固体调混装置及其在FCC催化剂生产中的应用分析

　　当前，国内催化裂化催化剂厂商一般是根据不同炼油厂的原料油、装置特点和产品方案，量体裁衣地供应催化剂。但由于不少炼油厂拥有两套以上的FCC装置，且原料油、产品方案时常进行调整，因而目前FCC催化剂的供应方式基本上是一厂一剂，甚至一厂多剂。催化剂厂每年往往要生产上百种的催化剂，因而在生产过程中经常需要转产。这不仅影响生产效率，也给生产组织带来不便，而且对市场需求的响应较慢;此外，由于不同品种催化剂在性能上存在着差异，在生产切换过程中，就不可避免地造成质量波动，从而导致相当数量的产品不合格，生产成本也因此增加。
　　如能根据分子筛、基质类型及其催化特性，制备出几种具有不同催化性能的模块化基础催化剂，而后通过混仓来获取具有不同功能的FCC催化剂，则可以更灵活快速地满足炼油厂需求，而且可避免生产过程中频繁转产，有利于催化剂的生产组织、成本控制和产品质量控制，将成为催化剂厂节能降耗，提高资源有效利用率及提升产品质量的重要途径。因而，采用基础剂混仓生产模式是未来FCC催化剂生产技术发展的重要方向。
　　调混装置是混仓工艺过程的核心设备，然而在大型FCC催化剂掺混装置方而并无现成的国外经验或文献报道可以借鉴。国内虽曾开展过FCC催化剂调混技术的研究工作，但目前生产中所用的混仓设备规模通常较小，用途主要限于将部分同批次催化剂产品进行掺混均化。对大型调混生产设备仍缺乏充分的理论认识和成熟稳定的实践经验。在此背景下，本文对国内外固粒颗粒物质掺混装置的研究进展及其在裂化催化剂生产中的应用进行了调研和总结，并通过试验数据分析为FCC催化剂大型调混装置的设计优化与选型提供基础
　　1调混装置技术目标
　　调混装置作为混仓生产过程的核心设备，除占地与投资因素外，设计与选型方而需重点考虑的技术指标包括:
　　1)处理量大或操作周期短，可适应工业生产线产能要求，且能对市场需求做出快速响应;
　　2)掺混效果好，混合均匀度高;
　　3)调混过程中催化剂颗粒磨损破坏少，细粉含量基本不增加(一般要求0-20 pm细粉含量1%)。
　　2.固体掺混系统开发进展与应用情况分析
　　固体粉末或颗粒物料掺混设备己在化工、冶金、制药和食品等领域得到广泛的应用。大致可分为以下几种类型:重力掺混、流化掺混、机械(搅拌或旋转)掺混和组合称重掺混等。
　　1)重力掺混
　　重力掺混设备早在20世纪60年代就己开始有专利公开，近年来在工业生产中应用也较为普遍，特别常见于聚烯烃小球颗粒的掺混。其结构和基本原理是:在掺混料仓中排布多根竖直贯穿仓体的固体物料掺混管(均化管);掺混管纵向不同高度处开有设计合理的孔口;料仓内不同高度处的物料在重力作用下流入掺混管，在料仓底部掺混室或出口处汇合掺混。
　　2)流化掺混
　　不同催化剂颗粒在同一流化床层中流化时，必然会发生掺混，而FCC装置在实际运转中，不同类型的催化剂、助剂在反再系统中也自然经历着类似混合过程。因而，流化床掺混也是一种可能的催化剂调混方式。
　　开发的固体颗粒物质(如塑料小球)掺混装置示意。其主要特点是:
　　①掺混装置内置一中心提升料管或称掺混管;
　　②携带物料的气流由插入料仓底部延伸段(料腿)中的喷嘴进入提升料管，在压力作用下沿竖直方向上行，同时与系统中己有的物料进行掺混，混合物料在提升料管上端出口处以喷泉形式进入掺混料仓上部;
　　③掺混装置底部设有双向喷嘴、转换阀和旁路循环接口，可实现卸料与循环同时进行，以及底部与顶部进料模式的切换，同时还可通过旁路循环消除提升料管中形成的堵塞。
