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重油催化裂化装置催化剂跑损原因分析 摘要:中国石油大庆炼化公司1·0Mt/a重油催化裂化装置出现了催化剂跑损问题。在检修过程 中,发现了引起催化剂破碎的原因,通过整改,装置运行状况良好:催化剂自然跑损量为0·3~0·4kg/t, 油浆外甩量控制在5·5t/h,油浆固体物质量浓度不大于2g/L,再生催化剂中0~20μm及20~40μm 的细粉体积分数分别为1%~2%,15%~16%。 关键词:催化剂;跑损;破碎;热崩;磨损;线速度 中图分类号:TE624·9+1 文献标识码:B 文章编号:1009-0045(2008)06-0563-05 中国石油大庆炼化公司1·0Mt/a的重油催 化裂化装置是在原0·6Mt/a装置基础上,采用中 国石化洛阳石油化工工程公司开发的灵活多效 催化裂化(FDFCC)专利技术改造而成,以常压渣 油、催化汽油为原料,生产富含丙烯的液化气,同 时降低了汽油中烯烃含量,达到了生产清洁汽油 的目的。该装置采用沉降器与再生器同轴布置 和主风单段逆流再生工艺。 1 装置存在的问题① 2007年5月12日,由于晃电导致装置紧急 停车,恢复生产后,催化剂跑损量增加。5月 13日至8月20日,催化剂每天平均损失量为 5·7,t单耗为1·77kg/t。从实测数据可知,再生 催化剂筛分组成(体积分数)为:0~20μm4%~ 6%,20~40μm21%~22%。装置正常运行时, 这2项指标分别为1%~2%,15%~16%。通过 肉眼观察,由烟囱排放的烟气中催化剂浓度明显 升高;同时,油浆固体物质量浓度也由4~5g/L 升高至8~9g/L,这表明沉降器及再生器的催化 剂跑损量增加。由于沉降器及再生器内旋风分 离器对粒径小于40μm的催化剂细粉分离效果 差,所以跑损主要原因是由于催化剂破碎引起细 粉体积分数升高所致。 2 原因分析及解决对策 2·1 催化剂破碎引起细粉体积分数升高 催化剂破碎机理通常有以下3种:研磨,崩碎,磨损指数偏高(因催化剂机械强度不够所 致)[1]。通过显微镜观察装置中的再生催化剂, 发现部分细粉表面比较光滑,部分棱角比较明 显,二者差别不大,故无法判断催化剂细粉体积 分数升高的主要原因是由热崩还是过度研磨 所致。 2·1·1 热崩 装置于2007年4月曾发生过一次中压内取 热盘管泄漏事故。由于热崩会导致沉降器及再 生器发生跑剂问题,所以首先考虑是否由于热崩 引起催化剂细粉体积分数升高。因此从以下几 个方面对催化剂破碎的原因进行检查,并对发现 的问题及时整改。 (1)对反应-再生系统的所有蒸汽阀组进行 了放空脱水检查,没有发现带水现象。同时对各 点用汽流量计进行了校对,各流量计均为正常操 作数值,无失灵现象。 (2)对汽油进料采样观察,未发现带水现象, 且催化汽油进料的馏程仅略高于装置自产稳定 汽油,没有其他异常变化。 (3)减少原料罐的玻璃板液位计反吹蒸汽 量,从而进一步降低原料的含水量。 (4)对中、低压内取热盘管逐根试漏,没有发现泄漏点。 (5)关闭套筒事故蒸汽孔板的下游阀门,减 少进入再生器的蒸汽量。 (6)对反应-再生系统各处蒸汽松动点的孔 板上游阀门进行了限量调整。 (7)采用听诊器及电子测温枪,对中、低压内 取热器及外取热器进行了检查,无泄露迹象。 (8)4月份泄漏并已切除的中压内取热盘管 出入口阀门存在轻微泄漏现象,故将入口阀后的 法兰略微解开,并将出口阀前的放空阀打开排 汽,减少由此进入再生器密相的蒸汽量。 (9)从原料含水量分析结果可知,跑剂前后 原料含水质量分数为0·12%~0·18%,没有大的 波动。 (10)经过上述检查调整后,催化剂跑损量及 再生催化剂细粉体积分数仍居高不下。考虑到 可能仍有部分中压蒸汽由泄漏的内取热盘管进 入再生器,引起催化剂热崩,故在泄漏的内取热 盘管出口阀前及入口阀后带压灌注衬里材料,然 后加装盲板进行隔离。 (11)由于烟机振动较大,主风机切换至备用 主风机运行,重油进料量降至95t/h,此时停止外 取热器内催化剂流化,蒸汽包放空卸压,观察外 取热器中的管束是否存在泄漏问题。