加氢催化剂规整化技术的开发和应用

1、评 议 材 料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

2、.1 圆筒切粒机12.2.2 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105.2 提高生产效率，降低制备能耗105.3提高产品收率，环境友好115.4新的技术设备运行平稳，故障率低116结论111项目背景随着石

3、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

4、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

5、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。2.2.1 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

6、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(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

7、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条长分布/%2mm23mm38mm8mm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

8、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/

9、%2mm23mm38mm8mm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3 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

10、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)，下筛板开宽度为B的U形落料槽，落料槽的位置与U形落料槽的位置错开；H为上下筛板间距，h为切刀与上筛板间距，切刀以速度V去切物料；这里参数、H、h、V对物料的长度都有影响。图3 切粒机工作原理示意图3.1.1.1长度>H的物料切断过程长度>H的物料从上筛板孔中落入时，由于上下筛板开孔位置是错开的，故物料停留在下筛板上，如图3所示物料1，切刀以速度V过，物料在切刀作用下形成2-3段长度<H物料（段数主要由转速V决定），如图4所示。切断后的物料从下筛板U形落料孔落料，

11、完成切粒过程。图4 物料1切断示意图图5 物料1落料过程3.1.1.2长度H的物料切断过程长度H的物料从上筛板的筛孔中落入时，由于上下筛板间间隙为H，故物料平躺在下筛板上（或直接从下筛板的U形落孔落料），如图3所示的物料2。在切刀的碰撞作用下直接从下筛板的U形落孔落料，如图6所示，完成长度<H的物料不再经过切断而直接落料的过程。图6 物料2落料过程经过上述过程，可以初步得到长度H的期望物料，初步达到规整化的要求。但是一部分长度大于H的物料（个别物料在振动或其他因素影响下未经切刀作用）直接进入下筛板孔物料料；在长度H的物料中，一部分长度太短，这就要求我们根据长度进行分级。3.1.2 分级机

12、设计原理经过切粒后的条状催化剂样品，条长分布不均匀，甚至含有少量细粉，如何最大程度分离出具有合适粒度分布的催化剂样品，是要解决的分级问题；传统筛网式分级设备对圆形或椭圆形物质比较有效，但不能满足条状催化剂的分级要求。参照盲孔有输送物料的能力，但物料超出孔后就会溢掉的原理，试验性的开发了拥有核心部件筛筒的分级模型。筛筒结构如图7所示，筛筒长为L，直径为D，筛筒内径布满海量直径d（筛筒前段孔径大于后段孔径），深为h的小孔（盲孔，即料不会通过孔达到筛筒的外径，只能在筛筒的内部）。物料在小孔受自身重力G，离心力P，支持力N。除了重力G，离心力P和支持力N对物料分级有影响外，筛筒参数D、L、h、d、也是

13、影响物料分级的重要参数。图7 筛筒结构示意图分级过程如下：3.1.2.1 长度>H物料的分级长度>H物料如图7所示的物料1，当条状物料1进入筛孔（前段筛孔较大），并伴随筛筒一起逆时针旋转，由于物料1长度>H，即大于h，在°角度范围内筛孔内脱落。同时由于进料端高于出料端，则物料1伴随筛筒的旋转慢慢从一级出料口（筛筒在一级出料口处开槽）出料，物料长度>H。3.1.2.2 长度在x-H物料的分级（x为较小长度）当H的物料如图7中物料2，由于其长度小于h，其在随筛筒一起逆时针旋转的过程中，在°角度范围内不会从筛孔内脱落，而是在°角度范围便从筛孔中落

14、入下料槽，并从下料槽进入筛筒的后段（后段孔径和深度均小于前段）。进入后段的物料在后段筛筒的作用下，尺寸在x-H范围内的物料长度大于后段筛孔参数，在°角度范围内从筛孔内脱落，物料2伴随筛筒的旋转从二级出料口出料，物料长度范围为x-H。同样原理，少量<x物料从筛筒末端出料。3.2设备开发3.2.1圆盘式切粒机的开发从2.1.1中可以看出，切粒机的核心部件为上筛板、下筛板和切刀，如图8为所设计圆盘式切粒机，主要由11大部件组成。图8 圆盘式切粒机（1、振动筛出料口，2、机架，3、切刀调整装置，4、 刮刀，5、料筒，6、联轴器部件，7、电机减速机，8、上筛板，9、调整圈，10、切刀，1

