浅析催化裂解装置再生器跑剂原因

吴明亮

（中海油东方石化有限责任公司，海南 东方 572600）

在催化裂解过程中，由于催化剂在高温环境作用下，部分催化剂被磨损产生细粉，催化剂会出现少量损耗，属于正常生产现象。通常情况下，再生器内设有两级串联的旋风分离器，可将粒径20μm以上的催化剂回收，在生产过程中，有少部分颗粒在气体分离装置的升气管中逃逸，即“跑剂”。大量实践经验指出，通过补充新的催化剂能够抵消跑剂损耗。行业标准规定，正常DDC装置工作期间，催化剂的损耗量不得超过0.7kg/t，若损耗量超过0.9kg/t，则表明跑剂严重。对生产环节实践展开分析可知，造成催化剂跑剂的原因较多，具体包括不符合规范的生产操作、设备自身问题、原料问题、催化剂组分问题等。鉴于此，有关人员需要分析再生器跑剂的实际原因，并采取针对性预防措施，以确保催化裂解生产全过程稳定且可靠。

1 DDC装置再生器介绍

催化裂解装置通过催化剂的作用，使原料油在适宜的温度和压力下进行裂化、异构化、氢转移、环化等一系列复杂的化学反应，将大分子烃类转化为各种小分子烃类的混合物，并通过后续分馏、吸收、稳定系统分离出汽油、柴油、油浆、干气、液化气等产品。考虑到随着时间的推移，催化剂表面会积累碳以及其他杂质，影响催化活性和选择性，因此，为了保持装置的正常运行和产物的质量，催化剂需要进行再生。再生器是组成该装置中的重要部分，主要负责对失活的催化剂进行再生，以恢复其活性，工作原理是在高温、再生剂的双重作用下，使积碳以及杂质充分燃烧，恢复催化剂活性。再生器内设有主风分布管和旋风分离器，主风分布管的作用是均匀分布气体，促进气固相的良好接触，支撑整个催化剂床层，防止固体漏料；旋风分离器的作用是回收烟气中的催化剂粉尘。设计、操作再生器时，要考虑催化剂的再生效果、装置的稳定性和能耗等因素，一般情况下，大型装置通常采用连续循环再生的方式，以保持装置的连续生产。

2 DDC装置再生器跑剂的表现

再生器跑剂通常会有以下现象：（1）旋分压降波动。（2）两器藏量下降。（3）三级旋风分离器入口处催化剂粉尘浓度增加。（4）脱硫洗涤塔底浆液固体颗粒物增加等。

3 DDC装置再生器跑剂的原因

催化剂跑损包括非自然跑损、自然跑损。前者指的是由于设备发生故障、操作不科学，致使旋风分离器无法正常运行，进而导致催化剂跑损。后者则指的是设备正常运行、操作符合要求，但是由于系统内部直径在20μm以下的催化剂细粉量过多，超出旋风分离器所能处理的范围，使设备无法回收全部细粉，最终造成跑损。导致再生器出现跑剂问题的原因较多，例如，操作过程大幅度波动、旋风分离器故障、流化失常等，下文将逐一说明。

3.1 操作过程大幅度波动

分析处于运行状态的催化裂化装置能够发现，无论是频繁更改操作参数，还是操作不合理，均会影响混合物表现出的流化状态，致使催化剂受到剧烈冲击，缩短催化剂出现磨损的时间。其中，人员操作幅度过大，将增大床层线速的波动幅度，导致分离器入口线速、催化浓度超出规定范围，若不尽快解决该问题，不仅会影响分离器的运行效率，还会使催化剂出现跑损的情况。再生器藏量过低也会造成催化剂跑损，装置开工初期，由于旋风分离器料退未建立料封，分离效果不佳，再生器装剂的时候也会出现跑剂现象。

3.2 旋风分离器设计、安装不合理

旋风分离器是再生器内分离烟气与催化剂颗粒的核心设备，如果其设计、安装不符合标准和规范，如翼阀安装角度不当等问题，会导致分离效果不佳，出现较粗催化剂颗粒被烟气带出的情况，致使再生器跑剂现象的发生。

