关于催化装置催化剂跑损原因论述

2023-01-03

引言

催化剂的跑损主要表现为催化剂在旋风分离之后, 由于油气、烟气等将部分催化剂带走而导致了跑损问题的出现。系统出现催化剂跑损增加的表现主要包括这样几个方面:其一, 反应再生系统的整体流化情况不断弱化, 出现了相对严重的流化故障问题, 生产流程不能继续;其二, 由于催化剂跑损而造成了烟气、油气当中粉尘含量逐渐增加, 在通过后续设备 (例如三级旋风分离设备、烟气轮机) 时, 对这些设备造成磨损和损失, 使得叶片由于冲刷作用而出现了较为严重的磨损问题, 导致后续生产过程中催化剂跑损问题加剧;其三, 当催化剂出现跑损时, 细粉将随着反应产生的油气不断进入到分馏设备中, 造成了油浆中的固体含量增加, 油浆泵的磨损加剧, 使得管线、分馏塔盘等堵塞, 使得分馏设备出现结焦的问题。所以, 分析催化剂装置催化剂跑损原因, 对降低设备磨损与消耗、确保系统正常工作具有重要作用。

一、催化剂跑损案例分析

1. 设备故障导致催化剂跑损失

(1) 某催化裂缝设备在完成技术个性并稳定持续运行一段时间之后, 整个系统突然出现了油浆固含量偏高的情况, 而且催化剂的消耗率也在迅速增加。操作人员根据运行经验, 对运行的操作参数、催化剂配方等进行了反复调整, 所产生的效果依然不明显, 持续运转一段时间后依然存在着分馏油浆系统结焦的问题, 设备被迫关闭。在停工之后, 对反再系统进行了拆解检修, 发现其中一组沉降器的顶旋风分离器料腿被结焦块堵塞, 同时在旋风升气管中发现了较为严重的结焦问题。通过分析, 发现这主要是在设备在革新完成开始运行之后, 沉降器的顶部焦块在持续温度变化的情况下出现了脱落, 最终都集中到料腿入口处, 使得料腿的入口处被堵死, 导致了分离器故障。

(2) 某催化裂化装置在改造过程中使用了新型的无龟甲网型衬里, 而在后续的运行过程中出现了衬里脱落, 导致旋风分离器料腿被堵塞, 最终造成了催化剂大量跑损问题。

(3) 某催化裂缝装置由于沉降器存在严重结焦的问题, 导致生立管被焦块直接堵塞, 旋风分离器失去了分离作用, 大量的催化剂泄露至分离塔中, 造成了分馏塔底催化剂和泥, 系统被迫停车故障。而且, 在停车过程中出现了由于主风撤销时操作不当导致催化剂倒流的问题。

2. 催化剂破损造成催化剂跑损

(1) 内取热管束烂

最初, 装置的三旋出口处开始出现浓度持续增加的趋势, 并在随后出现了浓度上涨至170的问题, 同时伴随着再生器斜管密度波动剧烈的问题, 且出现了报警故障。当调取内取热管的温度与流量数据之后, 发现其中6#内取热管口的流量波动幅值呈现较大的问题, 而且催化剂的跑损流量较大, 且带有蒸汽现象。

(2) 三旋单管与旋风器料腿堵塞

在对系统大修的过程中发现三旋单管存在着不同程度的堵塞、集气室膨胀节套的上部焊缝呈现不同开裂的问题。同时, 在检修过程中还发现存在着三旋单管be催化剂堵塞的问题, 且单管旋流器的部分位置存在着磨破口, 导致喷嘴处的二级旋风器料腿出现堵塞问题。

