優(yōu)化擇形裝置生產(chǎn)流程實現(xiàn)節(jié)能降耗

趙亮，王鵬

（蘭州石化公司催化劑廠，甘肅 蘭州 730060）

擇形分子篩具有硅鋁比高、穩(wěn)定性及擇形性能好等優(yōu)點，在催化裂化催化劑中起到非常重要的作用。ZSM系列沸石分子篩1965年由美國 Mobil公司研發(fā)[1]。ZSM分子篩孔徑主要分布0.55 nm左右，具有水熱穩(wěn)定性較高、比表面積大、催化性能優(yōu)良等優(yōu)點，但因其較小的孔徑使大分子的擴散受到抑制，影響其催化效率，因此許多研究人員通過在分子篩上引入介孔模板劑形成多級孔沸石分子篩，使其具有更好的催化活性、選擇性、穩(wěn)定性能[2-5]。

ZSM-5分子篩實驗室的合成方法主要有水熱合成法、無模板劑合成法、微波合成法、干凝膠合成法、無溶劑合成法等。工業(yè)上主要使用水熱合成法制備ZSM-5分子篩，其優(yōu)點是應(yīng)用廣泛、操作簡單，但需使用大量溶劑和模板劑，對環(huán)保的要求較高。原油的下游產(chǎn)品乙烯和丙烯等低碳烯烴已成為現(xiàn)代化工的基礎(chǔ)，“控油增化”已經(jīng)成為各大煉廠今后發(fā)展的趨勢。ZSM-5擇形分子篩作為FCC催化劑中的助劑，因其特殊的孔結(jié)構(gòu)和酸度，可有效增加汽油高辛烷值組分，是提高低碳烯烴收率的關(guān)鍵組分[6-11]。

工業(yè)上合成后的擇形分子篩需要通過交換和過濾來去除結(jié)構(gòu)中的鈉離子。通過對擇形分子篩的改性，保證了擇型分子篩具有良好的催化活性和穩(wěn)定性。催化劑廠擇形裝置整體產(chǎn)能較小，水耗和能耗偏高。在不影響產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下，對裝置流程進行優(yōu)化，采取節(jié)能降耗措施以降低生產(chǎn)成本。

1 裝置能耗

裝置用水主要有各類機泵冷卻水、水環(huán)真空泵循環(huán)水、成膠用水、濾機洗布水等。車間天然氣消耗主要用于加熱爐燃燒。 蒸汽消耗主要用于濾機洗滌水和交換罐升溫。電消耗主要用于各類機泵、風(fēng)機、儲罐機攪和塔攪拌等。為了降低裝置生產(chǎn)能耗，將根據(jù)裝置現(xiàn)狀和產(chǎn)品特點對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化。通過降低各種動力能源的消耗，實現(xiàn)裝置經(jīng)濟水平的提升。

2 優(yōu)化生產(chǎn)流程措施

2.1 成膠反應(yīng)釜出水流程完善

催化劑廠擇形裝置成膠系統(tǒng)反應(yīng)釜有兩部分出水，第一股是中壓蒸汽通過夾套升溫后的出口蒸汽，經(jīng)過集水罐后變?yōu)槔淠?，再排入明溝；第二股是反?yīng)釜機攪運行時，軸封內(nèi)要通過濾水進行冷卻，冷卻后的過濾水直接排入明溝。最后明溝的水進入催化劑廠污水處理系統(tǒng)。

兩股水直接排入明溝，沒有回用流程，水資源白白浪費，增加了裝置生產(chǎn)的總成本和綜合能耗。車間對兩股水出水流程進行優(yōu)化， 將反應(yīng)釜軸封冷卻水和反應(yīng)釜夾套出口蒸汽通過新配流程引入到裝置閑置舊儲罐E-a、E-b中，將收集的水通過離心泵輸送至后改性系統(tǒng)，用于擇形分子篩后改性的生產(chǎn)。改造后流程如圖1所示。改造后用水總量對比如表1所示。通過比較數(shù)據(jù)可以看出，改造后比去年用水單耗降低了近30%。

