2.6 Mt_a催化裂化烟机运行效率影响因素及优化措施.pdf

某公司 2.6 Mt/a 催化裂化装置主风机组由主风机、烟气轮机、电机组成，其中烟气轮机的主要作用是将高温烟气的压力能与热能转化为机械能，驱动主风机运转，以实现主风机向再生系统供风烧焦的目的。在实际运行过程中，烟气轮机运行效率受多种因素影响，导致烟机运行效率下降，电机电流进一步增大，这极大的增加了装置电耗。1工艺流程简述能量回收系统见图 员，再生器顶的高温烟气经烟道首先进入三级旋风分离器，从中分离出大部分细粉催化裂化烟机运行效率影响因素及优化措施孙博文，陈银平，王立娟，马超（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川750026）摘要 本文主要介绍 2.6 Mt/a 催化裂化烟机运行现状，并对烟机运行效率的影响因素和作用方式进行具体说明，通过对烟机运行效率低的原因进行分析，对造成烟机运行效率低的因素制定相应措施，进而做到在现有工况下烟机最优化运行，实现催化裂化装置节能目标，满足催化裂化装置长周期运行需求。关键词 烟机运行效率；影响因素中图分类号 TE966文献标识码 A文章编号 1673-5285（2023）09-0107-05DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.20圆3.09.021*收稿日期：圆园23原06-21作者简介：孙博文（1992），男，高级工程师，主要从事石油化工生产与工艺技术管理工作。耘-mail：2.6 Mt/a catalytic cracker operating efficiency influencingfactors and optimization measuresSUN Bowen，CHEN Yinping，WANG Lijuan，MA Chao（PetroChina Ningxia Petrochemical Company，Yinchuan Ningxia 750026，China）Abstract This paper mainly introduces the operating status of 2.6 Mt/a catalytic cracker,and specifically explains the factors affecting the operating efficiency of the cracker and themode of action.By analyzing the reasons for the low operating efficiency of the cracker,cor原responding measures are formulated for the factors causing the low operating efficiency of thecracker,so as to optimize the operation of the cracker under the current working conditionsand achieve the energy-saving goal of the cracker.Meet the long cycle operation require原ments of catalytic cracking unit.Keywords operation efficiency of tobacco machine；influencing factors石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 9 期2023 年 9 月Vol.42 No.9Sept.2023催化剂，使进入烟气轮机的烟气中催化剂含量降到0.15 g/m3以下，大于 10 滋m 的催化剂颗粒基本除去，以保证烟气轮机叶片长期运转。净化的烟气从三级旋风分离器出来分为两路：一路经切断蝶阀和调节蝶阀轴向进入烟气轮机膨胀做功，驱动主风机回收烟气中的压力能，与另一路经双动滑阀调节放空的烟气汇合后进入 CO 焚烧炉进一步回收烟气的燃烧热和显热。