催化裂化催化剂在立管中的流动.

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1、催化裂化催化剂在管线中的流 动 保持催化裂化装置平稳操作的三个主要方面： 1.保证良好的气固流化状态，提高气固接触效率， 强化反应和再生过程。 2.确保催化剂正常循环，使催化剂在系统中能顺畅 的、平稳的、按生产所要求的催化剂循环量，连续不 断的进行输送。催化剂的输送不仅与所使用的原料、 催化剂物性有关，同时还输送管线的结构、松动给风 （汽）量、操作者水平高低等因素密切相关。若某一 环节运用不当，轻者会造成局部桥，降低处理量。严 重者也会造成切断进料，甚至出现事故。 3 .要保证催化剂回收系统操作稳定压力平衡合理 。 第一节 不同类型的催化剂流动性 能 目前FCC装置使用的催化剂可分为三种： 小

2、比重催化剂（堆积密度约600 700kg/m3） 大比重催化剂（堆积密度在800900kg/m3） 混合催化剂（由不同比例的大、小比重催化剂混 合构成）。 大比重催化剂具有比表面积小、孔容小、堆积比重 大、磨损少、活性高等特点。但大比重催化剂通常会带 来一些流化工程的新问题。如在冷模试验中发现，大比 重催化剂的流动性能不如小比重催化剂。 物理性能差异： 大比重催化剂接近B类粒子，休止角大，脱气快 其流动性能不如小比重催化剂 冷模试验现象: 在同一装置中，装入相同料位高度的催化剂 大比重催化剂流化起来风压需0.03MPa，而小比重催化 剂只需0.012MPa。 当主风量为240Nm3/h（0.2

3、65m/s)，大比重催化剂在流 化床内分层下落像塌方一样，一段一段地流化，直至 全部塌完，方使流化床里的催化剂全部流化起来。小 比重催化剂，当风量在160 Nm3/h （0.177m/s),一次就 流化起来。因此说小比重催化剂是容易流化的。 流化以后，两种催化剂在流化床中形成的状态不一样 ，在相同流化气量下，大比重催化剂所形成的流化床 稀密相床界面很明显，气泡在密相里较大，而小比重 催化剂形成的流化床床界面较模糊，密相床里气泡直 径较小。 用小比重催化剂时，经过锥斗的催化剂无论循环量大或 小，催化剂均能保持稳定的连续流动。大比重催化剂经过气 控锥斗时的流动不象小比重催化剂流动具有连续性，而是一

4、 股一股的流动，有时在两股流动中间也伴有少量催化剂流动 。 固体颗粒依靠重力自上而下的流动，由压力较 低向压力较高处流动称为负压差流动，如旋风分离 器料腿、待生立管、再生立管中气固两相流就属这 种型式。相反，固体颗粒由压力较高向压力较低处 流动称为正压差流动，移动床、提升管中气固两相 流属于这种情况。 在充气条件下，催化剂的流动依充气量的不同 其流动型式也不一样，但总的来说，立管中固体向 下流动基本上有两种流型，一种为流化流动，也叫 充气流动，其固体呈流化状态，即固体颗粒悬浮在 气体中；另一种为非流化流动又称粘附滑移流动或 移动床流动。 第三节 催化剂在立管中实际流型 3.1 再生立管和斜管中

5、催化剂的流型： 一般来讲，工业生产中立管和斜管中均为流化流动，但是 ，在特殊情况下，也会产生粘附滑移流动，具体情况分述如下 ： 对于流化流动，滑阀以上的立管和斜管，催化剂向下流动，伴 随着有气泡或气体流股向上运动，试验表明，无论在充气条件 下或脱气条件下均是如此。随着阀开度的不同，催化剂循环量 不同。当催化剂循环量较小时，向上运动的气泡直径也小，气 泡个数多，气泡频率也小，随着催化剂循环量增加，气泡直径 加大。气泡频率增加，当催化剂循环量大到某一值后，在斜管 中出现了1/3斜管为气体流股，此时，催化剂向下运动的速度大 大高于有气泡时催化剂向下运动的速度，从而使催化剂循环量 增大，见图6-3-1

6、d，由于催化剂运动速度加快，在本试验装置 条件下，催化剂可以直接冲到立管管壁上，然后折转向下，在 立管与斜管交接处，会形成一个旋涡区。 在有脱气管（或罐）的情况下，与无脱气管比较，试验中 可以看到，有脱气管时斜管中的气泡远小于无脱气管时斜管中 的气泡，而且，有脱气管时，气泡个数明显增多，因此，催化 剂的流动较平稳。 在阀以下催化剂的流型见图6-3-1，可以看出， 当催化剂循环量较小时，催化剂以倒锥形、依靠重 力向下流动，在整个立管中催化剂基本上处于管中 心，见图6-3-1a，在入提升管的斜管中，催化剂由 重力流动遇到斜管的阻力后，沿斜管呈抛物线的高 度随催化剂循环量的增加而增高，它可以是1/3

7、管径 ，1/2，和2/3，以及满管，无论那种情况，在管底 部的催化剂都沿管壁向下滑动。随着催化剂循环量 的增加，通过阀的催化剂不再全部在管中心。而是 一侧多，另一侧少，沿管壁向下作重力流动，随着 循环量增加该空间越来越小，即越接近阀下部见图6 -3-1a 、b、 c、 d 。试验中发现，在个别情况下 的瞬间，在阀以下也出现过满管情况，但随即消失 。 由催化裂化工艺设计资料可知，流化流动和 粘附滑移流动最大流率分别为：流化流动时为 3570T/m2.h；粘附滑移流动46T/m2.h。 本实验测得的粘附滑移流动最大循环速率 为19.1T/m2.h，由上述数值计算，两种流型不 同最大循环速率差77.

