加氫催化劑規(guī)整化技術的開發(fā)和應用

1、評 議 材 料加氫催化劑規(guī)整化技術的開發(fā)和應用中國石化催化劑有限公司長嶺分公司二0一四年六月本文件需要保密。如果事先沒有經(jīng)過中國石化催化劑有限公司的書面許可，不得泄露本文件全部或任何部分的內(nèi)容。本文件的版權屬于中國石化催化劑有限公司。權利保留。如果事先沒有經(jīng)過版權所有者的書面許可，本文件全部或任何部分的內(nèi)容都不得以任何方式復制、保存，也不得以任何形式（電子、機械、復印、錄音或其它方式）傳播。課題名稱：加氫催化劑規(guī)整化技術的開發(fā)和應用完成單位：中國石化催化劑有限公司長嶺分公司主要工作人員： 報告編寫：王鑫 報告校對： 報告審核：批 準 人： 目 錄1項目背景12 條狀催化劑規(guī)整化技術現(xiàn)狀12.2

2、.1 圓筒切粒機12.2.2 圓盤振動篩33 規(guī)整化（切粒和分級）技術設計及開發(fā)43.1 設計原理43.1.1 切粒機設計原理43.1.1.1長度>H的物料切斷過程43.1.1.2長度H的物料切斷過程53.1.2 分級機設計原理63.1.2.1 長度>H物料的分級63.1.2.2 長度在x-H物料的分級（x為較小長度）73.2設備開發(fā)73.2.1圓盤式切粒機的開發(fā)73.2.2 滾筒式分級機的開發(fā)84 技術創(chuàng)新點95實施效果95.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量105.2 提高生產(chǎn)效率，降低制備能耗105.3提高產(chǎn)品收率，環(huán)境友好115.4新的技術設備運行平穩(wěn)，故障率低116結論111項目背景隨著石

3、油煉制工藝的不斷升級，對煉油催化劑的綜合性能要求也越來越高，除了對催化劑的化學性能要求較高外，催化劑密相裝填技術的發(fā)展對其物理長度要求也越來越苛刻。催化加氫過程多為固定床反應裝置，在催化加氫的固定床反應過程中，要求催化劑具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性，實際上僅此方面還遠遠不夠，為了使加氫催化劑充分發(fā)揮效率，還要求催化劑在反應器床層中的顆粒形狀、長短大小和裝填情況等處于最佳狀態(tài)，才能使催化劑的效率在實際工業(yè)應用中達到最大值。加氫催化劑大多為條狀，在固定床反應過程中，氣液相物流分配的均勻性對于催化劑活性的發(fā)揮有著重要作用，而氣液相物流分配的均勻性又與催化劑在反應器中裝填的好壞直接相關。當催化劑長短

4、不均勻時，在反應器的裝填過程中，容易使催化劑床層各部位的孔隙不一致，引起物料流動阻力及壓降不同，使物料走短路，形成溝流和床層溫度分布不均，致使一部分催化劑起不到催化作用而成為反應器中的死角，大大降低了催化劑的使用效率，催化劑條長均勻性可以提高煉油裝置運行穩(wěn)定性。此外，條長均勻、堆比穩(wěn)定的催化劑，在裝填反應器前，能準確的計算出所需要的催化劑數(shù)量，避免因裝填量多或量少帶來額外的退劑或補劑問題。因此，開發(fā)和利用專用的催化劑規(guī)整化技術，將能有效解決我公司目前加氫類催化劑外形規(guī)整度和均勻性不好的現(xiàn)狀，是未來加氫催化劑發(fā)展的必然趨勢。2 條狀催化劑規(guī)整化技術現(xiàn)狀國內(nèi)加氫催化劑在活性方面與國外不相上下，甚至

5、在某些方面還優(yōu)于國外劑，但在條形外觀上還是存在一定差距。條狀催化劑的規(guī)整化技術一直是國內(nèi)各家催化劑廠努力攻克的課題，到目前為止還沒有很完善的技術；隨著加氫劑密相裝填技術的應用和推廣，規(guī)整化（即切粒和分級）技術問題已成為加氫催化劑生產(chǎn)中迫切解決的瓶頸問題，也成為產(chǎn)品市場競爭力的重要問題。目前，通用的加氫催化劑規(guī)整化流程是：條狀干燥物料進入圓筒切粒機切粒，切粒后干燥條進入振動篩分級，分離出細顆粒和長條，即目前規(guī)整化技術的關鍵設備是圓筒切粒機與振動篩。2.2.1 圓筒切粒機圓筒切粒機結構原理如圖1所示，圖1 圓筒切粒機示意圖 圓筒切粒機工作原理：擠條成型干燥條從下料口進入轉筒內(nèi)，由于轉筒和轉軸分別通