在停止外 取热器生产蒸汽的过程中,再生器压力没有明显 变化。在外取热器内催化剂停止流化后,每隔2h 在外取热器的2处松动点取样(催化剂)观察,没 有发现催化剂潮湿现象,表明外取热器管束无泄 漏现象。 (12)待生催化剂在待生立管中的密度较高 (约为800kg/m3),考虑到待生立管有泄漏的可 能,致使蒸汽进入再生器引起催化剂热崩,故投 用了开工时停用的四点待生立管松动风,并对待生立管进行逐根试漏,没有发现漏点。 (13)关闭主风事故蒸汽自保阀的下游阀门, 进一步减少了进入再生器的蒸汽量。 2·1·2 过度研磨 由于在提升管反应器、旋风分离器、进料喷 嘴、主风分布管等高速射流区中,催化剂受损较 为严重[1],故对装置进行了以下调整,以降低各 处线速度,从而减少催化剂由于过度研磨而产生 的细粉体积分数。 (1)重油、汽油提升管预提升干气分别由 5·5t/h降至3·5t/h,由2·5t/h降至2·0t/h。 (2)主风量由140000m3/h降低到 136000m3/h。 (3)重油进料量严格控制在3300t/d,原料 雾化蒸汽量由6·5t/h降至6·0t/h,重油提升管 出口温度由520℃降至518℃,催化汽油进料量 由48t/h降至45t/h。 (4)回炼油的回炼量由18t/h降至12t/h。 (5)油浆回炼量首日由14t/h降至6t/h,次 日降至3t/h,第三日停止回炼油浆,同时为了保 证油浆固体物质量浓度不大于6g/L,油浆外甩 量提至16t/h。 (6)套筒流化风由4500m3/h降至4000m3/h。 (7)关闭预提升蒸汽控制阀。 (8)对再生器藏量在150~170t中进行反复 调整,但效果不明显。 (9)由于烟机振动超标,将主风机切换至备 用主风机运行,重油进料量由138t/h降至90t/ h,主风量由136000m3/h降至87000m3/h,催化 汽油回炼量不变。备用主风机运行后,除汽油提 升管反应器外,其余各处线速度均有大幅度降 低,但催化剂细粉体积分数仍没有下降的趋势, 其筛分组成见表1。  由表1可知,6月20日的再生催化剂细粉体积分数高于待生催化剂,但6月21日的待生催化剂细粉体积分数又略高于再生催化剂,这虽然无 法判断催化剂破碎主要发生在什么部位。但可 以证明,催化剂细粉体积分数升高不是由于前述 各处线速度过高、磨损严重造成的。 (10)由于钠离子和钒离子在催化剂表面易 形成低熔点氧化共熔物,这些共熔物接受钠离子 生成氧化钠,氧化钠不仅能覆盖于催化剂表面 减少活性中心,而且还能降低催化剂的热稳定 性。因此对常压渣油及再生催化剂的金属含量 进行了分析,但结果与装置正常运行时的数据相 比,偏差不大,且各种金属离子含量均在正常范 围内。 (11)将套筒流化风降至3500m3/h。 (12)外取热器的流化风降至500m3/h。 2·2 催化剂自身原因 2·2·1 平衡剂 由于催化剂跑损量大,装置为了维持再生器 藏量,保证再生效果,同时为了降低新鲜催化剂 单耗,定期向再生器中补充平衡剂。对平衡剂进 行采样分析,得到筛分组成中0~40μm的细粉 体积分数为7·73%,且由于在没有补充平衡剂期 间,催化剂跑损量也没有减少,故可以排除由平 衡剂引起催化剂跑损的可能性。 2·2·2 新鲜催化剂 分别购进3批催化剂,第一批至第三批的磨 损指数分别为1·4%,1·7%,1·5%,均小于设计 值3·5%。新鲜催化剂的筛分组成体积分数见 表2。  将这3批催化剂分别于不同时间依次加入再 生器中,以观察是否是由于新鲜催化剂自身原因引 起的催化剂跑损。改加第三批催化剂后观察2周, 再生催化剂中0~40μm的细粉体积分数没有降 低,一直维持在27%左右,跑损量也始终约为5t/ d。从新鲜催化剂的筛分组成看,其中小于40μm的细粉体积分数均在设计范围内(小于20%),因 此可以排除由新鲜催化剂引起跑损的可能性。 2·3 操作条件 由于催化剂跑损量增加是发生在装置晃电 恢复生产后,故对晃电前后的操作条件进行了对 比,其结果见表3。  由表3可知,晃电前后操作条件无明显变 化,只是主风分布管下部东、西两侧的温度自5月 12日开工后偏差较大,开始怀疑是主风分布管损 坏,但其两侧的压降却没有变化,并且到6月 13日,两点温度偏差已基本恢复到正常值,因此 排除了主风分布管损坏的可能性。