關于ACE催化裂化評價裝置操作情況一些注意事項

周 穎，馬燕青，張晨曦

（中石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

關于ACE催化裂化評價裝置操作情況一些注意事項

周 穎，馬燕青，張晨曦

（中石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

詳細介紹了ACE裝置結構及運行流程，在實際操作ACE評價裝置的基礎上，積累出了三點在操作中容易發生且經常忽視的問題，通過清晰地圖片詳細介紹并描述現象及后果。ACE裝置操作流程復雜，若疏忽某一環節就可能導致整個實驗數據的錯誤，甚至對儀器造成損傷，這就對技術操作人員提出了更高的要求。

催化裂化；ACE評價裝置；操作注意事項

流化催化裂化 （FluidCatalyticCracking,FCC）是重質油輕質化的一個主要煉油工藝，由于輕質油的需求量大，價格較高，工藝裝置的建設投資相對較低，所以在煉油工業中占有極重要的位置[1,2]。ACE（Advanced Cracking Evaluation，ACE），即先進的催化裂化評價試驗裝置，是美國KTI科技有限公司（Kayser Technology Incorporation）開發的小型全自動化固定流化床催化裂化催化劑評價裝置。該裝置模擬工業FCC裝置中微球裂化催化劑與重油催料的流化狀態、工藝參數和反應狀態，最終工藝效果與工業FCC裝置相匹配。因其具有自動化程度高、安全系數高、劑/油用量少、耗時短、試驗過程具有較好的穩定重復性，可一次性做6個不同試驗條件的裂解反應等優點被廣泛認可[3]。其在推進分子篩工業應用，實現從實驗室到工業化的跨越，摸索與研究分子篩制備過程中的放大效應，為分子篩的工業化生產裝置的設計與建設提供科學數據，確保分子篩在工業化生產過程中保持性能穩定等方面，具有舉足輕重的作用。ACE裝置作為FCC催化劑的實驗室評價裝置，應用極其廣泛，在歐洲、北美、南美的國外各大石油公司，如Chevron、Shell、Exxon Mobil等，催化劑煉廠研究中心以及國內的北京石油化工科學研究院、北京石油化工研究院及下屬單位蘭州中心、蘭州化學物理所、中國石油大學、華東師范大學等多家單位引進[4]，在FCC催化劑的實驗室評價、FCC原料油的性能評價、FCC反應機理的測試等方面發揮著越來越重要的作用[5,6]。

隨著科學技術的不斷進步，大型精密科研儀器正逐漸走向高度自動化，很多儀器都能做到采用工作站進行一站式的全自動控制，即使常規故障也可以通過工作站來進行監控和排除[7]。然而，以ACE為中心的煉油實驗室配置相對復雜，這給熟悉整個實驗室的操作流程及其維護保養帶來了諸多困難[8]。本文介紹了ACE評價裝置及其操作的一些注意事項，對于同行來說具有重要的參考意義和借鑒價值。

1 ACE裝置簡介

1.1 所用原料與試劑

ACE裝置進料采用FCC原料油，催化劑為FCC催化劑微球（38～250μm）。氣源為高純氮氣、普通氮氣、高純空氣、高純氦氣，20%的二氧化碳、煉廠標氣，以及蒸餾水和乙二醇（分析純）。

1.2 裝置圖解

ACE裝置示意圖如圖1所示。裝置包括控制系統、催化劑裝卸系統、進料系統、反應系統、再生系統、油氣分離、收集系統及檢測系統等七大部分。催化劑的積碳數據利用AI-100在線紅外CO2分析儀收集；產物分析至少需要2臺氣相色譜儀，其中煉廠氣分析（RGA）為在線模式，模擬蒸餾分析為離線模式。

1.3 催化裂化工藝流程

根據ACE裝置的設計原理及FCC煉油的特征，設計如圖2所示的運行簡易流程圖。

催化劑樣品通過加劑系統自動加入反應器中，其中新鮮劑經過噴霧和老化后，經標準振篩機過篩，10min后取60～400目，在馬弗爐內600℃焙燒2h，待溫度降至300℃時取出，放入樣品干燥箱備用，平衡劑則無需老化。原料油經過水浴加熱呈液態，通過進油管加入反應器中，在此原料油與流態化的催化劑進行短時間接觸反應，繼而進行催化劑循環汽提，氣態產物進入冷阱的冷凝管中，再經液體汽提、冷凝后的氣體產物收集在集氣瓶中，進行后續的計量及在線色譜定性、定量分析；液體產物收集在冷凝管中，進行離線稱重及模擬蒸餾色譜分析；沉積在催化劑上的固體產物炭，即焦炭，是催化裂化的縮合產物，待反應結束后先在反應器中經空氣燒焦再生，然后經CO轉化爐完全轉化為CO2，再由在線紅外CO2分析儀進行分析計算焦炭產率；液體產物離線稱重，進行模擬蒸餾色譜分析，對液體組分進行切割，分析汽油和柴油組成。最后利用KTI公司配置的計算軟件分析催化裂化的物料平衡及產品分布，得出總數據分析報告，一個ACE樣品的總運行時間約為1h。