在烟气轮机前的水平管道上装有高温切断蝶阀及高温调节蝶阀，高温切断蝶阀是在事故状态下紧急切断烟气之用。在正常运行时，再生器顶压力由双动滑阀控制，在保证双动滑阀小开度平稳再生压力的前提下，尽量开大烟机入口蝶阀，使烟气进烟机做功，实现烟气能量最大化回收利用。2烟机运行效率影响因素2.1烟机结垢2.1.1原料的金属含量原料中的重金属有 Na、Ca、V、Fe 等，在催化裂化反应过程中，重金属会黏附在催化剂上带至再生系统，在高温烧焦后，烟气通过旋风分离器分离催化剂后进入烟机做功，但旋风分离器对小颗粒催化剂分离效率不高，这部分催化剂会携带重金属进入烟机，当催化剂上携带重金属质量分数增加到一定程度，在高温作用下会在烟机叶片形成低熔点共晶体，加速叶片结垢1。2.1.2催化剂细粉量催化剂细粉高温静电作用下会黏附在烟机叶片上，在三级旋风分离器出口设置催化剂粉尘监控，控制烟气中细粉指标不大于 0.15 g/m3，10 滋m以上颗粒含量不大于 3%，以此来延缓烟机结垢问题。但催化剂在高温烧焦过程中受高温热碰撞和高温水蒸气作用，会在再生器内发生热崩破裂，催化剂细粉含量增多，同时，为保证催化剂活性，再生器定期补充新催化剂，新催化剂存在大量棱角和尖角2，在再生器内会碰撞磨损为细粉，再生器顶旋风分离器对细粉回收效率低，从而造成大量细粉进入烟机，加速烟机结垢。2.2低负荷运行受装置加工负荷降低和汽油产品升级影响，再生器生焦量下降，再生烟气量降低，烟机入口蝶阀开度过小，烟机运行效率降低，主风机电耗增加，经济性下降。表 1能量回收系统烟机运行参数对比对烟机设计工况与实际工况进行对比，在低负荷下烟机进出口温差变小，烟机实际功率与设计工况输出功率偏差过大，主风机电耗增加。2.3烟机背压升高在 2.6 Mt/a 催化裂化装置原始设计中，再生烟气经过能量回收系统与 CO 焚烧炉回收余热后直接排大气，但在随后的生产运行中，为降低催化裂化再生烟气中二氧化硫及颗粒物的含量，满足 GB 162971996大气污染物综合排放标准 排放要求新建烟气脱硫装置。为降低催化裂化再生烟气中氮氧化物的含量，满足GB 315702015 石油炼制工业污染物排放标准 的排放标准，对催化装置增设烟气脱硝设施，同时对 CO 焚烧炉进行相应配套改造，以达环保要求。但在实际生产中，采用 SCR 脱硝模块控制烟气中的 NOx时，SCR 模块喷氨后产生的副反应易导致锅炉铵盐结晶，黏附在喷氨模块和省煤器上使烟气流通通道减少，烟气流速进一步降低，CO 焚烧炉炉膛压力上涨，烟机出口背压图 1烟气能量回收流程图项目设计工况实际工况偏差入口压力/kPa366205-161出口压力/kPa9.694.87-4.82入口温度/益700698-2出口温度/益47952243烟气流量/（m3/min）4 8004 008-792再生压力/kPa275248-27输出功率/kW24 94519 893-5 052电机功率/kW25 00032 9007 900石油化工应用2023 年第 42 卷双动滑阀降压孔板室水封罐烟囱再生器三旋四旋临界喷嘴水封罐烟机入口蝶阀烟机入口调节蝶阀烟机-主风机锅炉108图 3催化剂污染指数进一步上涨，烟机做功效率明显下降。3烟机运行效率优化分析3.1烟机结垢33.1.1催化剂携带重金属量在原料与催化剂接触反应时，原料中的重金属会黏附在催化剂表面，从而造成催化剂中毒失活，影响产品分布及产品质量，在日常生产中，对原料重金属污染指数与催化剂污染指数进行监测。从图 2 可以看出，催化原料中重金属含量相对稳定，基本保持在 30耀40，这也表明原料中携带的重金属在现有工艺条件下基本保持稳定状态，若出现烟机结垢加速问题，应排除原料中重金属质量分数上升的影响因素，对再生催化剂上重金属含量进行监测。从图 3 可以看出，催化剂污染指数呈上升趋势，这表明原料中的重金属在催化剂表面黏附时质量分数不断增大，为防止重金属引起催化剂失活，在操作上通过增加钝化剂来减轻重金属对产品分布及产品质量的影响。但催化剂上重金属含量的增多，也会导致携带进入烟机的重金属含量增加，通过增加催化剂置换率，将重金属含量高的催化剂卸出系统，补充新鲜催化剂来降低系统中催化剂重金属含量，从而减轻催化剂上重金属对烟机效率的影响。