關(guān)于催化裝置催化劑跑損原因論述

曲弘民 王振興(青島安邦煉化有限公司 266111)

引言

催化劑的跑損主要表現(xiàn)為催化劑在旋風(fēng)分離之后，由于油氣、煙氣等將部分催化劑帶走而導(dǎo)致了跑損問(wèn)題的出現(xiàn)。系統(tǒng)出現(xiàn)催化劑跑損增加的表現(xiàn)主要包括這樣幾個(gè)方面：其一，反應(yīng)再生系統(tǒng)的整體流化情況不斷弱化，出現(xiàn)了相對(duì)嚴(yán)重的流化故障問(wèn)題，生產(chǎn)流程不能繼續(xù)；其二，由于催化劑跑損而造成了煙氣、油氣當(dāng)中粉塵含量逐漸增加，在通過(guò)后續(xù)設(shè)備(例如三級(jí)旋風(fēng)分離設(shè)備、煙氣輪機(jī))時(shí)，對(duì)這些設(shè)備造成磨損和損失，使得葉片由于沖刷作用而出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中催化劑跑損問(wèn)題加劇；其三，當(dāng)催化劑出現(xiàn)跑損時(shí)，細(xì)粉將隨著反應(yīng)產(chǎn)生的油氣不斷進(jìn)入到分餾設(shè)備中，造成了油漿中的固體含量增加，油漿泵的磨損加劇，使得管線、分餾塔盤(pán)等堵塞，使得分餾設(shè)備出現(xiàn)結(jié)焦的問(wèn)題。所以，分析催化劑裝置催化劑跑損原因，對(duì)降低設(shè)備磨損與消耗、確保系統(tǒng)正常工作具有重要作用。

一、催化劑跑損案例分析

1.設(shè)備故障導(dǎo)致催化劑跑損失

(1)某催化裂縫設(shè)備在完成技術(shù)個(gè)性并穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間之后，整個(gè)系統(tǒng)突然出現(xiàn)了油漿固含量偏高的情況，而且催化劑的消耗率也在迅速增加。操作人員根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)運(yùn)行的操作參數(shù)、催化劑配方等進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整，所產(chǎn)生的效果依然不明顯，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后依然存在著分餾油漿系統(tǒng)結(jié)焦的問(wèn)題，設(shè)備被迫關(guān)閉。在停工之后，對(duì)反再系統(tǒng)進(jìn)行了拆解檢修，發(fā)現(xiàn)其中一組沉降器的頂旋風(fēng)分離器料腿被結(jié)焦塊堵塞，同時(shí)在旋風(fēng)升氣管中發(fā)現(xiàn)了較為嚴(yán)重的結(jié)焦問(wèn)題。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)這主要是在設(shè)備在革新完成開(kāi)始運(yùn)行之后，沉降器的頂部焦塊在持續(xù)溫度變化的情況下出現(xiàn)了脫落，最終都集中到料腿入口處，使得料腿的入口處被堵死，導(dǎo)致了分離器故障。

(2)某催化裂化裝置在改造過(guò)程中使用了新型的無(wú)龜甲網(wǎng)型襯里，而在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了襯里脫落，導(dǎo)致旋風(fēng)分離器料腿被堵塞，最終造成了催化劑大量跑損問(wèn)題。

(3)某催化裂縫裝置由于沉降器存在嚴(yán)重結(jié)焦的問(wèn)題，導(dǎo)致生立管被焦塊直接堵塞，旋風(fēng)分離器失去了分離作用，大量的催化劑泄露至分離塔中，造成了分餾塔底催化劑和泥，系統(tǒng)被迫停車(chē)故障。而且，在停車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)了由于主風(fēng)撤銷(xiāo)時(shí)操作不當(dāng)導(dǎo)致催化劑倒流的問(wèn)題。

2.催化劑破損造成催化劑跑損

(1)內(nèi)取熱管束爛

最初，裝置的三旋出口處開(kāi)始出現(xiàn)濃度持續(xù)增加的趨勢(shì)，并在隨后出現(xiàn)了濃度上漲至170的問(wèn)題，同時(shí)伴隨著再生器斜管密度波動(dòng)劇烈的問(wèn)題，且出現(xiàn)了報(bào)警故障。當(dāng)調(diào)取內(nèi)取熱管的溫度與流量數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)其中6#內(nèi)取熱管口的流量波動(dòng)幅值呈現(xiàn)較大的問(wèn)題，而且催化劑的跑損流量較大，且?guī)в姓羝F(xiàn)象。

(2)三旋單管與旋風(fēng)器料腿堵塞

在對(duì)系統(tǒng)大修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)三旋單管存在著不同程度的堵塞、集氣室膨脹節(jié)套的上部焊縫呈現(xiàn)不同開(kāi)裂的問(wèn)題。同時(shí)，在檢修過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)存在著三旋單管be催化劑堵塞的問(wèn)題，且單管旋流器的部分位置存在著磨破口，導(dǎo)致噴嘴處的二級(jí)旋風(fēng)器料腿出現(xiàn)堵塞問(wèn)題。

二、催化劑跑損的原因分析

通過(guò)上文中對(duì)催化劑裝置出現(xiàn)的催化劑跑損案例分析，額可以發(fā)現(xiàn)催化劑裂化裝置的跑損主要包括自然跑損以及非自然跑損兩種情況。

