中国石化催化剂有限公司长岭分公司的转产频次为2~3天, 甚至出现仅生产1天就转产的情况。频繁转产除了给生产组织带来不便以外, 还可能造成以下两方面的影响:(1)转产时停料、切水进行系统清洗置换(特别是前后两批次产品组成或物性差别较大时), 损失系统中剩余的胶体物料, 在无产品产出的情况下消耗大量水、电、气等能源; (2)转产时不清洗系统或短时间进水清洗(~30 min), 由于前后两批物料性质的差异, 造成转产初始2~3个班次的产品质量不稳定。

催化剂厂在生产中, 为确保年度产能、减少资源损失和能耗等, 通常会尽量避免上述第(1)种情况, 接受第(2)种情况带来的负面影响。

中型试验在中国石化石油化工科学研究院装置上进行, 对比样品的稀土含量差别显著(HRY-C投料的RE₂O₃质量分数为6.05%, PSRY-C投料RE₂O₃含量为0)。两个样品各制备干基5 kg, 胶体浆料质量约20 kg, 喷雾进料时间(15~20) min。

2.2 转产初始阶段催化剂掺混情况

PSRY-C胶体进料后, 收集(0~5) min(PSRY-C1)、(6~7) min(PSRY-C2)和(8~15) min(PSRY-C3)样品, 称重并测定稀土含量, 考察高稀土样品HRY-C在系统中的残余物料对后一样品的掺混影响, 结果如图1所示。

图1

Figure 1

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	图1 产品切换后不同采样阶段稀土含量对比Figure 1 Changes of rare earth content after product shift

由图1可知, 经过10 min的进水清洗(水量与喷雾胶体量相当), 切换后PSRY-C样品中仍检测到稀土元素, 初始阶段稀土质量分数较高为2.20%。按RE₂O₃含量计算, PSRY-C1中约掺混有30%以上的HRY-C, PSRY-C2中掺混的HRY-C组分接近10%, 二者占PSRY-C总收率的39%。可见, 转产初始阶段前后产品的掺混“ 污染” 非常明显。同一样品生产持续时间越长, 掺混样品所占比例将越低。

催化剂厂为确保产能, 减少资源损耗和能耗, 在转产过程中通常会避免长时间的系统清洗。只有在生产某些组成或物性与前一批次有显著差别的产品时, 才会进行约8 h的进水清洗(由于催化剂胶体粘度较大, 很难彻底清洁系统)。表1为C催化剂车间切水清洗系统时的能耗统计。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 C生产车间喷水清洗半小时能耗统计 Table 1 Energy consumption of half an hour water cleaning in workshop C 项目 水/t 甲烷/m3 电/kW· h 用量 14 416 680

表1 C生产车间喷水清洗半小时能耗统计 Table 1 Energy consumption of half an hour water cleaning in workshop C

由表1可知, 按每年切换近100次每次转产进行8 h切水清洗推算, C车间每年因转产损失水22.4 kt、甲烷6.66× 10⁵ m³、电1.09× 10⁶kW· h, 且未计入清洗过程中的胶体物料损失。按当前市场价估算, 仅能耗损失就达约270万元。此外, 按耗费工时合计, 约损失10%的产能, 每年减产约2 kt, 折合产值约4 000万元。根据上述数据和计算方法, 按产能线性加和计算, 则现有三条FCC催化剂生产线每年转产造成的能耗和产能损失约700万元和5 kt(产值1亿元)。采用混仓生产模式后, 预计每年转产控制在50次左右, 能耗和产能损失将大幅降低。另据估算, 混仓生产每年还可节约当前生产模式下因二次调混而产生的包装及拆卸费用近1 000万元。此外, 降低人工成本及提高生产组织效率等还会间接增加经济效益。

催化剂厂在实际生产中通常简化上述操作, 将清洗时间压缩在30 min以内。由于胶体物料交叉掺混, 需要面对转产初期明显的产品质量波动。

图2为催化剂A、B生产班样中特征元素的质量分数。由图2可知, 在10个A生产班次中, 初始2个班次和最后1班样品中特征元素(Fe₂O₃)质量分数与理论值差距较大, 由于前后两批次样品中均不加入Fe, 因而Fe₂O₃质量分数总先增加后降低; 在14个B生产班次中, 由于前后两批产品中RE₂O₃质量分数高达5%, 生产初期与后期样品中RE₂O₃质量分数较高, 随着生产过程中的不断调节, RE₂O₃质量分数先降低后增加。一般而言, 每次转产造成至少2~3个班样的产品性质波动较大; 通过适度放宽质量指标和进行小型调混能在一定程度上降低产品不合格率, 但对催化剂性能的影响是不可回避的。

图2

Figure 2

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	图2 典型生产班样质量(化学组成)波动Figure 2 Typical fluctuation of product quality (chemical compositions)

生产周期越长, 转产造成的不合格批次所占率越低。从C车间年度报表中的产品批次合格率来看, 长周期(连续生产≥ 7天)产品的合格率约99.0%, 明显高于车间年度平均合格率96.5%。

根据上述分析可以推断, 新建50 kt· a^-1生产线采用混仓生产模式后, 基础剂的生产周期均在7天以上, 产品不合格率有望由目前的3.5%降低到1%左右, 产品质量的稳定性得到明显改善。

(1) 在现有裂化催化剂生产模式下, 频繁转产不仅影响生产效率, 也造成资源与能源损失及产品质量波动等。

(2) 中型试验初步说明生产切换中系统清洗造成物料和能量损耗, 以及物料掺混情况; 工业生产统计数据进一步表明, 混仓技术实现的长周期(≥ 7天)生产模式, 不仅可减少因频繁转产造成的资源和能源损耗, 还有望将产品不合格率由约3.5%降低到1%。

(3) 在新生产线规划建设中, 有必要采用基础剂混仓生产模式, 以实现的较长周期连续生产, 减少转产损失, 提高生产效率和产品质量, 同时加快对市场需求的响应。