二、催化剂跑损的原因分析

通过上文中对催化剂装置出现的催化剂跑损案例分析, 额可以发现催化剂裂化装置的跑损主要包括自然跑损以及非自然跑损两种情况。

1. 自然跑损

在裂化装置平稳运行的过程中, 因为所使用的细粉催化剂不能够及时的进行有效回收, 从而形成了催化剂的跑损问题, 这就是所谓的自然跑损。从相关的研究及实际运行情况来看, 造成催化剂出现自然跑损的原因主要是设备磨损以及催化剂破损等原因。其中, 催化剂由于其自身强度以及磨损等因素不同, 在解决该问题的过程中, 需要提高催化剂自身的整体强度和抗磨蚀能力。这时当前解决跑损问题的一个重要工艺途径。而从催化剂使用过程中所表现出来的物理性质来看, 对催化剂自然跑损形成影响的主要原因是催化剂自身几何尺寸以及强度等因素。同时, 实际运行过程中, 设备的运行情况也与催化剂的跑损问题相关。其中, 尤其以蒸汽、高温催化剂相关, 或者是两者的综合作用。

从笔者的实际工作经验来看, 导致催化剂破损的主要原因通常包括: (1) 原料因为雾化或者终止剂喷嘴处的出口速度过高而导致了催化剂的破碎; (2) 蒸汽和终止剂导致的催化剂热崩问题, 一旦两者与高温催化剂接触, 将会导致催化剂出现破碎; (3) 旋风分离器的线速度过高, 使得装置在运行生产过程中接触力过大, 使得催化剂的自身结构被破坏; (4) 提升管底部的预提升蒸汽消耗量过大, 导致了催化剂的破裂。

正是由于催化剂的破裂而导致了跑损问题, 从待生剂以及再生剂的筛分分析结果来看, 其中以0~40μm的颗粒物质为主。因为, 催化剂的破碎而导致了大量的细粉颗粒产生, 加之旋风分离器对小于40μm的颗粒物质回收效率本来就较低, 从而造成了催化剂大量跑损的问题。

2. 非自然跑损

由于设备在使用过程中存在着操作失误或者设备故障而导致生产设备出现了较大的波动, 这时催化剂出现的跑损被称作为非自然跑损。

(1) 设备故障因素

旋分器料腿堵塞:一般出现料腿堵塞的问题是由于设备的衬里出现了局部脱落, 导致沉降器顶部的结焦在温度持续变化的作用下出现了脱落, 从而集中进入到旋分器的料腿中, 最终造成了催化剂的跑损。

旋分器翼阀脱落:因为催化剂的颗粒磨蚀而造成了其底部翼阀出现脱落, 该故障同样会造成催化剂的大量跑损。

旋风分离器的翼阀在床层存在非稳定区:由于设计方面的原因, 使得旋风分离器的翼阀在床层处存在着不稳定区, 在该处受到主风的持续扰动作用, 使得旋分器的工作效率不能得到提高, 造成了催化剂出现大量跑损。

三旋回收率较低:三旋分离器的分离效果较差, 造成了其出口处的催化剂细粉浓度在超出了800 mg/m3, 而且细粉粒径中超出10μm的颗粒物质达到了43%, 导致催化剂损失增加。

当主风分布管的喷嘴内存在磨蚀作用时同样会造成催化剂跑损:由于主风的分布不均匀, 使得主风对翼阀产生了较为强烈的扰动作用, 这一定程度上增加了催化剂对主风分布管的磨损, 增肌案例催化剂的跑损。

(2) 设备操作失误原因

当旋风分离设备的入口线速度过低时, 将会使得催化剂颗粒沿着设备内壁运动的线速度下降, 而所回收的催化剂颗粒直径将增加, 导致旋风分离设备的整体回收效率下降。

旋风分离器入口处催化剂浓度对催化剂的跑损问题也有较大的影响, 尤其是在分离器效率以及粉尘的分布持续恒定的情况下, 催化剂的跑损量将与入口浓度呈现出相对稳定的正比例关系。而当床层线速度恒定时, 影响入口处浓度的主要原因是床层料面的高度。另外, 当反再生系统的压力、差压等由于操作失误而波动较大时, 将会导致催化剂跑损问题。

摘要：在对诸多催化剂跑损案例进行分析的基础上, 从自然跑损以及非自然跑损两个方面详细探讨了催化剂装置催化剂跑损的主要原因, 为催化剂跑损的预防提供参考。

关键词：催化剂,跑损,预防