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脱除再生催化剂携带烟气的研究进展

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脱除再生催化剂携带烟气的研究进展 2006年 6月                  云南化工                    Jun. 2006  第 33卷第 3期             Yunnan Chem ical Technology              Vol. 33, No. 3  脱除再生催化剂携带烟气的研究进展 门亚男 ,董  群 ,王焱鹏 ,张健伟 ,许长辉 (大庆石油学院 ,黑龙江 大庆 163318) 收稿日期 : 2006201211 作者简介 :门亚男 (1981~) ,男 ,山西大同人 ,硕士研...

脱除再生催化剂携带烟气的研究进展
2006年 6月                  云南化工                    Jun. 2006  第 33卷第 3期             Yunnan Chem ical Technology              Vol. 33, No. 3  脱除再生催化剂携带烟气的研究进展 门亚男 ,董  群 ,王焱鹏 ,张健伟 ,许长辉 (大庆石油学院 ,黑龙江 大庆 163318) 收稿日期 : 2006201211 作者简介 :门亚男 (1981~) ,男 ,山西大同人 ,硕士研究生 ,从事催化裂化方面研究。 导师简介 :董群 (1953~) ,男 ,黑龙江鸡西人 ,教授 ,从事石油炼制与化工方面的研究。 摘 要 :  根据催化剂在输送立管和脱气罐内的流动特点 ,分析了催化裂化过程中再生催化剂产生携带烟气 的原因和脱气的原理。阐述了适合脱除再生催化剂携带烟气的方法和操作条件。为了保证催化剂流动稳定 ,脱气 量存在最佳值 ,指出达到这种理想状况时催化剂的流动情况 ,并提出用其他气体置换烟气的方法来进一步减少再 生催化剂对烟气的携带量。 关键词 :  催化裂化 ; 再生催化剂 ; 烟气 ; 脱气 ; 脱气罐 ; 立管 中图分类号 :  TE624. 3   文献标识码 :  A   文章编号 :  10042275X (2006) 0320070204 Research Advance on the Rem ove of Flue Ga s En tra ined by Regenera ted Ca ta lyst M EN Ya2nan, DO NG Qun, W ANG Yan2peng, XU Chang2hu i (Daqing Petroleum College, Daqing 163318, China) Abstract:  Based on the flowing character of catalyst in stand p ipe and degasser, generation reason of flue gas en2 trained by regenerated catalyst and p rincip le of degassing p rocess in the p rocess of FCC was analyzed. The method and oper2 ation condition suitable for the remove of flue gas entrained by regenerated catalyst was reviewed. For the maintenance of stable flow of catalyst there was an op timum degassing value, in which the flow of catalyst was put