關于催化裝置催化劑跑損原因論述

曲弘民 王振興(青島安邦煉化有限公司 266111)

引言

催化劑的跑損主要表現為催化劑在旋風分離之后，由于油氣、煙氣等將部分催化劑帶走而導致了跑損問題的出現。系統出現催化劑跑損增加的表現主要包括這樣幾個方面：其一，反應再生系統的整體流化情況不斷弱化，出現了相對嚴重的流化故障問題，生產流程不能繼續；其二，由于催化劑跑損而造成了煙氣、油氣當中粉塵含量逐漸增加，在通過后續設備(例如三級旋風分離設備、煙氣輪機)時，對這些設備造成磨損和損失，使得葉片由于沖刷作用而出現了較為嚴重的磨損問題，導致后續生產過程中催化劑跑損問題加劇；其三，當催化劑出現跑損時，細粉將隨著反應產生的油氣不斷進入到分餾設備中，造成了油漿中的固體含量增加，油漿泵的磨損加劇，使得管線、分餾塔盤等堵塞，使得分餾設備出現結焦的問題。所以，分析催化劑裝置催化劑跑損原因，對降低設備磨損與消耗、確保系統正常工作具有重要作用。

一、催化劑跑損案例分析

1.設備故障導致催化劑跑損失

(1)某催化裂縫設備在完成技術個性并穩定持續運行一段時間之后，整個系統突然出現了油漿固含量偏高的情況，而且催化劑的消耗率也在迅速增加。操作人員根據運行經驗，對運行的操作參數、催化劑配方等進行了反復調整，所產生的效果依然不明顯，持續運轉一段時間后依然存在著分餾油漿系統結焦的問題，設備被迫關閉。在停工之后，對反再系統進行了拆解檢修，發現其中一組沉降器的頂旋風分離器料腿被結焦塊堵塞，同時在旋風升氣管中發現了較為嚴重的結焦問題。通過分析，發現這主要是在設備在革新完成開始運行之后，沉降器的頂部焦塊在持續溫度變化的情況下出現了脫落，最終都集中到料腿入口處，使得料腿的入口處被堵死，導致了分離器故障。

(2)某催化裂化裝置在改造過程中使用了新型的無龜甲網型襯里，而在后續的運行過程中出現了襯里脫落，導致旋風分離器料腿被堵塞，最終造成了催化劑大量跑損問題。

(3)某催化裂縫裝置由于沉降器存在嚴重結焦的問題，導致生立管被焦塊直接堵塞，旋風分離器失去了分離作用，大量的催化劑泄露至分離塔中，造成了分餾塔底催化劑和泥，系統被迫停車故障。而且，在停車過程中出現了由于主風撤銷時操作不當導致催化劑倒流的問題。

2.催化劑破損造成催化劑跑損

(1)內取熱管束爛

最初，裝置的三旋出口處開始出現濃度持續增加的趨勢，并在隨后出現了濃度上漲至170的問題，同時伴隨著再生器斜管密度波動劇烈的問題，且出現了報警故障。當調取內取熱管的溫度與流量數據之后，發現其中6#內取熱管口的流量波動幅值呈現較大的問題，而且催化劑的跑損流量較大，且帶有蒸汽現象。

(2)三旋單管與旋風器料腿堵塞

在對系統大修的過程中發現三旋單管存在著不同程度的堵塞、集氣室膨脹節套的上部焊縫呈現不同開裂的問題。同時，在檢修過程中還發現存在著三旋單管be催化劑堵塞的問題，且單管旋流器的部分位置存在著磨破口，導致噴嘴處的二級旋風器料腿出現堵塞問題。