　　虽然流化床掺混形式与FCC催化剂在装置中的实际流化状态非常相似，但并未见相关研究或应用报道。此外，流化掺混能耗通常较高，且可能对催化剂造成一定的磨损破坏。
　　3)机械(搅拌或旋转)掺混
　　机械(搅拌或旋转)掺混是一种直观而有效的掺混方式，最简单、最基础的可以是类似分散液体或浆液物料的釜式搅拌方式。
　　Lauer和Uoldberg公司设计开发的一种高效旋转式固体物质掺混装置。其主要特点是:
　　①掺混料仓主体部分为圆柱体结构，两端为截头圆锥体(圆锥台)结构，装置由立柱固定和支承，掺混时绕水平轴旋转;
　　②料仓侧壁上安装至少两片导向挡板;
　　③挡板带有相反方向的导向而，与旋转轴基本平行，因而可而向旋转方向，两挡板之间优选呈90度夹角。该装置掺混效率高，可在更短的掺混时间内达到更高的混合均匀度。例如，与主体为方形且两端为棱锥结构的掺混装置相比较，在旋转次数较少的情况下，掺混物料相对平均值的最大偏差在1500-3000，标准偏差为0. 43而对比装置相对均值的偏差在一4500-7000，标准偏差为2.849。但旋转式掺混未见用于FCC催化剂调混的报道。由于料仓要进行水平旋转，规模通常有限，且需采用间歇装卸料操作。
　　石油化工科学研究院(RIPP)开发的一种以螺杆输送和机械搅拌为关键技术连续混仓系统。系统主轴转速、进料速率以及催化剂混兑比例等对混合均匀度有决定性影响。通过测定不同催化剂掺混后的Na2O含量表明，混合均匀度都在95%以上，满足前文所述FCC催化剂混合均匀度指标的要求，且催化剂基本没有破碎。但该系统尚未进行中试放大试验，因而对于在工业生产规模下可能会出现的一些问题仍缺乏充分的理论和试验依据。
　　4)组合称重掺混
　　组合称重也是一种有广泛应用的固体物料掺混方法。以Cavalcanti等开发的基于组合称重机的固体催化剂掺混方法为例，两侧大型料斗中的催化剂物料通过提升机进入称重机上方的小型料斗中，在振动调节器的作用下分别以不同速率进入累积器中，累积器的催化剂物料经称重后进入收集盒内，控制计算机运算选定最优的质量组合后，收集盒同时打开放料进行混合包装。但组合称重的方法主要是实现每批(每包装)掺混物料中各种原料组分的含量一致，并不以实现各组分均一化掺混为目标，因而可能达不到混仓生产对混合均匀度的要求;此外由于内部结构和操作步骤较为复杂，在应对不同基础剂大规模连续混仓生产时有一定局限。
　　从上述文献分析来看，重力掺混与机械搅拌掺混两种装置的结构与操作较为简单，生产连续性强，且在FLL催化剂生产中己用一定的试验基础，因而是未来混仓生产模式中调混装置的优选方案。
　　3结语
　　1)提出了调混装置的技术目标以及混合均匀度等重要指标的检测方法。
　　2)工业生产中常见的掺混装置有重力掺混、流化掺混、机械(搅拌或旋转)掺混和组合称重掺混等，其中重力掺混方式规模通常较大，在催化剂生产中曾有应用报道，但料仓底部物料往往难以有效掺混，而增加循环次数又造成催化剂破碎、细粉增多等问题;机械搅拌(包括连续和间歇)式掺混在FCC催化剂领域也有应用，但规模较小，未见中试或工业应用报道。
　　3)若能改进现有重力调混装置内部结构设计以改善料仓底部物料掺混效果，同时结合连续式机械搅拌掺混作为预处理步骤，则有望通过机械搅拌的预混合作用减少重力调混的循环操作，从而减轻催化剂的磨损破坏，同时提高调混过程的连续性和处理能力，形成高效节能的组合式调混工艺过程，满足产能、调混均匀度及催化剂物性指标等方而的要求。