forward. The use of other gas for the disp lacement of flue gas entrained by regenerated catalyst was also pointed out. Key words:  FCC; regenerated catalyst; flue gas; degassing; degasser; stand p ipe 前言 催化裂化 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 采用反应 2再生的连续操作方 式 ,其中催化剂的作用是促进化学反应速度。它 不仅提高了分解和芳构化等反应的速度 ,也提高 了异构化及氢转移等反应速度 ,使催化裂化装置 的生产能力不仅比热裂化装置的生产能力大 ,而 且所得的汽油辛烷值高 ,安定性好。在催化裂化 过程中 ,进料与催化剂在反应器中接触发生裂化 反应 ,反应后的催化剂表面上结有焦炭 ,形成待生 催化剂。待生催化剂由于活性中心被焦炭覆盖 , 需要进入再生器中烧去焦炭以恢复活性 ,烧焦后 的催化剂称为再生催化剂 ,即再剂 ,再剂进入反应 器中循环使用。 再生剂在烧焦后会产生烟气 ,烧焦后的催化 剂在流出再生器时会携带一部分烟气。根据分析 数据 ,携带的烟气由 N2 , O2 , CO2 , CO 以及微量的 SOX , NOX 等非烃气体组成 [ 1 ]。 当烟气进入反应系统后 ,其中的 O2 能与烃类 起氧化反应 , SOX 能消耗氢转化成 H2 S,增加烃类 损失 ,增大反应器负荷 ,降低产品收率 ,其它的非 烃气体直接进入产物裂解气中 ,使吸收塔和再吸 收塔因为气相负荷过大而严重影响吸收效果 ,给 产品的分离和精制带来额外的负担 ,同时会增加 气压机负荷 ,成为制约生产能力的瓶颈 [ 2 ] ,并且其 中的酸性气体在含量较高时会腐蚀设备。 再剂携带的烟气量与催化剂循环量密切相 关。由于原料的重质化和多产气体烯烃的要求 , 各种新工艺采用的剂油比越来越大。由于剂油比 大 ,催化剂循环量大 ,催化剂夹带进入反应器的烟 气量增加 [ 2 ] ,使得再剂携带气体成为制约催化裂 化生产能力的主要问题。因此必须考虑脱除再剂 携带烟气的问题 ,这是提高催化裂化生产能力的 关键问题之一。 1 再生剂对烟气的携带 再剂携带的烟气包括夹带在催化剂颗粒之间 的烟气和吸附在催化剂内部微孔内的烟气。其中 大部分是催化剂颗粒之间夹带的烟气 ,还有很少 量吸附在催化剂颗粒的微孔内。 在再生器中 ,再生气体从再生器底部通入 ,希 望再生气体经过分布器后全部向上流动 ,与向下 流动的催化剂逆流接触进行传质、传热。但实际 上 ,再生器是一个鼓泡床 ,在其操作条件下催化剂 流动速度很低 ,催化剂夹带气体的能力很弱。但 进入再生立管入口锥体后 ,由于立管截面急剧减 小 ,催化剂加速 ,使催化剂夹带气体的能力剧增。 因此 ,再生器立管顶端对催化剂有一种抽吸作用 , 将部分再生烟气夹带进入再生立管 ,未向上流动 离开再生器 ,从而产生了夹带在催化剂颗粒之间 的烟气 [ 3 ]。 催化剂对再生烟气还有吸附作用。催化剂对 烟气的吸附量取决于吸附温度和气体分子的偶极 距。温度越低 ,偶极距越大 ,分子越容易吸附。但 催化剂颗粒内部吸附的气体量很低 ,在较低的温 度下 (500℃左右 ) ,吸附的气体量仅占气体携带量 的 10% ,其余都是颗粒与颗粒之间的夹带 ,而在较 高的温度下 (700℃左右 ) ,催化剂颗粒吸附的气体 量几乎为零。而再剂的温度很高 ,接近或达到 700℃,所以对脱除再剂携带烟气进行研究时可不 考虑这一部分。 2 催化剂夹带气体的脱除 许多学者对催化剂在输送立管中的流动状况 作了研究 [ 4~8 ]。催化剂从再生器向反应器流动的 过程为密相充气流动 ,输送立管两端存在着压差 来维持系统的压力平衡 [ 9 ] ,颗粒在重力的作用下 从高处的低压端流向低处的高压端 ,同时夹带着 气体向下流动 ,下行的颗粒速度大于气体速度 [ 10 ] , 属于负压差下的下移流动。