加氢催化剂规整化技术的开发和应用

加氢催化剂规整化技术的开发和应用中国石化催化剂有限公司长岭分公司二0一四年六月评议材料本文件需要保密。如果事先没有经过中国石化催化剂有限公司的书面许可，不得泄露本文件全部或任何部分的内容。本文件的版权属于中国石化催化剂有限公司。权利保留。如果事先没有经过版权所有者的书面许可，本文件全部或任何部分的内容都不得以任何方式复制、保存，也不得以任何形式（电子、机械、复印、录音或其它方式）传播。课题名称：加氢催化剂规整化技术的开发和应用完成单位：中国石化催化剂有限公司长岭分公司主要工作人员：报告编写：王鑫报告校对：报告审核：批准人：目录1项目背景...............................................................................................................................12条状催化剂规整化技术现状.............................................................................................12.2.1圆筒切粒机....................................................................................................................22.2.2圆盘振动筛....................................................................................................................33规整化（切粒和分级）技术设计及开发........................................................................43.1设计原理...........................................................................................................................43.1.1切粒机设计原理............................................................................................................43.1.1.1长度H的物料切断过程...........................................................................................43.1.1.2长度≤H的物料切断过程.........................................................................................53.1.2分级机设计原理............................................................................................................63.1.2.1长度H物料的分级..................................................................................................63.1.2.2长度在x-H物料的分级（x为较小长度）...........................................................73.2设备开发............................................................................................................................73.2.1圆盘式切粒机的开发....................................................................................................73.2.2滚筒式分级机的开发...................................................................................................84技术创新点..........................................................................................................................95实施效果...............................................................................................................................95.1提高产品质量...................................................................................................................95.2提高生产效率，降低制备能耗....................................................................................105