優化擇形裝置生產流程實現節能降耗

趙亮，王鵬

（蘭州石化公司催化劑廠，甘肅 蘭州 730060）

擇形分子篩具有硅鋁比高、穩定性及擇形性能好等優點，在催化裂化催化劑中起到非常重要的作用。ZSM系列沸石分子篩1965年由美國 Mobil公司研發[1]。ZSM分子篩孔徑主要分布0.55 nm左右，具有水熱穩定性較高、比表面積大、催化性能優良等優點，但因其較小的孔徑使大分子的擴散受到抑制，影響其催化效率，因此許多研究人員通過在分子篩上引入介孔模板劑形成多級孔沸石分子篩，使其具有更好的催化活性、選擇性、穩定性能[2-5]。

ZSM-5分子篩實驗室的合成方法主要有水熱合成法、無模板劑合成法、微波合成法、干凝膠合成法、無溶劑合成法等。工業上主要使用水熱合成法制備ZSM-5分子篩，其優點是應用廣泛、操作簡單，但需使用大量溶劑和模板劑，對環保的要求較高。原油的下游產品乙烯和丙烯等低碳烯烴已成為現代化工的基礎，“控油增化”已經成為各大煉廠今后發展的趨勢。ZSM-5擇形分子篩作為FCC催化劑中的助劑，因其特殊的孔結構和酸度，可有效增加汽油高辛烷值組分，是提高低碳烯烴收率的關鍵組分[6-11]。

工業上合成后的擇形分子篩需要通過交換和過濾來去除結構中的鈉離子。通過對擇形分子篩的改性，保證了擇型分子篩具有良好的催化活性和穩定性。催化劑廠擇形裝置整體產能較小，水耗和能耗偏高。在不影響產量和質量的前提下，對裝置流程進行優化，采取節能降耗措施以降低生產成本。

1 裝置能耗

裝置用水主要有各類機泵冷卻水、水環真空泵循環水、成膠用水、濾機洗布水等。車間天然氣消耗主要用于加熱爐燃燒。 蒸汽消耗主要用于濾機洗滌水和交換罐升溫。電消耗主要用于各類機泵、風機、儲罐機攪和塔攪拌等。為了降低裝置生產能耗，將根據裝置現狀和產品特點對生產流程進行優化。通過降低各種動力能源的消耗，實現裝置經濟水平的提升。

2 優化生產流程措施

2.1 成膠反應釜出水流程完善

催化劑廠擇形裝置成膠系統反應釜有兩部分出水，第一股是中壓蒸汽通過夾套升溫后的出口蒸汽，經過集水罐后變為冷凝水，再排入明溝；第二股是反應釜機攪運行時，軸封內要通過濾水進行冷卻，冷卻后的過濾水直接排入明溝。最后明溝的水進入催化劑廠污水處理系統。

兩股水直接排入明溝，沒有回用流程，水資源白白浪費，增加了裝置生產的總成本和綜合能耗。車間對兩股水出水流程進行優化， 將反應釜軸封冷卻水和反應釜夾套出口蒸汽通過新配流程引入到裝置閑置舊儲罐E-a、E-b中，將收集的水通過離心泵輸送至后改性系統，用于擇形分子篩后改性的生產。改造后流程如圖1所示。改造后用水總量對比如表1所示。通過比較數據可以看出，改造后比去年用水單耗降低了近30%。

圖1 改造后反應釜出水流程圖

表1 水耗對比

2.2 后改性流程優化

擇形分子篩粒度小，質量輕，在經過低溫干燥和焙燒時，部分被蒸汽和廢氣帶走的細粉會積聚在焙燒爐吹掃氣管線中，經常堵塞管線，需要停工處理，處理難度大。 并且物料經過閃蒸干燥系統，若物料發生觸變，則會堵塞閃蒸塔，造成生產中斷，不僅增大了崗位人員的勞動強度，也影響了裝置生產的連續性。通過近幾年的生產發現，經過低溫干燥和低溫焙燒后的擇形分子篩質量與試生產時不焙燒的擇形分子篩性能相當。

為了驗證焙燒工序對催化劑性能及反應性能的影響，模擬工業制備開展小試實驗研究。實驗以裝置合成的Z型分子篩為原料，采用銨鹽進行交換制得Z1，然后將部分Z1焙燒后制得Z2，分別以Z1 和Z2為原料，采用L-1催化劑配方制備催化劑，并采用固定流化床對水洗后的催化劑樣品進行了反應性能評價，催化劑部分理化性能及評價結果見表2。

表2 改性分子篩焙燒前后對催化劑性能的影響

從評價結果看，焙燒前后對制備的分子篩的質量、催化劑的理化性能以及反應性能均影響較小。因此考慮在工業裝置上優化后改性流程，即分子篩制備流程中取消閃蒸干燥和焙燒處理工序，工業上減少兩道工序，對降低產品的生產能耗和成本具有重要的意義。

2.2.1 改造后擇形分子篩后改性流程

利用裝置閑置的儲罐作為擇形分子篩成品儲罐，將過濾機卸料端進閃蒸塔的管線直接連接進入成品儲罐中。通過流程優化物料省去了閃蒸干燥、焙燒兩道工序，整個生產流程由6道工序縮短為4道工序。裝置隨后開始按照優化后的流程進行生產，這標志著擇形裝置新工藝流程實現暢通，生產出成品分子篩。改造后流程如圖2所示。

圖2 改造后擇形后改性流程圖

2.2.2 改造實施效果

裝置產品質量情況如表3所示。

表3 改造后分子篩質量數據統計

通過改造前后生產質量數據進行對比，能夠發現改造后結晶度較改造前提高8個百分點，氧化鈉均值降低了0.28%，結晶度和氧化鈉合格率均值都有大幅提高。

又對擇形分子篩裝置改造前后的一些主要質量指標進行了抽樣分析和對比，結果如表4所示。

表4 主要質量數據統計

通過對比發現，分子篩質量基本保持穩定，氧化鈉明顯減小，分子篩的粒度顯著增大。在后續催化劑生產過程中，增加了攪拌研磨流程，通過控制攪拌研磨后的粒度來保證分子篩的粒度指標達到要求。因此改造后分子篩粒度的增大不會影響到后續催化劑的成品質量。

3 改造前后能耗和單位成本對比

表5為改造前后能耗、單位成本對比。由表5可以看出，改造后較去年同期綜合能耗下降了27.6%，改造后較去年同期產品單位成本下降了13.2%。

表5 改造前后能耗、單位成本對比

4 結 論

催化劑廠擇形裝置通過對成膠反應釜出水流程完善，通過開展實驗證明了焙燒對催化劑物性及反應性能基本無影響。后續對裝置后改性流程進行優化，實現了裝置能耗的大幅度降低，也很大程度上降低了裝置產品的單位生產成本。整個節能降耗工作成果顯著，對催化劑廠提高產品競爭力具有重要的意義。