高固含量成胶技术在催化剂生产中的应用

胡涛，孙德剑

（中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司催化剂厂，甘肃 兰州730060）

随着我国经济的高速发展，全国炼油产能逐年增加，催化裂化催化剂的需求量也持续上升[1]。在催化裂化催化剂的生产过程中，催化剂成胶是关键步骤。各种基质材料及活性组分经成胶过程制作成催化剂胶体后，再经喷雾、干燥、焙烧、过滤、洗涤等步骤，生产为具有一定的粒度分布、孔结构、抗磨损能力及催化活性的微球催化剂[2-3]。在催化剂的成胶过程中，催化剂胶体的固含量对催化剂的后续加工过程有直接影响。研究表明[4-5]，适当提高固含量，能显著改善催化剂成品的粒度分布及球形度，还能节能降耗，降低生产成本。某石化公司催化裂化催化剂生产装置采用高固含量成胶技术进行催化剂生产，在提高产品质量的同时，生产装置的气耗、水耗、能耗也显著下降，经济效益明显。

1 高固含量成胶技术

1.1 催化裂化催化剂生产流程

目前，国内各主要催化裂化装置普遍采用半合成基质的分子筛微球催化剂，这类催化剂具有选择性及活性高、水热稳定性好、抗金属污染能力强等优良性质。其典型的制备路线为：催化剂制备所需的各基质材料及活性组分在反应器中通过物理及化学反应，制成具有一定流动性的催化剂胶体，催化剂胶体搅拌均匀后，通过喷雾干燥的方式制作成具有一定粒度分布的催化剂微球颗粒，再经焙烧、过滤、洗涤过程，除去催化剂微球颗粒中的杂质后，经闪蒸干燥，制作成具有催化活性的催化裂化催化剂。

1.2 高固含量成胶流程的优化

根据催化裂化催化剂的生产制备原理，提高胶体固含量的实质，是减少成胶过程中水的加入量。适当提高胶体的固含量，能减少细筛分的喷出量，提高催化剂中组分的比例。同时，降低胶体水分，可降低装置的整体水耗，降低喷雾干燥塔的负荷和水分蒸发量，节省能耗。

高固含量成胶技术的主要措施有：优化成胶操作过程，使用液体原材料为固体原材料打浆；强化原材料指标，提高液体原材料的浓度；强化成品胶体管控，控制胶体酸化的程度。

1.2.1 成胶过程优化

改变成胶过程中物料的加入顺序，使用液体原材料为固体原材料打浆，减少成胶过程的液体加入量，可提高胶体固含量。装置采用高固含量成胶技术前后，生产装置的成胶顺序见表1。

表1中，高岭土、拟薄水铝石为固体原材料，且两者合计加入量占成胶所有物料加入量的50%左右。优化前，为保证固体原材料的分散效果，需要向反应器中加入大量细粉，对高岭土、拟薄水铝石进行打浆分散，然后再加入液体原材料稀土溶液、铝溶胶及分子筛浆液，导致胶体的固含量提升困难。优化后，首先加入所有液体原材料，再加入固体原材料，使用液体原材料为固体原材料打浆，在保证固体原材料分散效果的前提下，可减少细粉浆液加入量。该方法能有效提高胶体固含量。催化裂化催化剂生产装置的试运行及成品质量的测定结果表明，改变成胶过程中物料的加入顺序，不影响成品质量。

表1成胶过程优化

1.2.2 原材料优化

提高液体原材料的浓度，能减少成胶过程中水的加入量，提高胶体固含量。装置采用高固含量成胶技术前后，原材料的固含量见表2。

表2成胶原材料优化 /g·L-1

1.2.3 成品胶体管控

通过提高成品胶体的黏度指标，将成品胶体的黏度控制在5000～10000 cp之间，并参考检测结果，反向调整成胶过程中物料的加入比例，可控制胶体的水分含量，稳定固含量。

2 装置运行效果

某石化公司催化裂化催化剂生产装置采用高固含量成胶技术，对装置工艺流程进行优化后，进行催化裂化催化剂生产。装置在优化前后的相关工艺参数见表3。

表3 优化前后装置相关工艺参数

2.1 胶体固含量

从表3可以看出，装置采用高固含量成胶技术进行生产后，胶体固含量均值由32.37%提高到36.23%，提高了3.86%，胶体固含量的提升效果显著。

2.2 粒度分布及环保设施悬浮物

从表3可以看出，在喷雾干燥工序中，0～20μm粒度分布（即微球催化剂颗粒中粒度在0～20μm 的微球颗粒占全部微球颗粒的体积百分比）由优化前的1.81%下降到优化后的1.46%。0～20μm微球颗粒过多，会造成催化剂跑损，降低装置收率，且跑损的细颗粒物会进入装置环保设施，以废水悬浮物的形式排放，增加装置环保处理设施的负荷。通过提高固含量来控制细颗粒物的含量，能有效提高装置收率，装置尾气处理设施中的悬浮物含量由11271 mg·L-1下降到4578 mg·L-1，降幅为59.38%，装置环保设施负荷显著降低。

2.3 装置能耗

从表3可以看出，提高胶体固含量后，装置整体水耗由16.28 t·t-1下降到10.56 t·t-1，降幅35.13%，节水效果显著。随着水耗下降，在喷雾干燥工序及焙烧工序中，蒸发催化剂胶体中的水分所需的能量更少，装置整体的天然气耗由0.31 t·t-1下降到0.27 t·t-1，降幅12.90 %，节能效果显著，装置生产成本下降明显。

2.4 存在的问题

1）在使用高固含量成胶技术进行生产时，固含量超过38%，会出现胶体转输困难、设备负荷大等问题，不利于装置长周期稳定运行，因此催化剂胶体固含量提升存在上限。

2）随着催化剂胶体固含量提高，胶体的流动性变差，胶体中的杂质含量增加，胶体过滤器负荷增加，清理工作量变大。

3 结论

1）采取用液体原材料为固体原材料打浆、适当提高液体原材料浓度、增加胶体黏度控制指标等措施，能显著提高催化裂化催化剂生产过程中催化剂胶体的固含量。

2）采用高固含量成胶技术进行生产后，装置胶体的固含量由32.37%提高到36.23%，同时装置后续各工序的工艺参数变化显著，喷雾所产生的细粉更少，环保设施外排的悬浮物下降，装置收率上升。

3）装置的水耗、气耗下降显著，单位催化剂的生产成本降低，节能降耗、提质增效效果显著。