输送过程中必须夹带 一定量的气体 ,夹带量太低 ,颗粒在流动过程中摩 擦阻力太大使得流动不稳定或无法流动 ,影响催 化剂的正常循环 ,夹带量太大又会产生一系列负 面影响。理想的夹带量是使催化剂流动保持在临 界移动床状态下 ,此时在待生立管的任何水平截 面上 ,气固相对速度均等于颗粒的临界流化速度 , 气体作用于颗粒的曳力与颗粒的重力、惯性力、壁 摩擦力相平衡 [ 11 ]。这是一种理想的输送状态 ,操 作条件一旦改变 ,催化剂流动形态即发生变化 ,使 催化剂循环量发生变化 [ 12~16 ]。 可以采用脱气增大密度的方法减少再剂的烟 气夹带量。工业装置上一般是在再生催化剂输送 线路上加设一个脱气罐 ,再剂进入脱气罐后 ,由于 流通截面积加大 ,流速降低 ,发生脱气现象。脱气 罐内气体和固体颗粒依据操作条件的变化会呈现 不同的流动状态 ,可出现如下五种流型 : (A)颗粒、气体均向下流动 ,出现气泡。 (B)颗粒、气体均向下流动 ,不出现气泡。 (C)颗粒向下流动 ,气体停滞不动。 (D)颗粒向下流动 ,气体向上流动 ,不出现气泡。 ( E)颗粒向下流动 ,气体向上流动 ,出现气泡。 理想的脱气罐操作为 D型或 E型 ,即颗粒向 下流动 ,气体向上流动。 有关脱气罐的研究报道很少 ,只有一些经验 原则。比如脱气罐内的催化剂流速为 ( 0. 081~ 0. 362) m / s,停留时间为 (31~130) s,脱气效率可 达 60% ~80%。Ross的研究认为 :在颗粒质量流 率小于 150 kg/ (m2 s) ,尤其是小于 50 kg/ (m2 s)的 情况下 ,颗粒流动处于敏感区 ,极易发生脱气并引 起失流化现象。而 (50~150) kg/ (m2 s)正是脱气 罐的操作范围。为了避免失流化 ,首先要保证进 入脱气罐的颗粒处在良好的流化状态 ,其次要在 脱气罐下部连续补充松动介质。工业实践表 明 [ 1 ] :在脱气罐催化剂出口与再生催化剂斜管相 连的变径处需要设立松动点 ,才能保证催化剂流 动顺畅。脱气罐的松动一般是使用空气 ,也有个 别装置使用水蒸汽的 ,用量都很少 ,仅起松动作 用。松动风量过大会产生气阻造成流化波动 ,影 响流化性能和脱气罐的脱气效果。中石化广州分 公司蜡油催化裂化装置的脱气罐就发生过中部温 度偏低 (正常应该在 680℃左右 ,现场显示值为 260℃) ,脱气罐压差大幅度波动 (由 0. 07 MPa以 ·17· 2006年第 3期             门亚男等 :脱除再生催化剂携带烟气的研究进展 上降到 0. 03 MPa以下 )的现象 ,就是由于脱气罐 内松动风量过大 ,导致脱气罐内部存在沟流 ,在一 定条件长大为气泡形成气节 ,阻碍了催化剂的正 常流化所致 [ 17, 18 ]。 除了通入松动介质来保证催化剂的稳定流 动 ,在脱气罐内还不能脱气太多 ,以免催化剂失流 化转变为移动床流动 ,失去循环的推动力 ,或者出 现 "架桥 "现象。所以即便采用了脱气罐 ,仍然不 可避免地有相当多的非烃气体被带入反应器中 , 造成催化裂化干气中非烃组分的体积含量高达 10% ~20%。对于传统的催化裂化工艺 ,再生催 化剂携带的烟气量按每吨催化剂携带 1 kg烟气这 一经验值进行估算 [ 19 ]。 在保证催化剂颗粒流动的情况下仍有相当多 的烟气随再剂一起进入反应系统 ,在脱气塔内通 入其他介质进行置换能够进一步减少烟气携带 量。可以采用催化干气或水蒸汽作为置换介质。 催化干气作为催化裂化过程的副产物很容易得 到 ,但用催化干气进行置换时干气与烟气混在一 起 ,无法进一步利用。况且 ,虽然烟气换成了干 气 ,但进入气体压缩机的总气量没有减少 ,不能降 低气体压缩机的负荷。水蒸汽作为置换介质进入 反应系统后会在分馏塔塔顶收集器中冷凝 ,减少 进入气压机的气体量。