1.自然跑損

在裂化裝置平穩(wěn)運(yùn)行的過(guò)程中，因?yàn)樗褂玫募?xì)粉催化劑不能夠及時(shí)的進(jìn)行有效回收，從而形成了催化劑的跑損問(wèn)題，這就是所謂的自然跑損。從相關(guān)的研究及實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，造成催化劑出現(xiàn)自然跑損的原因主要是設(shè)備磨損以及催化劑破損等原因。其中，催化劑由于其自身強(qiáng)度以及磨損等因素不同，在解決該問(wèn)題的過(guò)程中，需要提高催化劑自身的整體強(qiáng)度和抗磨蝕能力。這時(shí)當(dāng)前解決跑損問(wèn)題的一個(gè)重要工藝途徑。而從催化劑使用過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的物理性質(zhì)來(lái)看，對(duì)催化劑自然跑損形成影響的主要原因是催化劑自身幾何尺寸以及強(qiáng)度等因素。同時(shí)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備的運(yùn)行情況也與催化劑的跑損問(wèn)題相關(guān)。其中，尤其以蒸汽、高溫催化劑相關(guān)，或者是兩者的綜合作用。

從筆者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，導(dǎo)致催化劑破損的主要原因通常包括：(1)原料因?yàn)殪F化或者終止劑噴嘴處的出口速度過(guò)高而導(dǎo)致了催化劑的破碎；(2)蒸汽和終止劑導(dǎo)致的催化劑熱崩問(wèn)題，一旦兩者與高溫催化劑接觸，將會(huì)導(dǎo)致催化劑出現(xiàn)破碎；(3)旋風(fēng)分離器的線速度過(guò)高，使得裝置在運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中接觸力過(guò)大，使得催化劑的自身結(jié)構(gòu)被破壞；(4)提升管底部的預(yù)提升蒸汽消耗量過(guò)大，導(dǎo)致了催化劑的破裂。

正是由于催化劑的破裂而導(dǎo)致了跑損問(wèn)題，從待生劑以及再生劑的篩分分析結(jié)果來(lái)看，其中以0～40μm的顆粒物質(zhì)為主。因?yàn)椋呋瘎┑钠扑槎鴮?dǎo)致了大量的細(xì)粉顆粒產(chǎn)生，加之旋風(fēng)分離器對(duì)小于40μm的顆粒物質(zhì)回收效率本來(lái)就較低，從而造成了催化劑大量跑損的問(wèn)題。

2.非自然跑損

由于設(shè)備在使用過(guò)程中存在著操作失誤或者設(shè)備故障而導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，這時(shí)催化劑出現(xiàn)的跑損被稱(chēng)作為非自然跑損。

(1)設(shè)備故障因素

旋分器料腿堵塞：一般出現(xiàn)料腿堵塞的問(wèn)題是由于設(shè)備的襯里出現(xiàn)了局部脫落，導(dǎo)致沉降器頂部的結(jié)焦在溫度持續(xù)變化的作用下出現(xiàn)了脫落，從而集中進(jìn)入到旋分器的料腿中，最終造成了催化劑的跑損。

旋分器翼閥脫落：因?yàn)榇呋瘎┑念w粒磨蝕而造成了其底部翼閥出現(xiàn)脫落，該故障同樣會(huì)造成催化劑的大量跑損。

旋風(fēng)分離器的翼閥在床層存在非穩(wěn)定區(qū)：由于設(shè)計(jì)方面的原因，使得旋風(fēng)分離器的翼閥在床層處存在著不穩(wěn)定區(qū)，在該處受到主風(fēng)的持續(xù)擾動(dòng)作用，使得旋分器的工作效率不能得到提高，造成了催化劑出現(xiàn)大量跑損。

三旋回收率較低：三旋分離器的分離效果較差，造成了其出口處的催化劑細(xì)粉濃度在超出了800 mg/m3，而且細(xì)粉粒徑中超出10μm的顆粒物質(zhì)達(dá)到了43%，導(dǎo)致催化劑損失增加。

當(dāng)主風(fēng)分布管的噴嘴內(nèi)存在磨蝕作用時(shí)同樣會(huì)造成催化劑跑損：由于主風(fēng)的分布不均勻，使得主風(fēng)對(duì)翼閥產(chǎn)生了較為強(qiáng)烈的擾動(dòng)作用，這一定程度上增加了催化劑對(duì)主風(fēng)分布管的磨損，增肌案例催化劑的跑損。

(2)設(shè)備操作失誤原因

當(dāng)旋風(fēng)分離設(shè)備的入口線速度過(guò)低時(shí)，將會(huì)使得催化劑顆粒沿著設(shè)備內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)的線速度下降，而所回收的催化劑顆粒直徑將增加，導(dǎo)致旋風(fēng)分離設(shè)備的整體回收效率下降。

旋風(fēng)分離器入口處催化劑濃度對(duì)催化劑的跑損問(wèn)題也有較大的影響，尤其是在分離器效率以及粉塵的分布持續(xù)恒定的情況下，催化劑的跑損量將與入口濃度呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的正比例關(guān)系。而當(dāng)床層線速度恒定時(shí)，影響入口處濃度的主要原因是床層料面的高度。另外，當(dāng)反再生系統(tǒng)的壓力、差壓等由于操作失誤而波動(dòng)較大時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致催化劑跑損問(wèn)題。

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