3.1.2细粉产生及催化剂跑损反再系统操作条件发生大幅度变化，极易出现烟气尾燃超温现象，为防止烟气管道超温，烟气管线上设有喷水或喷蒸汽设施用于在特殊情况下通过喷入水或蒸汽降温，这势必会使催化剂热崩产生大量细粉，在粉尘含量超标的情况下烟机结垢加速，在三级旋风分离器入口设置烟气颗粒物监测，当发生催化剂突发性跑损或三级旋风分离器出口烟气粉尘超标时，要及时调整操作，关小烟机入口蝶阀开度，减小烟机做功，必要时切除烟气轮机，避免烟机结垢。从表 2 观察，催化剂粒度分布无明显变化，20 滋m以下含量保持在 2.0%以下，40 滋m 以下细粉保持在20.0%以下，反再系统操作平稳，再生器顶旋风分离器与三级旋风分离器运行正常。3.2低负荷运行装置在低负荷状态下运行，为保证再生压力可控，势必要保证双动滑阀留有一定的开度，在此前提下，开大烟机入口蝶阀以提高烟机运行效率。但在实际运行过程中，可以考虑降低再生压力，提高烟机入口压力来提升烟机效率。由于再生压力由烟机入口蝶阀控制，提高再生压力后，烟机入口蝶阀开度关小，蝶阀压降上图 2催化原料重金属污染指数4540353025201510506000500040003000200010000孙博文等2.6 Mt/a 催化裂化烟机运行效率影响因素及优化措施第 9 期109样品编号0耀20 滋m20耀40 滋m40耀60 滋m60耀80 滋m80耀110 滋m跃111 滋m流动指数%（v/v）%（v/v）%（v/v）%（v/v）%（v/v）%（v/v）逸22023/2/141.518.027.821.217.613.94.512023/2/211.517.827.521.117.714.44.512023/2/281.517.727.420.917.614.94.512023/3/141.718.326.920.017.016.14.512023/3/211.517.026.320.317.917.04.512023/3/281.715.924.019.318.620.54.512023/4/61.616.826.020.317.917.44.512023/4/111.717.926.419.817.416.84.512023/4/251.75.923.819.319.020.34.51表 2催化剂粒度分布升，烟机入口压力反而下降，从而导致主风机组电耗上升。而在一定操作范围内降低再生压力，烟机入口蝶阀开大，蝶阀压力降下降，反而可以提高烟机入口压力4。将再生压力进行多次调整，在将再生压力降低 12 kPa时，对调整前后的参数进行对比。表 3反再系统压力优化对比从表 3 可以看出，烟机入口蝶阀开度增加 5.5%阀位，烟机入口压力增加 18 kPa。3.3烟机背压烟机背压升高主要受 SCR 脱硝模块影响，在控制烟气中 NOx含量时，喷氨易产生副反应生成铵盐结晶，黏附在喷氨模块或省煤器管线上降低烟气流速，在低流速下烟气中携带的细粉会在喷氨模块及省煤段沉积，进一步减少烟气流通通道，造成 CO 焚烧炉炉膛压力升高。通过对 CO 焚烧炉炉膛压力监控，炉膛压力在运行过程中逐渐升高，炉膛压力的升高势必会造成烟机出口背压增加，烟机做功效率降低，主风机耗电增加。为减缓铵盐结晶及炉膛积灰，在操作上增加炉膛击波吹灰频次，尽可能将催化剂细粉带出锅炉，同时，控制喷氨量，减少过量氨进入系统形成铵盐结晶。但铵盐结晶是不可逆的，采用在线水洗将黏附在模块和翅片管上的铵盐用水溶解带出锅炉可有效降低锅炉炉膛压力。4烟机运行措施效果评价4.1烟机结垢措施评价催化剂上重金属含量增多，导致携带进入烟机的重金属含量增加，通过增加催化剂置换率，控制再生系统催化剂上重金属含量。同时，在日常操作中，平稳再生压力，避免再生器超温、大量蒸汽进入再生器引起的催化剂水热失活产生细粉，监控三级旋风分离器出口颗粒物浓度使其保持稳定，出现波动时及时关小烟机入口蝶阀。通过对催化剂重金属含量、再生操作的优化控制，烟机进气侧轴振动稳定在 35耀42 滋m，烟机振值无大波动和上涨趋势，有效延长了烟机的运行时间。4.2低负荷优化措施评价在低负荷下，适当降低再生压力，可以开大烟机入口蝶阀开度，提高烟机入口压力。表 4优化前后烟机运行参数对比从表 4 可知，在低负荷下对再生系统进行优化控制，烟机实际功率提升了 904 kW，主风机电流下降 11 A。