水蒸汽经济易得、使用方 便 ,并且用水蒸汽进行置换对环境造成的污染小 , 是很好的置换介质。但再剂的温度通常很高 ,接 近或达到 700℃,在如此高的温度下用水蒸汽进行 置换无疑会加剧催化剂的水热失活现象。 表 1 工业装置干气非烃组成 Table 1. Non - hydrocarbon Com position of D ry Ga s from Industr ia l D ev ice 装置 1 (1) 装置 2 (2) 装置 3 (3) 非烃 (mL /100mL) 20. 35 12. 04 6. 1 其中 : N2 15. 29 O2 0. 86 N2 +O2 9. 97 5. 8 CO2 4. 2 1. 25 0. 3 CO 0. 82 注 : (1)长岭炼化总厂 1. 2Mt/aRFCCU1997年 6月 18日标定数据 (2)武汉石化厂 1. 0M t/aRFCCU1990年 3月 23日标定数据 (3)安庆石化总厂 0. 4M t/aDCCU1995年 8月 17日标定数据 表 1列出了三套工业装置的干气分析数据。 其中武汉石化 RFCC装置上 ,再生催化剂输送线路 中设有脱气罐 ,其催化干气中的非烃组分体积分 数为 12. 4%。在安庆石化 DCC装置上 [ 20~21 ] ,脱 气罐底通入 ( 1~1. 5 ) kg蒸汽 /吨催化剂的水蒸 汽 ,因此除起松动作用外 ,还能达到置换催化剂携 带气体的目的 ,其结果是催化干气中的非烃组分 体积分数降到了 6. 1%。但该脱气罐高 12 m,水蒸 汽从脱气罐底部注入 ,从顶部流出 ,与再剂的接触 时间较长 ,不可避免地会导致装置的催化剂活性 水平下降。 北京石油化工科学院对催化裂化再剂快速脱 气技术进行了研究 [ 2 ]。脱气塔的内构件形式是三 层内外环形档板 ,中央设置脱气管。其中外环挡 板开孔 ,内环挡板不开孔 ,脱气管在每层内环挡板 下开孔。在脱气的同时通入水蒸汽置换催化剂携 带的气体。水蒸汽从每层外环挡板下方引入 ,向 上与催化剂接触后进入内环挡板的下方 ,从内环 挡板下方进入中央脱气离开脱气塔 ,从而达到置 换烟气的作用。研究结果表明 ,置换效率达到了 90%以上 ,催化剂与水蒸汽的接触时间在 5 s以 内 ,取得了良好的效果。同时进行的工业化实验 也证实了催化裂化再剂快速汽提脱气技术的可行 性 ,但工业化实验的结果表明脱气量只有 50%左 右 ,脱气效率有待进一步提高 ,并且实验过程中没 有考虑到催化剂在后面的过程中仍与水蒸汽接 触 ,催化剂水热减活的情况仍然很严重。 4 结语 目前采用的再剂脱气技术是为了增加催化剂 的循环推动力而开发的 ,在催化裂化工艺中 ,由于 原料的重质化和多产烯烃的要求使得剂油比增 大 ,导致再剂夹带的烟气越来越多 ,现有的再剂脱 气技术已不能满足要求 ,因此高效的脱除技术显 得尤为重要。为了达到令人满意的脱除效果 ,需 要更好的研究催化剂在脱气罐内的流动状况 ,进 而寻找最佳的设备结构和工艺条件。向脱气罐内 通入置换介质为我们在这一领域内提供了一个新 的发展方向 ,而在置换介质的选择上又为我们提 出了新的要求 ,脱气塔的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和脱气的工艺条件 的选择都要重新考虑。催化裂化工艺在发展 ,脱 除再剂携带烟气的技术在催化裂化生产过程中会 起到更大的作用。 ·27· 云南化工                  2006年第 3期   参考文献 : [ 1 ] 陈俊武 ,曹汉昌. 催化裂化工艺与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 [M ]. 北京 :中国石化 出版社. 1993: 75~76. 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