15、1、下筛板）从图8中可以看出，设备由电机减速机给切刀提供动力，物料在刮拌刀作用下使物料进入上筛板中的筛孔；切刀调整装置用来调整上下筛板间间距H，来控制物料长度；振动筛和切粒机既相互结合，又互相独立，对切粒物料初步分级，筛除细粉。通过调整上下筛板间距和切刀转速调整物料条长分布，实现操作过程和物料长度可控，为新型规整化技术奠定了坚实的设备基础。相关实物图片如下：图9实物切粒机经过圆盘式切粒机切粒物料，其条长分布远比原圆筒式切粒机集中和均匀，但要满足日益严格的催化剂装填要求，还需要开发相应的分级机。3.2.2 滚筒式分级机的开发根据分级机的设计原理可以看出，分级机的核心部件为筛筒和下料槽，筛筒需要平

16、稳转动。滚筒分级机运行过程中电机减速机带动托辊转动，托辊通过摩擦带动筛筒平稳转动（图10为分级机虚拟图）。其工作特点：a、可以依据条长把物料一次性分三级，分级效率高；b、分级精度高，所需区间条长分布能达到80%以上；c、不存在物料再次破碎情况，收率高。图10分级机虚拟图图11 实物分级机4 技术创新点关于条状加氢催化剂规整化专用设备和技术，国内外文献和专利主要集中在塑料领域切粒及湿法切粒，还未见国内企业生产和销售加氢催化剂切粒和分级技术专用设备，目前所使用规整化技术均是从其它行业设备改造产生，切粒分级效果差，出粉率高，圆盘式切粒机和滚筒式分级机的设计和开发能满足加氢催化剂制备过程中对于粒度分布

17、的要求，过程可控，具有创新性。5实施效果催化剂长岭分公司自2011年开始实施圆盘式切粒机和滚筒式分级机项目，项目实施以来，效果良好。5.1 提高产品质量采用新型切粒和分级技术后，催化剂产品规整度和均匀性好，条长可控，能够满足不同用户的需求，在很大程度上提高了产品质量，如表3为项目实施前后几组生产数据（孔板规格为D1.4蝶形）：表3 新旧规整化技术生产催化剂条长分布数据条长分布/%2mm23mm38mm8mm平均条长/mm旧规整化技术20109.7819.8446.1124.276.62新型规整化技术20111.423.6489.725.215.1120120.899.7388.890.494.

18、5620132.1912.3783.212.234.3120141.149.4986.163.214.22 由表3可以看出，新型规整化技术同旧的规整化技术相比，新技术生产的催化剂产品规整度和均匀性更好，条长分布80%以上集中在3-8mm，在很大程度上提高了产品质量，满足了客户要求。5.2 提高生产效率，降低制备能耗采用新型切粒和分级技术后，大大提高了切粒和分级工序效率，挤条日产量由2010年的2.88t混粉提高至2012年的4.6t，制备日电耗由2010年的20431kw·h降至2012年的10594kw·h，在很大程度上消除了因原圆筒切粒机处理量小而产生的加氢催化剂制备瓶

19、颈，大幅度降低了制备能耗，如表3为项目实施前后几组生产数据（孔板规格为D1.6蝶形）：表4新旧技术生产过程产量和电耗数据工艺方法年份挤条量 t混粉/天电耗 Kwh/t旧规整化技术2010年2.8820431新型规整化技术2011年3.60164352012年4.60105942013年4.44103022014年4.5610421注：电耗包括挤条、干燥及载体焙烧用电量。5.3提高产品收率，环境友好采用新型切粒和分级技术后，提高了产品收率，由新技术使用前的2010年收率96.16%提高至新技术使用后2013年收率97.13%，同时，产量也有较大幅度提高。由于新技术的使用，切粒和分级过程中出粉少，噪音小，现场环境得到改善，如表5为新技术使用前后几组生产数据（2014年产量和收率统计至6月份）：表5 新技术实施前后产量和收率工艺方法年份年产量/t收率/%旧规整化技术2010年1748.72696.16新型规整化技术2011年2043.56496.472012