6、過電機帶動以相反方向旋轉，轉軸上切刀把物料逆時針拋開，同時轉筒把物料順時針拋開，此時物料在轉筒和切刀的共同作用下切斷。具體過程是:一部分物料在切刀和擋板相向運行的作用下，發(fā)生碰撞和擠壓斷裂；另一部分物料在刀片的攪拌作用下，把物料拋向轉筒內(nèi)壁，由于慣性碰撞斷裂；第三部分是物料與物料之間相互擠壓斷裂。由于整個圓筒切粒機安裝基準與水平面存在一定夾角(見圖1)，物料從下料口進入，經(jīng)過反復的上述作用，物料反復斷裂，長度變短，物料在自身重力下滑力作用下，伴隨轉鼓的旋轉逐漸從轉筒的出料口出料。圓筒切粒機在運行過程中存在以下問題：a、整個過程物料的斷裂完全是隨機的，不定的，切粒長度分布不可控。b、物料在轉筒內(nèi)

7、連續(xù)被拋高、落下，滯留時間長，降低了切粒效率，制約了處理能力（100kg/h）；c、出粉率高（4-5%左右），收率低，現(xiàn)場粉塵大；轉筒運行過程噪音大，工作環(huán)境惡劣；基于圓筒切粒機的工作原理，導致切粒長度難以控制，出粉多，即便調(diào)整轉筒和切刀轉速，長度分布仍不理想。如表1為催化劑樣品經(jīng)圓筒切粒機切粒后條長分布情況。表1 轉筒切粒機切粒條長分布條長分布/%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm轉筒切粒樣品110.520.349.819.46.48樣品213.222.146.618.16.21樣品315.426.541.216.96.07 由表1可以看出，經(jīng)圓筒切粒機切粒催化劑樣品，條長分布比較彌

8、散，平均條長在6mm以上，容易造成催化劑在裝填過程中堆比波動大，運行不穩(wěn)定。2.2.2 圓盤振動篩經(jīng)過圓筒切粒機處理過的物料（長短不一，還有很多細粉），進入振動篩分級，如圖2所示。振動篩核心部件是圖2中右圖篩網(wǎng)（放大效果），振動篩設置有振動電機，篩網(wǎng)隨設備振動，達到分級的效果。篩網(wǎng)對于類似大米、大豆等圓形或橢圓形物料的篩分是有效的，但對于條狀催化劑物料無法達到篩分的效果，條狀物料一起作用便形成“架橋”，只有細粉和個別短條從篩網(wǎng)中通過，無法達到加氫劑分級目的和滿足客戶要求，如表3為振動篩分級后樣品條長分布。 圖2：振動篩(左圖為實物圖，右圖為放大篩網(wǎng))表2 振動篩分級催化劑樣品條長分布條長分布/

9、%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm振動篩分級樣品111.421.248.618.86.15樣品214.019.151.915.06.41樣品310.615.951.022.56.68 由表2可以看出，振動篩分級后，小于2mm和大于8mm條長所占比例較大，條長分布不集中3 規(guī)整化（切粒和分級）技術設計及開發(fā)3.1 設計原理3.1.1 切粒機設計原理從圖1圓筒切粒機工作原理可以看出，其最大的問題就是物料的斷裂完全是隨機的，不定的；要解決現(xiàn)有切粒技術存在的問題，就是設計出新型的切粒機，其切粒過程是確定的，不是隨機的，并且過程是可控的，實現(xiàn)切粒條長的均勻性分布。經(jīng)過反復論證與試驗，最終設計出

10、圖3所示的圓盤式切粒機模型。從圖3中可以看出，核心部件主要包括定位套、上篩板、切刀；其中上篩板開圓形篩孔(孔徑為)，下篩板開寬度為B的U形落料槽，落料槽的位置與U形落料槽的位置錯開；H為上下篩板間距，h為切刀與上篩板間距，切刀以速度V去切物料；這里參數(shù)、H、h、V對物料的長度都有影響。圖3 切粒機工作原理示意圖3.1.1.1長度>H的物料切斷過程長度>H的物料從上篩板孔中落入時，由于上下篩板開孔位置是錯開的，故物料停留在下篩板上，如圖3所示物料1，切刀以速度V過，物料在切刀作用下形成2-3段長度<H物料（段數(shù)主要由轉速V決定），如圖4所示。切斷后的物料從下篩板U形落料孔落料，

