时间：2022-10-14 10:57:54
摘 要：本文分析了FCC催化剂圆球度和粒度分布的影响因素，通过采取：提高胶体固含量；合理选择喷嘴材质；改进旋转体结构；优化喷雾操作条件等措施，明显改进FCC催化剂圆球度和粒度分布。
关键词：胶体固含量 粒度分布 旋转体 喷嘴
催化裂化（FCC）工艺是炼油技术中的核心工艺，半个多世纪来，随着FCC工艺的不断发展，FCC催化剂工艺和制备技术都有了巨大的发展。就催化剂性能而言，许多催化剂已经达到国际先进水平，某些催化剂达到国际领先水平，但是我们在许多方面还有差距，例如能耗、物耗、生产效率、生产成本等，要迅速提高国产催化剂在国内外市场的竞争力，就必须在催化剂工艺和制造上下功夫[1]。目前炼油装置出现的催化剂跑损、烟机结垢等问题的原因虽然还需进一步进行论证，但改进催化剂圆球度和粒度分布已经成为催化剂制造关注的重点。
一、粒度分布和圆球度影响因素分析
通过体视显微镜和扫描电镜发现，如图-1、图-2所示，催化剂成品颗粒连粘、裂纹和空心（俗称苹果把）现象比较严重，颗粒表观圆球度差，细粉含量偏多，粒度分布不均和集中度差等。通过图-3催化剂圆球度和粒度分布影响因素关联图可以看出，影响催化剂粒度分布和颗粒圆球度的主要因素为胶体固含量、喷嘴、旋转体及喷雾压力等。在喷雾干燥成型时，一定固含量的胶体被加压后通过旋转体和喷嘴形成雾粒，并和塔内高温热风接触，表面水分迅速干燥形成颗粒外廓，当内部水分干燥逸出后，颗粒收缩形成空心。胶体固含量越低，颗粒直径越大，则形成的空心越大，并可能出现裂纹；在相同喷雾条件下，胶体固含量越低，形成的雾滴越小，催化剂0-20um组成含量越多，同时粘连也非常严重。
二、工业试验结果与讨论
1.提高胶体固含量
常规成胶工艺的胶体固含量只有25-28%，2007年开始应用高固含成胶工艺，胶体固含量提高至32-34%，若想继续提高胶体固含量至34%以上，难度较大。主要原因是在原高固含含工艺基础上降低成胶工艺用水，固体物料不易浆化，物料大量粘壁，同时粘度高，输送和过滤困难，直接影响到装置正常生产和产品质量。能不能在胶体粘度不增加甚至下降的同时来提高胶体固含量成为我们研究的重点。因此，我们根据原材料性质，对工艺配方各种原材料配比进行研究和调整，工业试验数据与结果如表-1所示。
从表-1可以看出，通过降低原料A比例，提高原料C和原料D比例，胶体粘度降低，成胶搅拌效果改善，解决了胶体粘壁问题，同时胶体固含量提高到34%以上，最高可到43%。将不同胶体固含量催化剂通过体视显微镜拍照对比，从图-4和表-5可以看出，较低固含量较低时，颗粒连粘严重，空心较多。从图-6至图-7可以看出，胶体固含量提高后，催化剂连粘和空心减少，催化剂圆球度明显改善。图-9电镜扫描图，从中可以看出，颗粒整体圆球度，没有空心及裂纹。
2.2喷嘴材质选择
在催化剂喷雾干燥成型过程中，胶体喷嘴磨损和腐蚀都比较大，碳化钨材质喷嘴（材质YG6）使用24小时后，喷嘴孔径变大、变形，影响产品粒度分布，不能满足生产。为提高喷嘴使用寿命，我们对不同材质喷嘴进行工业试验，试验结果如表-3所示。从表-3可知，材质A和材质B喷嘴都可以有效提高喷嘴的使用寿命，最长可使用144小时，是碳化钨喷嘴的6倍，在喷雾干燥成型时，能长时间内保持喷雾压力和流量稳定，减少波动，使催化剂整个产品粒度分布保持均匀。
2.3旋转体孔数影响
减少旋转体孔数，可以有效降低单支喷枪喷雾流量，并在旋转室内形成有效的旋转，单位体积雾粒密度降低，连粘减少，改善催化剂粒度分布。喷雾成型普遍使用旋转体的孔数为M孔，将旋转体孔数分别减少2孔、4孔、5孔，在相同胶体固含量、喷雾压力和喷嘴大小的情况下进行工业试验，试验情况如表-3和表-4所示。
表-3不同旋转体孔数喷雾条件对比
从表-3可知，喷枪数量不变，随着旋转体孔数减少，喷雾流量降低，说明单支喷枪的喷雾流量降低。从表-4可知，由于喷雾压力不变，单支喷枪喷雾流量降低，0-149um组分含量提高，平均粒径下降，在相同细粉风门下，细粉分级效率提高，因此催化剂0-20um组分含量增加不明显。
4.粒度分布优化
目前，催化剂粒度分布0-20um、0-149um以及平均粒度（APS）基本分别控制在2%、91%和74um左右。为进一步降低催化剂0-20um细粉含量，提高0-149um组分含量，提高粒度分布集中度，我们进行了小喷嘴、高压力工业喷雾试验。试验条件如表-5所示，在常规高固含喷雾条件的基础上，细粉风门开度100%，喷嘴孔径减小0.6-0.8mm，压力提高2.5-3.0Mpa。
使用小孔径喷嘴和高喷雾压力的目的是降低颗粒平均粒度，最大细粉开度是为降低0-20um细粉含量。从表-6喷雾试验结果可以看出，随着喷雾压力的上升和喷嘴孔径的减小，喷雾流量降低，0-149um组分含量提高到97.1%，APS降低到67.7um，细粉分级效率增加，0-20um组分含量降低到0.8%，粒度分布集中度提升明显。
三、结论
1.提高胶体固含量可以有效减少催化剂颗粒连粘、裂纹和空心，改善催化剂圆球度。
2.减少旋转体孔数可以降低喷雾流量，降低催化剂平均粒度，使用新材质喷嘴可以延长喷嘴的使用寿命，稳定喷雾成型。
3.使用小孔径喷嘴、高喷雾压力和高细粉分级量，可以有效提高0-149um组分含量，减少0-20um细粉含量，提高粒度分布集中度。
参考文献：
[1] 张继光，催化剂制备过程技术. 中国石化出版社，2004.
[2] 张立新.我国催化裂化技术的发展方向[J].炼抽设计，2001，31（3）.
[3] 孟凡东，常剑，王龙延，等.催化裂化低温接触大剂/油比理论与工艺开发[J].石油学报（石油加工），2010，26
[4] 王喜忠，于才渊，周才君. 喷雾干燥[M]. 第二版. 化学工业出版社，2002年2月.
[5] 李岳军，余力辉，刘志坚. 炼油催化剂生产技术，中国石化出版社2007.1.
作者简介：宋世兵（1980.5），男，学士学位，工程师，催化剂制造，