3.3 旋风分离器发生故障

实践经验表明，旋风分离器发生故障是造成再生器跑剂的一个主要原因。DDC装置中，旋风分离器主要用于气固分离，可利用离心力将颗粒从气体中分离出来，通过旋风管道将颗粒收集在底部的集料室中，并将干净的气体排出。该设备包括以下几部分：（1）进料管道，负责将气体引入设备。（2）旋风管道，气体在旋风管道中运动并产生离心力，使颗粒被分离出来。（3）集料室，位于设备底部，用于收集、存储分离出来的颗粒。（4）出口管道，位于设备顶部，负责排出干净的气体。

调查发现，市面上现有再生器均包含10～14组BY旋风分离器，可以及时、高效地分离烟气与催化剂颗粒。由于旋风分离器所处运行环境较为恶劣，烟气所含催化剂的浓度较大且温度偏高，长时间、不间断运行期间，催化剂颗粒摩擦及冲蚀、高温、机械载荷还有压力载荷的作用叠加，旋风分离器零部件发生故障的情况难以避免，常见的故障有料腿堵塞、翼阀失效、焊道开裂及断裂。分析跑剂现象可知，若导致问题出现的原因是料腿堵塞、焊道开裂或断裂，则事故不可逆，如果问题能够解决，说明旋风分离器并不存在以上故障。跑剂的原因可能是翼阀回位闭合不及时。这里要注意的是，翼阀极易被外界或是自身因素影响，进而出现卡涩的情况，但系统流化发生变化后，翼阀将在应力的作用下闭合，使得旋风分离器恢复稳定、高效的运行状态。

考虑到翼阀具备锁气排料的功能，若翼阀闭合不严，不仅会致使烟气反窜，再生系统内部催化剂被带出，严重时还会影响余锅系统和烟机的稳定运行。实践经验表明，以下3种情况均会影响翼阀的闭合：首先，旋风分离器衬里脱落并卡住阀板，此时，即使闭合翼阀，阀板仍然有一定的开度；其次，阀板、吊环受力卡塞，使得翼阀无法顺利启闭；最后，设备局部存在流化异常情况，致使翼阀出现卡塞问题。

3.4 原料油性质不佳

若原料油性质变化过于频繁，过于剧烈，则会使整个操作发生变化而不平稳，对降低催化剂损耗极为不利，原料油性质不佳，如重金属含量过高等也会影响催化剂性能，加剧催化剂的磨损。原料油带水，水在反应器内气化，高温蒸汽破坏催化剂颗粒内部的孔结构，使催化剂热崩，也可导致催化剂跑损。

3.5 催化剂性能不理想

催化剂的粒度分布主要是反应催化剂不同粒径占总数的比例值，它是催化剂性能参数的一项重要指标，该指标可以反映出在生产中催化剂的磨损程度和催化剂在高温条件下的强度，通过不同粒度的分布也可以反映出催化剂床层流化性能的好坏。表1为某石化公司正常生产期间再生器平衡剂粒度分布。

表1 平衡剂粒度分布

从表1中得知，再生器中催化剂粒度分布≤20μm的极少，也就是旋风分离器基本无法回收≤20μm的催化剂，即如果催化剂细粉颗粒过多，会造成催化剂跑损严重。

3.6 流化失常

如果再生器的床层偏流，旋风分离器运行效果不理想，同样会造成催化剂跑损。另外，该情况还会影响床层料位的均匀程度，导致旋风分离器自带防倒锥暴露在外，增加烟气反窜还有催化剂跑损的可能性。事实证明，影响床层流化质量的因素主要包括。（1）大孔分布板、主风分布管的状态；（2）再生器的主风量；（3）床层料位；（4）催化剂的性能。

平衡剂的粒度分布与催化剂选择性及活性、系统流化情况密切相关，并直接影响床层密度、催化剂循环量还有跑损量。因此，要想使催化剂表现出理想的流化性，关键要保证平衡剂中，粒度在0～40μm的颗粒占比不超过25%。另外，系统内部粗颗粒、细颗粒的占比还和平衡剂所具有流化性密切相关，无论是粗颗粒增多还是细颗粒减少，均会给平衡剂性能造成不良影响，进而导致装置无法稳定、高效地运行。考虑到常规旋风分离器难以做到有效回收20μm以下颗粒，因此，要想使催化剂系统始终处于正常流化状态，关键是要全方位分析平衡剂的情况，补充适量的新鲜剂，确保细颗粒占比符合要求。除此之外，还要注意一点，即细颗粒损失会产生大量泥浆、粉尘，不仅会增加固体废弃物处理量，还会导致现场环境被污染。同时，泥浆、粉尘的出现，还会致使系统内部形成大量沉淀，一旦系统管线被沉淀物堵塞，装置便无法正常运行。