圖1 ACE裝置示意圖

圖2 ACE運行流程圖

2 ACE反應過程常見問題

2.1 液體冷凝器與收集瓶安裝問題

在液體冷凝器（Condenser）末端表面涂抹少量真空脂，真空脂的作用不容忽視，它一方面可以減小安裝收集瓶時產生的摩擦，另一方面可以防止液體經過硅樹脂套管溢出。通過硅樹脂套管將寬嘴的色譜安培小瓶與冷凝器連接起來，過程一定要緩慢，保證冷凝器內管處于小瓶瓶口正中間，小心避免與瓶口摩擦碰撞，既要保證小瓶安裝牢固，不易掉落，又要在底部留有一定空隙防止液體進入冷凝管后出現憋壓現象，如圖3所示，冷凝器底部和小瓶底部應相距2mm。

圖3 液體冷凝器與收集瓶

2.2 催化劑儲料器密封性

對于ACE裝置來說，催化劑儲料器共有6個，每個上面配有白色六邊形密封蓋，稱好后的催化劑分別依次按順序加入儲料器中，加完后蓋緊密封蓋，如圖4左邊所示。加劑原理屬于氣動力加劑系統，所以如果密封不好就會導致加劑不完全，ACE界面可以反映出各關鍵參數的數值變化，運行軟件在反應過程中自動記錄反應的歷史曲線（如圖5所示），通過歷史曲線可以明晰每個裂解運行的詳細信息，其中壓力曲線最能及時有效地監控反應全過程。圖5中紅色柱狀線代表反應器壓力線 （PDT-122），加劑正常情況下，入左圖所示，兩次壓差在4mmHg左右，而如果密封不好，就會出現右圖的情況，壓差在1mmHg左右，之后的反應過程就會停滯。因此在人工加完劑后，一定要仔細檢查6個密封蓋是否擰緊，以防中斷試驗過程。造成不必要的麻煩。接著在程序自動運行過程中，注意留意儀器的每一步操作，隨時觀察儀器是否有異常情況，以便及時發現并予以糾正，從而保證儀器的安全和順利獲得可靠準確的數據。

圖4 催化劑儲料器及其密封蓋

圖5 正常密封和非正常密封的歷史曲線（紅色柱狀線代表PDT-122）

2.3 裝卸殘劑罐

每次試驗完成后，系統都會運行卸劑程序，大約54g（6×9g）催化劑會卸入圖6左邊所示的殘劑罐V-195中，為了確保下一次試驗順利進行，殘劑罐中的催化劑都要清除干凈，方法則是擰下ACE裝置上的V-195入口和出口的螺帽，卸下V-195，回收催化劑，用氮氣吹掃干凈后重新裝好復位。如果忘記上緊圖5右邊所示的螺帽，則會出現如下圖的情況，卸劑過程中催化劑會噴的到處都是，可能會污染或阻塞其他備件，同時對試驗的環境和技術人員的健康造成負擔。因此，在準備運行裝置之前，務必要仔細檢查裝置的各個部分，尤其是之前操作人員動過的地方，確保都恢復到最恰當的狀態。

圖6 殘劑罐及噴劑現象

3 結語

液體冷凝器與收集瓶安裝，催化劑儲料器密封性以及裝卸殘劑罐都是ACE評價裝置中容易忽視的細節問題，再加上前面的物料準備，可以說，整個ACE催化裂化前后的操作流程既復雜又繁瑣。由于ACE裝置的自動化程度高，功能強大，涉及的元器件多，若疏忽當中的某一環節，就可能無法得到準確的數據，甚至會對儀器和付出的人力物力有所損害。因此除了需要嚴格按照ACE煉油實驗室的操作規程進行外，還要加強技術人員上崗培訓，最好能做到專人專管，做好維護記錄，在試驗中不斷學習，時時記錄，積累經驗，善于發現問題，及時排除，盡可能保證每次操作零錯誤、零誤差，使ACE裝置處于良好的運行狀態，得到的數據才能具有較強的可信度、可靠性、規律性、和可比性，只有這樣才能將ACE裝置的優勢發揮到最大，為催化裂化催化劑的發展發揮更大的作用。

[1] FranciscoPassamonti,GabrieladelaPuente,WilliamGilbert, et al.Comparison between xed uidized bed(FFB)and batch uidizedbedreactors in evaluation of FCC catalysts[J].Chemi calEngineeringJournal,2012,(183):433-447.

[2] N.Ravichander,T.Chiranjeevi,D.T.Gokak,etal.FCCcatalyst andadditiveevaluationAcasestudy[J].CatalysisToday, 2009,(141):115-114.

[3] 鄧苗苗,薛青松,王一萌.ACE煉油實驗室的操作與維護[J].實驗室科學,2015,18(1):47-51.

[4] 薛青松,王一萌,劉月明.以ACE為中心的FCC煉油實驗室的創建與完善[J].實驗室研究與探索,2014,33(8): 236-239.

[5] 劉蘭華,孫艷波,侯凱軍,等.催化裂化生成油的模擬蒸餾分析[J]煉油與化工,2008,(4):51-53.

[6] 高曉慧,龐新梅,張莉,等.分子篩的催化裂化性能考察[J].工業催化,2008,16(10):127-129.

[7] 薛青松,王一萌.淺議ACE流化催化裂化評價裝置的運行規律性[J].廣東化工,2014,41(284):146-148.

[8] 張晨曦,孫艷波,曹蘭花,等.ACE裝置的反應故障的原因分析及對策[J].石化技術與應用,2014,32(2):174-176.

TE967