催化劑離子交換洗滌和過濾工藝的關聯因素探索

畢研昊，王文勝，國凱

（中國石化催化劑齊魯分公司催化劑二車間，山東淄博 255300）

隨著國家環保要求的逐漸提高和民眾對生活環境的日益關注，煉化企業持續對煉油技術、裝置結構和生產過程進行優化，對FCC催化劑的質量提出了更加嚴格的要求。同時，國內外催化裂化催化劑市場競爭進一步加劇，這些都為催化裂化催化劑的工藝技術帶來了新的挑戰和機遇。

目前，FCC催化劑制備過程主要包括膠體合成、噴霧干燥、焙燒、交換過濾洗滌和氣流干燥5個步驟，由于在原材料和膠體合成過程中會帶入Na+、SO42-、Fe3+等雜質離子，這些雜質離子不斷沉積在催化劑表面，不僅會影響分子篩的晶胞常數和結晶度等質量控制，還會對后續的FCC催化劑產品的反應活性、選擇性和穩定性帶來負面影響[1]。因此，為確保FCC催化劑具有良好的性能，需要最大程度地將這些雜質離子從催化劑中分離出去。目前，FCC催化劑制備過程中普遍采用交換過濾洗滌[2]的方式去除雜質離子，經過一次或兩次洗滌交換，使催化劑的Na2O質量分數降低至0.3%以下，從而保證催化劑的性能不受影響。洗滌和過濾效果的因素主要包括兩個方面，一是洗滌過濾設備[3]自身的性能，二是合理和完善的洗滌過濾工藝和參數[4]。

本文主要研究了通過過濾洗滌設備更新以及帶機水洗工藝優化，達到穩定裝置運行，降低雜質離子含量，改善水洗效果，提高產品性能，增強產品競爭力的目的。

1 實驗方法

催化劑的交換過濾洗滌是利用特定交換溶液，在水溶液儲罐內將催化劑中的大部分Na+、SO42-和Fe3+等雜質離子交換出去，再利用帶式濾機進行洗滌過濾實現固液分離，最終使雜質離子含量達到使用要求。一方面，該流程中水洗罐只能使用性質相似的洗滌液，若增加洗滌液種類，只能在帶機上進行淋洗，易造成洗滌液在濾餅上分布不均，對洗滌效果造成影響；另一方面，隨著煉化用戶對FCC催化劑質量，特別是對活性、穩定性和選擇性等方面要求的不斷提升，需要進一步優化帶機水洗的各項工藝參數。其中，影響過濾洗滌設備運行周期的因素包括濾布沖洗效果、糾偏系統靈敏度等。影響帶機水洗效果[5]的主要因素包括洗滌液加入量、洗滌液溫度、交換液濃度、催化劑漿液pH值等。

2 結果與討論

2.1 膠帶式過濾機功能優化

2.1.1 有效提升糾偏系統靈敏度

通過對糾偏系統進行觀察和分析，原裝糾偏系統的糾偏觸桿長度不能滿足現有工藝使用要求，無法及時感知濾布跑偏。因此，適當加長糾偏觸桿長度后，糾偏系統靈敏度提高，運行效果良好，具體見表1。通過表1數據可以看出，在延長糾偏觸桿長度后，膠帶機糾偏系統靈敏度顯著提高，膠帶機跑偏次數由4～6次/月降低至1～2次/月，系統運行更加穩定。同時，隨著DU膠帶機的長時間使用，真空盒密封水會持續滴落到糾偏器的氣囊與儀表風管線接頭上，從而使其被腐蝕或損壞，導致自動糾偏氣囊風壓供給不穩定，因此，在糾偏氣囊上部增加玻璃鋼護罩，確保了糾偏系統穩定運行。

表1 系統優化前后系統運行情況對比

2.1.2 延長濾布使用壽命，實現濾布長周期高效運行

帶機濾布是洗滌過濾系統的主要組成部分，其過濾效果的穩定是確保產品質量持續優良和生產連續性的重要基礎。因此，通過對膠帶機原有的濾布沖洗噴槍的噴嘴數量以及噴嘴與噴槍的連接方式進行優化，適當增加噴嘴數量，同時采用分體式方法固定噴嘴，統一噴嘴的沖洗角度和方向，避免了沖洗水之間的相互干擾，且將噴槍的連接方式改為拉環式快速接頭，使得噴槍拆卸和清理更加便捷，進而保證濾布過濾效果的長期穩定，具體見表2。

表2 系統優化前后濾布更換次數情況統計

通過表2可以看出，通過對濾布噴嘴數量及噴嘴和噴槍連接方式進行改進，濾布沖洗效果明顯提高，濾布更換次數由3～4/年下降至1～2次/年，一方面有效降低了職工勞動強度，同時大幅度降低了生產成本，且系統運行更加穩定。

2.2 帶機過濾洗滌工藝優化

2.2.1 洗滌液溫度的影響

在FCC催化劑的洗滌過濾過程中，洗滌液的溫度對雜質離子的脫除效果如圖1所示。

圖1 洗滌液溫度對雜質離子的影響

通過圖1看出，隨著洗滌液溫度的升高，催化劑中的氧化鈉含量逐步降低，硫酸根含量也呈下降趨勢。

2.2.2 交換液濃度的影響

不同濃度條件下的交換液對催化劑表面的雜質離子的脫除效果如圖2所示。

圖2 交換液濃度對雜質離子的影響

通過圖2可以看出，隨著交換液濃度的提高，氧化鈉含量逐步降低，硫酸根濃度逐步提高。

2.2.3 催化劑漿液pH值的影響

有研究表明，催化劑漿液的pH值對催化劑表面的雜質離子的脫除具有一定影響，具體數據對比如圖3所示。

圖3 催化劑漿液pH值對雜質離子的影響

通過圖3可以看出，隨著催化劑漿液pH值不斷升高，催化劑的雜質離子含量呈增加趨勢，但是由于催化劑中的分子篩在較低pH值（低于2.8）情況下會導致骨架崩塌，因此催化劑漿液較為合理的pH值范圍是3.8～4.3。

2.3 工業應用效果

通過對FCC催化劑連續洗滌過濾工藝的調整和改進，FCC催化劑的性能進一步改善，同時生產的連續性、穩定性和靈活性也全面提升，具體見表3。

表3 洗滌過濾流程改造前后催化劑產品的質量對比

通過表3可以看出，在洗滌過濾條件優化后產品氧化鈉含量顯著降低，產品活性和穩定性的數據均有提升。

3 結論

（1）通過對膠帶式真空過濾機在結構設計方面進行改進，濾布受損率顯著降低，生產過程調控更加靈活，有效提升了系統運行的穩定性。

（2）持續優化催化劑漿液濃度以及pH值、洗滌液加入量、洗滌液溫度等措施，催化劑成品氧化鈉含量顯著下降，活性穩定性明顯提高。