二、催化劑跑損的原因分析

通過上文中對催化劑裝置出現的催化劑跑損案例分析，額可以發現催化劑裂化裝置的跑損主要包括自然跑損以及非自然跑損兩種情況。

1.自然跑損

在裂化裝置平穩運行的過程中，因為所使用的細粉催化劑不能夠及時的進行有效回收，從而形成了催化劑的跑損問題，這就是所謂的自然跑損。從相關的研究及實際運行情況來看，造成催化劑出現自然跑損的原因主要是設備磨損以及催化劑破損等原因。其中，催化劑由于其自身強度以及磨損等因素不同，在解決該問題的過程中，需要提高催化劑自身的整體強度和抗磨蝕能力。這時當前解決跑損問題的一個重要工藝途徑。而從催化劑使用過程中所表現出來的物理性質來看，對催化劑自然跑損形成影響的主要原因是催化劑自身幾何尺寸以及強度等因素。同時，實際運行過程中，設備的運行情況也與催化劑的跑損問題相關。其中，尤其以蒸汽、高溫催化劑相關，或者是兩者的綜合作用。

從筆者的實際工作經驗來看，導致催化劑破損的主要原因通常包括：(1)原料因為霧化或者終止劑噴嘴處的出口速度過高而導致了催化劑的破碎；(2)蒸汽和終止劑導致的催化劑熱崩問題，一旦兩者與高溫催化劑接觸，將會導致催化劑出現破碎；(3)旋風分離器的線速度過高，使得裝置在運行生產過程中接觸力過大，使得催化劑的自身結構被破壞；(4)提升管底部的預提升蒸汽消耗量過大，導致了催化劑的破裂。

正是由于催化劑的破裂而導致了跑損問題，從待生劑以及再生劑的篩分分析結果來看，其中以0～40μm的顆粒物質為主。因為，催化劑的破碎而導致了大量的細粉顆粒產生，加之旋風分離器對小于40μm的顆粒物質回收效率本來就較低，從而造成了催化劑大量跑損的問題。

2.非自然跑損

由于設備在使用過程中存在著操作失誤或者設備故障而導致生產設備出現了較大的波動，這時催化劑出現的跑損被稱作為非自然跑損。

(1)設備故障因素

旋分器料腿堵塞：一般出現料腿堵塞的問題是由于設備的襯里出現了局部脫落，導致沉降器頂部的結焦在溫度持續變化的作用下出現了脫落，從而集中進入到旋分器的料腿中，最終造成了催化劑的跑損。

旋分器翼閥脫落：因為催化劑的顆粒磨蝕而造成了其底部翼閥出現脫落，該故障同樣會造成催化劑的大量跑損。

旋風分離器的翼閥在床層存在非穩定區：由于設計方面的原因，使得旋風分離器的翼閥在床層處存在著不穩定區，在該處受到主風的持續擾動作用，使得旋分器的工作效率不能得到提高，造成了催化劑出現大量跑損。

三旋回收率較低：三旋分離器的分離效果較差，造成了其出口處的催化劑細粉濃度在超出了800 mg/m3，而且細粉粒徑中超出10μm的顆粒物質達到了43%，導致催化劑損失增加。

當主風分布管的噴嘴內存在磨蝕作用時同樣會造成催化劑跑損：由于主風的分布不均勻，使得主風對翼閥產生了較為強烈的擾動作用，這一定程度上增加了催化劑對主風分布管的磨損，增肌案例催化劑的跑損。

(2)設備操作失誤原因

當旋風分離設備的入口線速度過低時，將會使得催化劑顆粒沿著設備內壁運動的線速度下降，而所回收的催化劑顆粒直徑將增加，導致旋風分離設備的整體回收效率下降。

旋風分離器入口處催化劑濃度對催化劑的跑損問題也有較大的影響，尤其是在分離器效率以及粉塵的分布持續恒定的情況下，催化劑的跑損量將與入口濃度呈現出相對穩定的正比例關系。而當床層線速度恒定時，影響入口處濃度的主要原因是床層料面的高度。另外，當反再生系統的壓力、差壓等由于操作失誤而波動較大時，將會導致催化劑跑損問題。

[1]涂定，楊忠.淺談催化裂化裝置催化劑跑損原因及分析[J].計算機與應用化學,2013(8).

[2]艾克利,郭強,汪洋等.重油催化裂化裝置催化劑跑損原因分析及對策[J].中國石油和化工標準與質量,2011,31(10).