11、完成切粒過程。圖4 物料1切斷示意圖圖5 物料1落料過程3.1.1.2長度H的物料切斷過程長度H的物料從上篩板的篩孔中落入時，由于上下篩板間間隙為H，故物料平躺在下篩板上（或直接從下篩板的U形落孔落料），如圖3所示的物料2。在切刀的碰撞作用下直接從下篩板的U形落孔落料，如圖6所示，完成長度<H的物料不再經(jīng)過切斷而直接落料的過程。圖6 物料2落料過程經(jīng)過上述過程，可以初步得到長度H的期望物料，初步達到規(guī)整化的要求。但是一部分長度大于H的物料（個別物料在振動或其他因素影響下未經(jīng)切刀作用）直接進入下篩板孔物料料；在長度H的物料中，一部分長度太短，這就要求我們根據(jù)長度進行分級。3.1.2 分級機

12、設計原理經(jīng)過切粒后的條狀催化劑樣品，條長分布不均勻，甚至含有少量細粉，如何最大程度分離出具有合適粒度分布的催化劑樣品，是要解決的分級問題；傳統(tǒng)篩網(wǎng)式分級設備對圓形或橢圓形物質(zhì)比較有效，但不能滿足條狀催化劑的分級要求。參照盲孔有輸送物料的能力，但物料超出孔后就會溢掉的原理，試驗性的開發(fā)了擁有核心部件篩筒的分級模型。篩筒結構如圖7所示，篩筒長為L，直徑為D，篩筒內(nèi)徑布滿海量直徑d（篩筒前段孔徑大于后段孔徑），深為h的小孔（盲孔，即料不會通過孔達到篩筒的外徑，只能在篩筒的內(nèi)部）。物料在小孔受自身重力G，離心力P，支持力N。除了重力G，離心力P和支持力N對物料分級有影響外，篩筒參數(shù)D、L、h、d、也是

13、影響物料分級的重要參數(shù)。圖7 篩筒結構示意圖分級過程如下：3.1.2.1 長度>H物料的分級長度>H物料如圖7所示的物料1，當條狀物料1進入篩孔（前段篩孔較大），并伴隨篩筒一起逆時針旋轉，由于物料1長度>H，即大于h，在°角度范圍內(nèi)篩孔內(nèi)脫落。同時由于進料端高于出料端，則物料1伴隨篩筒的旋轉慢慢從一級出料口（篩筒在一級出料口處開槽）出料，物料長度>H。3.1.2.2 長度在x-H物料的分級（x為較小長度）當H的物料如圖7中物料2，由于其長度小于h，其在隨篩筒一起逆時針旋轉的過程中，在°角度范圍內(nèi)不會從篩孔內(nèi)脫落，而是在°角度范圍便從篩孔中落

14、入下料槽，并從下料槽進入篩筒的后段（后段孔徑和深度均小于前段）。進入后段的物料在后段篩筒的作用下，尺寸在x-H范圍內(nèi)的物料長度大于后段篩孔參數(shù)，在°角度范圍內(nèi)從篩孔內(nèi)脫落，物料2伴隨篩筒的旋轉從二級出料口出料，物料長度范圍為x-H。同樣原理，少量<x物料從篩筒末端出料。3.2設備開發(fā)3.2.1圓盤式切粒機的開發(fā)從2.1.1中可以看出，切粒機的核心部件為上篩板、下篩板和切刀，如圖8為所設計圓盤式切粒機，主要由11大部件組成。圖8 圓盤式切粒機（1、振動篩出料口，2、機架，3、切刀調(diào)整裝置，4、 刮刀，5、料筒，6、聯(lián)軸器部件，7、電機減速機，8、上篩板，9、調(diào)整圈，10、切刀，1