其次是由于 催化剂跑损导致油浆固体物质量分数升高,回炼 量高于停工前(由于油浆回炼流量计为电靶流量 计,测量值一直不是很准确且无法校对),经用电 子测温枪现场测量油浆回炼管线温度为312℃, 证实回炼油浆确实进入了原料喷嘴,为了排除油 浆回炼量大导致喷嘴线速度升高而引起的催化 剂破碎,于6月13日,将油浆回炼量由14t/h降 至6t/h,次日降至3t/h,第三天停止油浆回炼, 但再生催化剂细粉体积分数及催化剂跑损量均 没有降低。 从表4可以看出,各处线速度均接近于设计 值,粗级旋风分离器及再生器旋风分离器都在较 理想的工况下运行,提升管及再生器内也不存在 线速度过高的问题,只有沉降器单级旋风分离器 入口线速度与设计值偏差较大,但晃电前后操作 条件没有大的变化,沉降器单级旋风分离器也一 直在这个工况下运行,因此也不会是由于单级旋 风分离器效率降低引起催化剂跑损量增大。  3 检修期间发现的问题及分析 3·1 存在的问题 装置经过3个多月的分析、调整,催化剂跑 损问题一直没有得到解决,被迫于8月21日停工 检修。在检修过程中,发现了几个引起催化剂破 碎的问题:(1)有1个催化汽油进料喷嘴堵塞;(2)重油提升管底部流化蒸汽环管严重损坏; (3)再生器二级旋风分离器翼阀的1只阀罩 脱落。 3·2 催化剂破碎原因 (1)由于汽油雾化蒸汽是通过孔板进入喷 嘴,流量只有0·6t/h,此外装置晃电停工时低压 蒸汽压力降低,这样就使催化剂倒回喷嘴,造成 催化汽油进料喷嘴堵塞,致使进料由4个喷嘴变 为3个,一方面喷嘴线速度升高导致催化剂磨损 加剧;另一方面,由于剩余3个喷嘴的不对称性 会使物料在进料段形成漩涡,加剧催化剂与提升 管器壁的摩擦,这两方面原因导致催化剂细粉体 积分数增加,而装置对催化汽油回炼量没有做大 幅度的降量调整。 (2)在晃电开停工过程中,由于温度及催化 剂循环量的变化,使重油提升管底部流化蒸汽环 管严重损坏,环管与进汽管连接处完全断开,流 化蒸汽由经过环管喷嘴向下反吹变为直管向上 吹,而且直管不在提升管中心位置,使此处的催 化剂流动产生涡流,导致磨损、破碎严重。此外, 一方面进汽点由环管喷嘴分布变为直管进汽,少 量的高温再生催化剂接触到蒸汽,发生热崩,增 加了催化剂的细粉体积分数;另一方面,通过计 算,在提升管操作条件下,由管径为50mm直管 进入的蒸汽射流速度高达98m/s,足以造成催化 剂的崩碎[1]。 (3)检修时,看到再生器密相格栅已经严重 错位变形,翼阀处开口的格栅边缘离翼阀都较 近,晃电开停工过程中,由于再生器内温度急剧 变化,再生器密相格栅变形后碰撞到二级旋风分 离器翼阀,使翼阀阀罩脱落。检修时观察发现, 脱落的阀罩并不影响翼阀开关,但装置正常运行 时,由于翼阀处于流化的密相床中,会使脱落的 阀罩位置不断变化,进而影响到翼阀的开关,使 料腿倒窜气引起催化剂跑损量增加,这从2007年 检修前后三级旋风分离器回收的催化剂筛分组 成体积分数(见表5)对比中可以进一步得到证 实。三级旋风分离器回收的催化剂中40~80μm 的细粉体积分数检修后明显低于检修前,说明再 生器内二级旋风分离器检修前的旋分效率明显 低于检修后。  3·3 处理及防范措施 (1)开工后,打开汽油雾化蒸汽孔板的副线 阀门,通过调节阀控制雾化蒸汽流量,在切断催 化汽油进料时及时提高雾化蒸汽量,防止催化剂 堵塞喷嘴。 (2)在检修期间,切除了部分热膨胀后可能 会碰撞到翼阀的格栅,彻底解决了这个影响旋风 分离器安全运行的问题。 4 检修后装置运行情况 检修后,催化剂跑损量仅为0·3~0·4kg/ 油浆外甩量控制在5·5t/h,油浆固体物质量浓度 不大于2g/L,再生催化剂中0~20μm及20~ 40μm的细粉体积分数分别恢复到1%~2% 15%~16%。 参考文献: [1]陈俊武·催化裂化工艺与工程[M]·2版·北京:中国石化出 版社,2005:333-340· |
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