo)致催化劑磨損 加劇;另一方面,由于剩余3個(gè)噴嘴的不對(duì)稱性 會(huì)使物料在進(jìn)料段形成漩渦,加劇催化劑與提升 管器壁的摩擦,這兩方面原因?qū)е麓呋瘎┘?xì)粉體 積分?jǐn)?shù)增加,而裝置對(duì)催化汽油回?zé)捔繘](méi)有做大 幅度的降量調(diào)整。

(2)在晃電開(kāi)停工過(guò)程中,由于溫度及催化 劑循環(huán)量的變化,使重油提升管底部流化蒸汽環(huán) 管嚴(yán)重?fù)p壞,環(huán)管與進(jìn)汽管連接處完全斷開(kāi),流 化蒸汽由經(jīng)過(guò)環(huán)管噴嘴向下反吹變?yōu)橹惫芟蛏?nbsp;吹,而且直管不在提升管中心位置,使此處的催 化劑流動(dòng)產(chǎn)生渦流,導(dǎo)致磨損、破碎嚴(yán)重。此外, 一方面進(jìn)汽點(diǎn)由環(huán)管噴嘴分布變?yōu)橹惫苓M(jìn)汽,少 量的高溫再生催化劑接觸到蒸汽,發(fā)生熱崩,增 加了催化劑的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù);另一方面,通過(guò)計(jì) 算,在提升管操作條件下,由管徑為50mm直管 進(jìn)入的蒸汽射流速度高達(dá)98m/s,足以造成催化 劑的崩碎[1]。

(3)檢修時(shí),看到再生器密相格柵已經(jīng)嚴(yán)重 錯(cuò)位變形,翼閥處開(kāi)口的格柵邊緣離翼閥都較 近,晃電開(kāi)停工過(guò)程中,由于再生器內(nèi)溫度急劇 變化,再生器密相格柵變形后碰撞到二級(jí)旋風(fēng)分 離器翼閥,使翼閥閥罩脫落。檢修時(shí)觀察發(fā)現(xiàn), 脫落的閥罩并不影響翼閥開(kāi)關(guān),但裝置正常運(yùn)行 時(shí),由于翼閥處于流化的密相床中,會(huì)使脫落的 閥罩位置不斷變化,進(jìn)而影響到翼閥的開(kāi)關(guān),使 料腿倒竄氣引起催化劑跑損量增加,這從2007年 檢修前后三級(jí)旋風(fēng)分離器回收的催化劑篩分組 成體積分?jǐn)?shù)(見(jiàn)表5)對(duì)比中可以進(jìn)一步得到證 實(shí)。三級(jí)旋風(fēng)分離器回收的催化劑中40~80μm 的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)檢修后明顯低于檢修前,說(shuō)明再 生器內(nèi)二級(jí)旋風(fēng)分離器檢修前的旋分效率明顯 低于檢修后。



3·3　處理及防范措施

(1)開(kāi)工后,打開(kāi)汽油霧化蒸汽孔板的副線 閥門,通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制霧化蒸汽流量,在切斷催 化汽油進(jìn)料時(shí)及時(shí)提高霧化蒸汽量,防止催化劑 堵塞噴嘴。

(2)在檢修期間,切除了部分熱膨脹后可能 會(huì)碰撞到翼閥的格柵,徹底解決了這個(gè)影響旋風(fēng) 分離器安全運(yùn)行的問(wèn)題。

4　檢修后裝置運(yùn)行情況

檢修后,催化劑跑損量?jī)H為0·3~0·4kg/ 油漿外甩量控制在5·5t/h,油漿固體物質(zhì)量濃度 不大于2g/L,再生催化劑中0~20μm及20~ 40μm的細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)分別恢復(fù)到1%~2% 15%~16%。

參考文獻(xiàn):

[1]陳俊武·催化裂化工藝與工程[M]·2版·北京:中國(guó)石化出 版社,2005:333-340·