15、1、下篩板）從圖8中可以看出，設備由電機減速機給切刀提供動力，物料在刮拌刀作用下使物料進入上篩板中的篩孔；切刀調(diào)整裝置用來調(diào)整上下篩板間間距H，來控制物料長度；振動篩和切粒機既相互結合，又互相獨立，對切粒物料初步分級，篩除細粉。通過調(diào)整上下篩板間距和切刀轉速調(diào)整物料條長分布，實現(xiàn)操作過程和物料長度可控，為新型規(guī)整化技術奠定了堅實的設備基礎。相關實物圖片如下：圖9實物切粒機經(jīng)過圓盤式切粒機切粒物料，其條長分布遠比原圓筒式切粒機集中和均勻，但要滿足日益嚴格的催化劑裝填要求，還需要開發(fā)相應的分級機。3.2.2 滾筒式分級機的開發(fā)根據(jù)分級機的設計原理可以看出，分級機的核心部件為篩筒和下料槽，篩筒需要平

16、穩(wěn)轉動。滾筒分級機運行過程中電機減速機帶動托輥轉動，托輥通過摩擦帶動篩筒平穩(wěn)轉動（圖10為分級機虛擬圖）。其工作特點：a、可以依據(jù)條長把物料一次性分三級，分級效率高；b、分級精度高，所需區(qū)間條長分布能達到80%以上；c、不存在物料再次破碎情況，收率高。圖10分級機虛擬圖圖11 實物分級機4 技術創(chuàng)新點關于條狀加氫催化劑規(guī)整化專用設備和技術，國內(nèi)外文獻和專利主要集中在塑料領域切粒及濕法切粒，還未見國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)和銷售加氫催化劑切粒和分級技術專用設備，目前所使用規(guī)整化技術均是從其它行業(yè)設備改造產(chǎn)生，切粒分級效果差，出粉率高，圓盤式切粒機和滾筒式分級機的設計和開發(fā)能滿足加氫催化劑制備過程中對于粒度分布

17、的要求，過程可控，具有創(chuàng)新性。5實施效果催化劑長嶺分公司自2011年開始實施圓盤式切粒機和滾筒式分級機項目，項目實施以來，效果良好。5.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量采用新型切粒和分級技術后，催化劑產(chǎn)品規(guī)整度和均勻性好，條長可控，能夠滿足不同用戶的需求，在很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，如表3為項目實施前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（孔板規(guī)格為D1.4蝶形）：表3 新舊規(guī)整化技術生產(chǎn)催化劑條長分布數(shù)據(jù)條長分布/%2mm23mm38mm8mm平均條長/mm舊規(guī)整化技術20109.7819.8446.1124.276.62新型規(guī)整化技術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，新型規(guī)整化技術同舊的規(guī)整化技術相比，新技術生產(chǎn)的催化劑產(chǎn)品規(guī)整度和均勻性更好，條長分布80%以上集中在3-8mm，在很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了客戶要求。5.2 提高生產(chǎn)效率，降低制備能耗采用新型切粒和分級技術后，大大提高了切粒和分級工序效率，擠條日產(chǎn)量由2010年的2.88t混粉提高至2012年的4.6t，制備日電耗由2010年的20431kw·h降至2012年的10594kw·h，在很大程度上消除了因原圓筒切粒機處理量小而產(chǎn)生的加氫催化劑制備瓶

19、頸，大幅度降低了制備能耗，如表3為項目實施前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（孔板規(guī)格為D1.6蝶形）：表4新舊技術生產(chǎn)過程產(chǎn)量和電耗數(shù)據(jù)工藝方法年份擠條量 t混粉/天電耗 Kwh/t舊規(guī)整化技術2010年2.8820431新型規(guī)整化技術2011年3.60164352012年4.60105942013年4.44103022014年4.5610421注：電耗包括擠條、干燥及載體焙燒用電量。5.3提高產(chǎn)品收率，環(huán)境友好采用新型切粒和分級技術后，提高了產(chǎn)品收率，由新技術使用前的2010年收率96.16%提高至新技術使用后2013年收率97.13%，同時，產(chǎn)量也有較大幅度提高。由于新技術的使用，切粒和分級過程中出粉少，噪音小，現(xiàn)場環(huán)境得到改善，如表5為新技術使用前后幾組生產(chǎn)數(shù)據(jù)（2014年產(chǎn)量和收率統(tǒng)計至6月份）：表5 新技術實施前后產(chǎn)量和收率工藝方法年份年產(chǎn)量/t收率/%舊規(guī)整化技術2010年1748.72696.16新型規(guī)整化技術2011年2043.56496.472012