FCC催化剂工厂Na2O平衡计算分析

黄瑞 田玉民

摘 要：FCC催化剂生产过程中，降低产品的Na2O含量贯穿整个生产过程，采用物料平衡和物料估算法对全厂FCC催化剂的Na2O平衡、计算分析，得知NaY合成、改性、催化剂制备、环保设施运行引入Na2O总量和污水排放带出Na2O总量，为污水深度处理装置的除盐设计提供了基础数据及依据，为减排提出合理的建议及治理措施。

关键词：FCC催化剂;Na2O平衡;计算分析

0 引言

随着环保法规的严格，新建FCC催化剂装置，排放污水执行《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ343-2010）[1]。TDS是污水排放控制的主要指标，Na盐是FCC催化剂污水TDS的主要组成，进行FCC催化剂生产过程Na平衡分析，理清生产中Na盐的去向及分布，掌握Na盐的排放量，为污水中TDS减排提出较为合理的建议及治理措施。

1 工艺流程简介

FCC催化剂生产分为NaY分子筛的合成、改性、微球催化剂制备三个主要过程。生产过程不断有含Na废水排出，FCC催化剂成品Na2O含量0.2%左右。FCC催化剂主要由基质和活性组分组成，选用半合成法生产工艺，分子筛、微球生产装置，总体工艺流程简介如下：

1.1 分子筛装置

1.1.1 NaY分子筛合成

水玻璃、高碱偏铝酸钠按配方加入导向剂罐，在一定温度和搅拌条件下反应、老化，生成导向剂;将导向剂、低碱偏铝酸钠、水玻璃、硫酸铝等原料按配方和加料顺序成胶，胶体在一定条件下形成分子筛晶体，经过滤、洗涤，生成NaY分子筛。

1.1.2 分子筛改性

含NaY分子筛的晶化浆液在滤机上过滤、交换液、水洗后，加入稀土溶液进行罐交;交换后的分子筛浆液经过滤水洗制浆后，采用旋转闪蒸干燥和焙烧，经超稳化反应，得到一交一焙分子筛;一交一焙分子筛在滤机上过滤、交换、水洗后，通过旋转闪蒸干燥和焙烧超稳化反应得到二交二焙分子筛。

1.2微球装置

分子筛浆液与高岭土、拟薄水铝石、铝溶胶、盐酸等物料按顺序依次加入混合成胶。胶体通过喷雾干燥雾化成型后进入焙烧炉，在高温焙烧条件下，催化剂发生固相离子迁移、脱Cl-等一系列反应。焙烧后的催化剂再经过交换、洗涤、过滤、气流干燥后，形成颗粒状固体催化剂产品。

2 催化剂生产过程Na2O平衡分析

2.1 NaY分子筛合成

NaY分子筛合成中，Na2O：Al2O3：SiO2的摩尔投料比为3.1：1：9.5，产出NaY分子筛中的Na2O：Al2O3：SiO2的摩尔比为1：1：5.1。剩余的Na2O在母液回收过程中生成Na2SO4随凝胶污水排出。通过物料平衡计算，在NaY分子筛合成中，每吨NaY分子筛在污水中排放0.277t Na2O，具体物料平衡见下表。

2.2 分子筛改性

分子筛改性是Na2O降低的过程。在改性过程中，NaY分子篩通过交换、干燥、焙烧等改性工序，得到成品分子筛中的Na2O含量在1.5%左右。通过物料平衡计算，在分子筛改性中，每吨成品分子筛会在污水中排放0.117t Na2O，最终以Na2SO4的形式随污水排出，具体物料平衡见下表。

2.3 微球催化剂制备

微球催化剂制备过程中，分子筛在催化剂中占35%左右。通过成胶、喷雾干燥、交换过滤、气流干燥等工序，将催化剂中Na2O含量逐步降低至0.2%左右。通过物料平衡计算，在微球催化剂制备过程中，每吨成品催化剂会在污水中排放0.006t Na2O。微球装置的低Na+滤液在分子筛装置全部回用，以Na2SO4的形式随污水排出，具体物料平衡见下表。

3 环保设施运行过程中Na2O平衡分析

3.1 高氨氮废水处理

在分子筛改性和微球催化剂制备过程中，消耗大量的硫酸铵（0.34t/t催化剂）产生大量高氨氮废水，通过氨氮回收装置处理，可使硫酸铵的循环利用率达68%以上[2]。在硫酸铵的回收过程中，使用NaOH溶液置换出高氨氮污水中的NH4+，通过硫酸吸收生成硫酸铵加以循环利用。在回收污水中氨氮的同时，增加了污水中的Na2O含量。

2（NH4）2SO42NaOHNa2O

通过化学平衡方程式计算，在高氨氮废水的处理过程中，每吨催化剂会在污水中外排0.054t Na2O，最终以Na2SO4的形式随污水排出。

3.2 尾气处理

在微球催化剂的制备过程中，会加入大量的HCl和氯化物，Cl-在喷雾干燥、焙烧过程中生成HCl气体进入尾气中。为保证尾气的达标排放，在尾气处理过程中需要加入NaOH溶液来吸收尾气中的HCl，吸收液最终通过污水排放至污水处理装置。通常成品催化剂中的Cl-含量要求控制在1.0%以下。通过物料平衡计算，在尾气处理过程中，生产每吨成品催化剂会在污水中外排0.017t Na2O，这部分Na2O以NaCl的形式随污水排出。

4 全厂Na2O平衡分析

通过FCC催化剂生产过程和环保设施运行过程的Na2O平衡计算分析得知，FCC催化剂生产过程中排出的Na2O由各类生产原材料带入，环保设施运行过程中排出的Na2O由NaOH溶液带入。最终得到了以整个FCC催化剂工厂为单元的Na2O平衡，具体物料平衡见下表。

5 结论及建议

①通过对FCC催化剂生产及环保设施运行过程的Na2O平衡计算分析可知，在NaY分子筛合成阶段，外排的Na2O占了全厂的45%以上，需单独对这部分污水进行除盐深度处理;

②微球催化剂制备外排的Na2O占比最低，仅分子筛改性外排Na2O的1/7左右，可以将微球催化剂制备的外排污水回用至分子筛改性梯级利用，提高生产水的利用效率，减少外排污水的总量;

③全厂FCC催化剂外排污水中的Na盐以Na2SO4和NaCl的形式存在，为保证污水装置除盐效果，Na2SO4、NaCl污水需分开进行处理，得到纯度较高的Na2SO4、NaCl盐。

参考文献：

[1]中石油长汀催化剂项目变更环境影响报告[M].福建省环境保护设计院，2015.9.

[2]薛英广，韩雪松.催化裂化催化剂生产过程铵盐的循环利用[J].甘肃科技纵横，2014，9（3）：35-36.

作者简介：

黄瑞（1993- ），男，汉族，河南商丘人，本科，助理工程师。从事催化裂化催化剂生产研发的工作。