项目优化前优化后偏差反应压力/kPa21620412再生压力/kPa24823612烟机入口蝶阀阀位/%25.5315.5烟机入口压力/kPa20522318烟气流量/（m3/min）4 0084 0080项目优化前优化后偏差入口压力/kPa20522318出口压力/kPa4.874.870入口温度/益6986980出口温度/益522514-8烟气流量/（m3/min）4 0084 0080烟机入口蝶阀阀位/%25.531.05.5再生压力/kPa248236-12电机电流/A335324-11烟机功率/kW19 89320 797904石油化工应用2023 年第 42 卷110CO2催化加氢制甲酸盐研究获进展近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会、副研究员于良团队在二氧化碳（CO2）催化加氢制甲酸盐研究中取得新进展。团队发现了富含边结构的二维硫化钼（ER-MoS2）可以高效、高稳定地催化二氧化碳加氢制备甲酸盐，并提出了一种新型的水介导二氧化碳高选择性加氢机理。二氧化碳加氢制备甲酸盐是二氧化碳资源化利用的重要途径之一。然而，该反应通常需要稀缺贵金属基催化剂来达到高的反应效率，限制了该反应的应用。而开发高效的非贵金属催化剂是该反应能够规模化应用的重要前提，但是非贵金属催化剂面临活性低和稳定性差的双重挑战。二硫化钼被誉为“固体润滑油之王”，也可作为一些化学反应的催化剂，邓德会团队前期在调控二硫化钼的催化活性与选择性上取得了系列进展。在此基础上，团队发现了 ER-MoS2可以高效催化二氧化碳加氢到甲酸盐，在 200 益下生成甲酸盐的选择性高于 99%，反应的转换频率达到了 780.7 h-1。实验表征结合理论计算显示，ER-MoS2催化二氧化碳加氢到甲酸盐的活性位为 MoS2边缘的硫空位，甲酸盐的选择性生成是通过了一种新型的水介导二氧化碳加氢机理，有望为MoS2基催化剂在加氢反应中的应用提供新思路。（摘自 中国化工报 2023-09-20）孙博文等2.6 Mt/a 催化裂化烟机运行效率影响因素及优化措施第 9 期4.3烟机降背压措施评价因 SCR 脱硝模块的存在，喷氨后铵盐结晶在省煤段翅片管黏附，导致烟气流通通道变窄，烟气流速降低，烟机背压升高。因铵盐极易溶于水，通过在线水洗将黏附在省煤段翅片管上的铵盐带出炉膛，降低炉膛压力，降低烟机出口背压。炉膛压力在运行两周后达到 5 000 Pa 以上，此时炉膛压力达到极限值，烟机背压增加，及时采用在线水洗将锅炉省煤段黏附铵盐溶解于水并带出锅炉，炉膛压力再次下降至 4 100 Pa，观察主风机电流从 342 A逐步下降至 297 A，主风机功耗明显下降，烟机功率相应提升。5总结从以上的分析及措施可以看出，提高烟机运行效率必须做好以下工作：（1）烟机结垢不仅会使烟机振动增加，降低烟机运行效率，同时，会影响烟机长周期运行，增加烟机运行风险。通过对烟机结垢因素分析，在日常操作中，平稳再生压力，防止再生器超温，关注催化剂重金属含量与催化剂水热失活，避免大量细粉携带重金属进入烟机可有效缓解烟机结垢问题。（2）在装置低负荷运行时，考虑适当降低再生压力，提高烟机入口压力，开大烟机入口蝶阀开度，可有效提升烟机运行效率。（3）因锅炉 SCR 脱硝模块铵盐结晶问题，烟机背压逐步升高，这也导致烟机运行效率降低，在现有条件下，通过击波吹灰、蒸汽吹灰、在线水洗等手段及时将积灰与铵盐带出炉膛，保证烟机背压平稳，可有效提升烟机运行效率，降低主风机功耗。参考文献：1 谭争国，高雄厚，李荻，等援催化裂化装置中旋风分离器和烟气轮机催化剂粘连结垢原因分析 J 援石油炼制与化工，2010，41（4）：40-43援2 屈世栋，汤仕英.烟机结垢及腐蚀的原因分析及对策 J 援全面腐蚀控制，2015，圆怨（4）：源愿-缘员援3 李双平援催化裂化烟机结垢原因分析及对策 允 援炼油技术与工程，2012，42（10）：41-44援4 吴章柱，吴乙博，鲁维轩，等.猿援缘 Mt/a 重油催化裂化装置低主风量工况能量回收系统优化 J 援 炼油技术与工程，2022，52（12）：缘源原缘苑援111