催化剂跑损原因众多, 方式不同。开工过程和突发事故时发生的催化剂跑损, 时间短, 偶发性强, 不具有催化剂跑损问题代表性, 催化剂跑损主要是长周期运行累积跑损所致。本文只分析正常生产过程中催化剂跑损原因。

正常生产时, 通过反应器和再生器催化剂总藏量的变化和补剂量判断催化剂跑损。催化剂出了反应器和再生器就属于跑损, 后续三旋系统作用只是截留从反应器和再生器跑出的催化剂, 其运行状态好坏与催化剂跑损没有直接关联。所以, 催化剂跑损是由于反应-再生系统旋风分离器运行状况、催化剂磨损指数和催化剂运行中热崩等因素所致。

以反应器一级、二级旋风分离系统为分析对象, 根据装置DCS在线仪表值计算反应器催化剂跑损量。反应器催化剂跑损量计算公式:

m_入=A× u× ρ (1)

式中, A为反应一级旋风分离系统入口截面积, 5.126 4 m²; u为反应一级旋风分离系统线速, 21.16 m· s^-1; ρ 为稀相催化剂浓度在线值, DCS显示值, 315.45 mg· m^-3。

将数值代入式(1)计算出反应器催化剂跑损量为123.2 kg· h^-1。

再生器催化剂跑损量计算公式:

m_跑损=A_出× u_出× ρ _出(2)

式中, A_出为产品气出口管线截面积, 由管径计算可得, 0.96 m²; u_出为出口线速, 需要校正计算得出, 20.71 m· s^-1; ρ _出为出口催化剂浓度, DCS显示值, 280.47 mg· m^-3。

将数值代入式(2)计算出再生器催化剂跑损量为20.1 kg· h^-1。

反应器和再生器催化剂跑损总量为143.3 kg· h^-1, 比装置实际催化剂跑损量偏大约1倍, 主要原因是装置DCS产品气和烟气出口催化剂浓度表值不准确, 导致计算偏差大, 这两块表经过多次校正和简单的扩量程处理, 但仍存在问题, 后期会进一步处理, 以求得到真实计算结果。

稀相密度值作为工艺人员判断催化剂跑损的重要参数, 认为稀相密度高, 催化剂跑损大。如此判断存在误区, 首先, 稀相密度一定程度上与藏量和线速相关, 藏量低和线速大则稀相密度偏大; 其次, 稀相密度视催化剂种类而定。稀相密度可以看作是流化过程中的一个动态平衡值, 由于催化剂自身有一定的粒度分布, 而且流化过程中由于磨损也会产生较小的催化剂细粉。旋风分离器对催化剂粒度有一定要求, 粒度较小的部分催化剂经旋风分离器分离后最终汇集于稀相。循环往复过程中形成一个动态平衡值。可由m_i× δ _i(粒度为i的催化剂跑损量)简单描述此过程中催化剂跑损量, 其中, m_i为单位时间内粒度为i的催化剂进入旋风分离器的质量, δ _i为粒度为i的催化剂经旋风分离器分离后跑损概率。

单位时间内催化剂跑损量为:m=∑ (m_i× δ _i)

稀相密度可近似表示为:ρ =∑ m_i÷ Q_v

式中, Q_v为反应器或再生器稀相段实际气体流量, m³· h^-1。

m∑mi= ∑(mi÷δi)ρ×Qv≈ 旋风分离器出口密度旋风分离器入口密度

若将 m∑mi看成催化剂整体的跑损概率, 则以此可以判断稀相催化剂的大体粒度分布及旋风分离器的分离效率(1- 旋风分离器出口密度旋风分离器入口密度)。

对稀相密度和催化剂跑损量之间不同情况进行分类讨论:

(1) 稀相密度较大, 催化剂跑损量正常。催化剂粒度分布中较小颗粒占比较大, 同时催化剂磨损指数较小会出现这种情况。

(2) 稀相密度大, 催化剂跑损量大。这种情况应该是操作中某些参数不当所致, 从操作层面可以降低催化剂跑损量。

(3) 稀相密度正常或是较小, 催化剂跑损量正常, 这种情况是理想工况条件。

(4) 稀相密度正常, 催化剂跑损量大。出现这种工况可加样分析三旋催化剂粒度, 若是三旋催化剂粒度分析正常, 则是催化剂自身磨损指数较大或是工艺进料中某些组分导致催化剂崩解; 若三旋催化剂粒度分析不合格, 基本可以确定旋风分离器防倒锥或翼阀故障所致。

装置运行一年, 催化剂跑损量大时, 每天约2 t, 催化剂剂耗为每吨甲醇约消耗0.365 kg催化剂。经过不断摸索总结最终将催化剂跑损量控制到每天小于1.5 t, 催化剂剂耗控制在小于0.24 kg, 与设计剂耗0.222 kg相差不远, 虽仍有调整潜力, 但受限于装置高负荷运行, 调整潜力不大。

预防催化剂跑损的建议:(1) 催化剂跑损分析要分周期进行, 以10天或半个月为一个周期, 做好催化剂剂耗分析总结; (2) 一个周期内控制催化剂剂耗, 保证生产平稳, 工艺上不做大的调整; (3) 对催化剂剂耗要有一个明确的指标, 并朝这个目标努力; (4) 催化剂跑损主要是从反应方向跑损, 从停工检修期间得到的数据分析, 超过85%的催化剂从反应方向跑损。一定范围内提高反应压力和控制反应一旋线速对控制催化剂剂耗意义重大。