4 DDC再生器跑剂问题的解决方案

4.1 预防措施及解决办法

为了避免出现催化剂跑损的问题，应做到以下几个方面：（1）使用符合设计要求的旋风分离器，并严格按照安装要求规范安装相关部件；（2）装置开工初期，再生器开始装催化剂时速度要快，使旋风分离器尽快正常工作，减少催化剂跑损；（3）日常工作中，操作人员应做到科学、精细的操作，确保装置始终处于平稳运行状态，对再生温度、压力、再生时间等参数进行优化调整，避免过高的温度和过长的再生时间，减少催化剂跑损；（4）原料油性质变化要加强关注，尽量使用重金属含量低的原料，并及时做好原料脱水工作，使用耐磨性能好、抗金属污染能力强和水热稳定性好的催化剂；（5）适当使用金属钝化剂，减少重金属对催化剂的污染，延长催化剂的使用寿命；（6）实时监控、定期分析再生器中细粉的组分，在发现异常的第一时间判断导致问题出现的原因，对后续操作方案加以调整；（7）重点关注再生器的藏量、入口处的粉尘浓度及其他设备相关参数，如果设备出现大量跑剂的情况，操作人员应根据事故预案所提供方法，对处理量、主风量还有催化剂循环量加以调整，改变催化剂流化状态，为装置恢复理想运行状态提供先决条件；（8）跑剂时，应酌情调整细粉罐的卸剂次数及频率，即要避免入口处粉尘浓度超出允许范围，导致烟机非计划停机和环境污染事件的发生，还要确保废剂罐料位始终维持在较低水平，为旋风分离器稳定运行提供保障；（9）在下次大规模检修时，认真检查并且修复设备零部件，做好清焦工作，以确保装置能够长时间、不间断运行。

4.2 注意事项

DDC装置在生产期间，催化剂会因为长期使用、高温氧化、重金属污染等因素，逐渐失去活性，导致工艺效率、产品质量下降。日常工作中，操作人员应注意以下几点：（1）定期卸出再生器中的废催化剂，减少碳积物和杂质，并及时补充新鲜催化剂，以保持催化剂的活性还有稳定性。（2）确保再生器操作温度、压力和藏量等参数处于适宜的范围，避免对催化剂造成损害。（3）根据原料性质、废催化剂表现出的特点，选择合适的催化剂，避免使用有害或不适合的催化剂。（4）定期检测再生器的催化剂中的组分和浓度，了解再生效果，及时采取措施调整操作。（5）过热、过压均有可能造成催化剂的损坏，因此，要时刻关注再生器的温度和压力，确保其处于安全范围内。（6）停机、运行转换时，注意逐步调整温度以及压力，避免由于温度、压力在短时间内发生明显变化，导致催化剂损伤。（7）如实记录再生情况，包括温度、压力和再生时间等，以便于分析、调整再生过程。（8）根据催化剂的寿命和再生效果，制定合理的再生计划，提高催化剂再生的效率。（9）定期对催化剂进行物化性能的检测和分析，了解变化状况，为再生提供科学依据。

5 结语

通过分析可知，一般情况下，DDC再生器出现催化剂大量跑损则属于非自然跑损，问题成因包括：（1）操作过程大幅度波动。（2）旋风分离器设计、安装不合理。（3）旋风分离器发生故障（如衬里脱落卡住阀板/阀板及吊环卡塞/流化异常），致使翼阀无法灵活启闭、及时闭合，大量含催化剂的烟气反窜，导致催化剂跑损，使得装置可靠性、安全性受到影响。（4）原料油性质不佳。（5）催化剂性能不理想。（6）流化失常等。要想尽量避免跑剂问题出现，关键是要确保操作平稳、科学且合理，选择符合操作条件的旋风分离器，使用性能理想的催化剂和原料油，定期检查旋风分离器等核心设备，维修或是替换出现故障的零部件，只有这样，才能将跑剂问题的发生率降至最低，并保证催化裂解装置发挥出应有作用。