.3提高产品收率，环境友好.............................................................................................105.4新的技术设备运行平稳，故障率低............................................................................116结论.....................................................................................................................................1111项目背景随着石油炼制工艺的不断升级，对炼油催化剂的综合性能要求也越来越高，除了对催化剂的化学性能要求较高外，催化剂密相装填技术的发展对其物理长度要求也越来越苛刻。催化加氢过程多为固定床反应装置，在催化加氢的固定床反应过程中，要求催化剂具有高活性、高选择性和高稳定性，实际上仅此方面还远远不够，为了使加氢催化剂充分发挥效率，还要求催化剂在反应器床层中的颗粒形状、长短大小和装填情况等处于最佳状态，才能使催化剂的效率在实际工业应用中达到最大值。加氢催化剂大多为条状，在固定床反应过程中，气液相物流分配的均匀性对于催化剂活性的发挥有着重要作用，而气液相物流分配的均匀性又与催化剂在反应器中装填的好坏直接相关。当催化剂长短不均匀时，在反应器的装填过程中，容易使催化剂床层各部位的孔隙不一致，引起物料流动阻力及压降不同，使物料走短路，形成沟流和床层温度分布不均，致使一部分催化剂起不到催化作用而成为反应器中的死角，大大降低了催化剂的使用效率，催化剂条长均匀性可以提高炼油装置运行稳定性。此外，条长均匀、堆比稳定的催化剂，在装填反应器前，能准确的计算出所需要的催化剂数量，避免因装填量多或量少带来额外的退剂或补剂问题。因此，开发和利用专用的催化剂规整化技术，将能有效解决我公司目前加氢类催化剂外形规整度和均匀性不好的现状，是未来加氢催化剂发展的必然趋势。2条状催化剂规整化技术现状国内加氢催化剂在活性方面与国外不相上下，甚至在某些方面还优于国外剂，但在条形外观上还是存在一定差距。条状催化剂的规整化技术一直是国内各家催化剂厂努力攻克的课题，到目前为止还没有很完善的技术；随着加氢剂密相装填技术的应用和推广，规整化（即切粒和分级）技术问题已成为加氢催化剂生产中迫切解决的瓶颈问题，也成为产品市场竞争力的重要问题。目前，通用的加氢催化剂规整化流程是：条状干燥物料进入圆筒切粒机切粒，切粒后干燥条进入振动筛分级，分离出细颗粒和长条，即目前规整化技术的关键设备是圆筒切粒机与振动筛。22.2.1圆筒切粒机圆筒切粒机结构原理如图1所示，图1圆筒切粒机示意图圆筒切粒机工作原理：挤条成型干燥条从下料口进入转筒内，由于转筒和转轴分别通过电机带动以相反方向旋转，转轴上切刀把物料逆时针抛开，同时转筒把物料顺时针抛开，此时物料在转筒和切刀的共同作用下切断。具体过程是:一部分物料在切刀和挡板相向运行的作用下，发生碰撞和挤压断裂；另一部分物料在刀片的搅拌作用下，把物料抛向转筒内壁，由于惯性碰撞断裂；第三部分是物料与物料之间相互挤压断裂。由于整个圆筒切粒机安装基准与水平面存在一定夹角α(见图1)，物料从下料口进入，经过反复的上述作用，物料反复断裂，长度变短，物料在自身重力下滑力作用下，伴随转鼓的旋转逐渐从转筒的出料口出料。圆筒切粒机在运行过程中存在以下问题：a、整个过程物料的断裂完全是随机的，不定的，切粒长度分布不可控。b、物料在转筒内连续被抛高、落下，滞留时间长，降低了切粒效率，制约了处理能力（100kg/h）；c、出粉率高（4-5%左右），收率低，现场粉尘大；转筒运行过程噪音大，工作环境恶劣；基于圆筒切粒机的工作原理，导致切粒长度难以控制，出粉多，即便调整转筒和切刀转速，长度分布仍不理想。如表1为催化剂样品经圆筒切粒机切粒后条长分布情况。表1转筒切粒机切粒条长分布3条长分布/%＜2mm2~3mm3~8mm＞8mm平均条长/mm转筒切粒样品110.520.349.819.46.48样品213.222.146.618.16.21样品315.426.541.216.96.07由表1可以看出，经圆筒切粒机切粒催化剂样品，条长分布比较弥散，平均条长在6mm以上，容易造成催化剂在装填过程中堆比波动大，运行不稳定。2.2.2圆盘振动筛经过圆筒切粒机处理过的物料（长短不一，还有很多细粉），进入振动筛分级，如图2所示。振动筛核心部件是图2中右图筛网（放大效果），振动筛设置有振动电机，筛网随设备振动，达到分级的效果。筛网对于类似大米、大豆等圆形或椭圆形物料的筛分是有效的，但对于条状催化剂物料无法达到筛分的效果，条状物料一起作用便形成“架桥”，只有细粉和个别短条从筛网中通过，无法达到加氢剂分级目的和满足客户要求，如表3为振动筛分级后样品条长分布。图2：振动筛(左图为实物图，右图为放大筛网)表2振动筛分级催化剂样品条长分布条长分布/%＜2mm2~3mm3~8mm＞8mm平均条长/mm振动筛分级样品111.421.248.618.86.15样品214.019.151.915.06.41样品310.615.951.022.56.68由表2可以看出，振动筛分级后，小于2mm和大于8mm条长所占比例较大，条长分布不集中43规整化（切粒和分级）技术设计及开发3.1设计原理3.1.1切粒机设计原理从图1圆筒切粒机工作原理可以看出，其最大的问题就是物料的断裂完全是随机的，不定的；要解决现有切粒技术存在的问题，就是设计出新型的切粒机，其切粒过程是确定的，不是随机的，并且过程是可控的，实现切粒条长的均匀性分布。经过反复论证与试验，最终设计出图3所示的圆盘式切粒机模型。从图3中可以看出，核心部件主要包括定位套、上筛板、切刀；其中上筛板开圆形筛孔(孔径为