圖1 改造后反應(yīng)釜出水流程圖

表1 水耗對比

2.2 后改性流程優(yōu)化

擇形分子篩粒度小，質(zhì)量輕，在經(jīng)過低溫干燥和焙燒時，部分被蒸汽和廢氣帶走的細粉會積聚在焙燒爐吹掃氣管線中，經(jīng)常堵塞管線，需要停工處理，處理難度大。 并且物料經(jīng)過閃蒸干燥系統(tǒng)，若物料發(fā)生觸變，則會堵塞閃蒸塔，造成生產(chǎn)中斷，不僅增大了崗位人員的勞動強度，也影響了裝置生產(chǎn)的連續(xù)性。通過近幾年的生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過低溫干燥和低溫焙燒后的擇形分子篩質(zhì)量與試生產(chǎn)時不焙燒的擇形分子篩性能相當(dāng)。

為了驗證焙燒工序?qū)Υ呋瘎┬阅芗胺磻?yīng)性能的影響，模擬工業(yè)制備開展小試實驗研究。實驗以裝置合成的Z型分子篩為原料，采用銨鹽進行交換制得Z1，然后將部分Z1焙燒后制得Z2，分別以Z1 和Z2為原料，采用L-1催化劑配方制備催化劑，并采用固定流化床對水洗后的催化劑樣品進行了反應(yīng)性能評價，催化劑部分理化性能及評價結(jié)果見表2。

表2 改性分子篩焙燒前后對催化劑性能的影響

從評價結(jié)果看，焙燒前后對制備的分子篩的質(zhì)量、催化劑的理化性能以及反應(yīng)性能均影響較小。因此考慮在工業(yè)裝置上優(yōu)化后改性流程，即分子篩制備流程中取消閃蒸干燥和焙燒處理工序，工業(yè)上減少兩道工序，對降低產(chǎn)品的生產(chǎn)能耗和成本具有重要的意義。

2.2.1 改造后擇形分子篩后改性流程

利用裝置閑置的儲罐作為擇形分子篩成品儲罐，將過濾機卸料端進閃蒸塔的管線直接連接進入成品儲罐中。通過流程優(yōu)化物料省去了閃蒸干燥、焙燒兩道工序，整個生產(chǎn)流程由6道工序縮短為4道工序。裝置隨后開始按照優(yōu)化后的流程進行生產(chǎn)，這標(biāo)志著擇形裝置新工藝流程實現(xiàn)暢通，生產(chǎn)出成品分子篩。改造后流程如圖2所示。

圖2 改造后擇形后改性流程圖

2.2.2 改造實施效果

裝置產(chǎn)品質(zhì)量情況如表3所示。

表3 改造后分子篩質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過改造前后生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)進行對比，能夠發(fā)現(xiàn)改造后結(jié)晶度較改造前提高8個百分點，氧化鈉均值降低了0.28%，結(jié)晶度和氧化鈉合格率均值都有大幅提高。

又對擇形分子篩裝置改造前后的一些主要質(zhì)量指標(biāo)進行了抽樣分析和對比，結(jié)果如表4所示。

表4 主要質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過對比發(fā)現(xiàn)，分子篩質(zhì)量基本保持穩(wěn)定，氧化鈉明顯減小，分子篩的粒度顯著增大。在后續(xù)催化劑生產(chǎn)過程中，增加了攪拌研磨流程，通過控制攪拌研磨后的粒度來保證分子篩的粒度指標(biāo)達到要求。因此改造后分子篩粒度的增大不會影響到后續(xù)催化劑的成品質(zhì)量。

3 改造前后能耗和單位成本對比

表5為改造前后能耗、單位成本對比。由表5可以看出，改造后較去年同期綜合能耗下降了27.6%，改造后較去年同期產(chǎn)品單位成本下降了13.2%。

表5 改造前后能耗、單位成本對比

4 結(jié) 論

催化劑廠擇形裝置通過對成膠反應(yīng)釜出水流程完善，通過開展實驗證明了焙燒對催化劑物性及反應(yīng)性能基本無影響。后續(xù)對裝置后改性流程進行優(yōu)化，實現(xiàn)了裝置能耗的大幅度降低，也很大程度上降低了裝置產(chǎn)品的單位生產(chǎn)成本。整個節(jié)能降耗工作成果顯著，對催化劑廠提高產(chǎn)品競爭力具有重要的意義。