8、6倍186.9倍。由此可 见，在生产中掌握催化剂的流型是非常重要的 。 3.3 催化剂在快分头和旋风分离器中的流 动： 三叶型快分头： 三叶型快分头的情况下，旋分器以上的空间不需要很大。由此还可以推 论，工业生产中，沉降器内均设有3-5组旋分器。那么，每组旋分器入口会 形成一个气固混合物流股。工业生产中的沉降器旋分器以上的空间可以大大 降低，以减少基建投资。 一般来讲：斜管部分气泡多、直径小对催化剂的流动是有利的。当催化 剂循环强度较大，气泡数量减到一定程度，首先在斜管部分由流化流动变为 黏附滑移流动。其转变过程为：催化剂循环强度增加，催化剂突然加速下滑 ，它击碎了斜管中所有的大气泡，形成一连

9、串几乎直径相同，分布均匀的小 气泡，刹时每个小气泡又被下滑的催化剂压缩成梭状气室，此时催化剂和气 体同向下运动，且呈跳跃流动，这时已形成黏附滑移流动。催化剂流型转变 过程见图6-4-7。一般在黏附滑移流动时，看不到明显的气泡。 4.3 立管中输送催化剂出现“架桥”的条件及疏通措施 架桥的出现是输送催化剂非正常工作状态，迄今为止对架桥尚无明确的定义，为了 文章叙述方便，这里给架桥下一定义：在垂直立管或斜管向下输送催化剂时，管内催化 剂正常流动被破坏，出现了催化剂梗塞、气节等，梗塞处虽有催化剂慢速塌落或有少量 催化剂流动，但催化剂的流率远小于正常流动时的流率。梗塞处上部的催化剂堆积密度 不断增大，

10、而下部无料，此时不能自行疏通，此现象定义为架桥。 4.3.1 架桥形成的原因 形成架桥的原因是很复杂的。目前尚无成熟的计算公式来判别，错综复杂的临界条件 也不能说清楚。一般用相对速度 来解释流动破坏的原因。当相对速度usl过小时流动过程由流化流动过渡到黏附滑移流 动，显然这里只能解释流型的变化，必须在此基础配有其它条件才能形成架桥。经过实 验找出以下几个条件： a.流化床层的变化引起循环管线架桥，实验中将床层表观气速由1.619m/s突然降至 1.08 m/s，当循环强度为404t/m2.h时，循环管中催化剂立即架桥。若上述条件下表观 气速由1.619 m/s分8次逐级降至1.036 m/s，

11、降完10分钟才产生架桥。 b.不正确的通入松动风和松动点设计不合理引起架 桥：众所周知，通入松 动风会使循环管线内料面升高，当料 面超过变径处一定高度就会引起架桥。若料面在变径处以下时 ，相对来讲是不易架桥的。如在实验中发现，循环强度为 222.9kg/m2.s，松动风量为0.2Nm3/h，料面高2.0米。若松动 风量改为1.0 Nm3/h。，料面高则为8米。超过了变径则引起架 桥。在通入松动风时，某一点通 入的风量不可过高，否则会 形成气节，妨碍催化剂的流动也易引起架桥。 c.在斜管输送催化剂时，靠近提升管连接处以上一定范围 内不能通入松动风，否则易引起架桥。 d.系统中压力波动，也就是说瞬

12、间压力平衡遭到破坏，也 是造成架桥的原 因。 e.循环管线设计不合理：如变径过大，拐弯多，管径小， 在某一条件下产生了强约束流动，是引起架桥的条件之一。在 实际生产装置中，特别是老装置改造，因场地限制和工艺要求 引出上述问题，必须采取相应的措施，方可保证催化剂流动正 常。 f.一定通气量下，催化剂循环强度较低时，也容易发生架 桥，这主要因为通气过量所造成的。 4.3.2 架桥的型式 按架桥出现的位置分：有的出现在直管段，见图6-4-8-a，有的在变径处或 管线拐弯处架桥见图6-4-8-c、e、f。这是极易出现架桥的地方，当架桥刚 形成时，都有一段脱空段，不过它较直管架桥的脱空段长。本实验时为8

13、00 1000毫米。 4.3.4 架桥的消除 4.4 立管中催化剂流动松动问题 保持催化剂在立管或斜管中按预定方向，稳定地流动， 不出现波动、失流、倒流，在立管上设置一定数量地松动点 ，对不同的松动点通入适量的松动风实属必要。 4.4.1 敏感松动点和一般松动点 在以往的工程设计和生产操作中，没有明确提出敏感松 动点这一说法，而只统称为松动点。实验发现：在控制阀上 不加松动点，催化剂则不能很好地流动，由此可见此处的松 动点是很关键的。除此之外，另一个对催化剂流动影响较大 的松动点为1#松动点（管线变径处的松动点），实验发现， 当催化剂循环强度稍大一些时，若1#松动点不通风，则很快 会发生架桥，

14、故这个松动点也是很重要的，属敏感松动点。 对于1#松动点的位置，在文献5中介绍，应加在变径处以下 ，愈接近变径处愈好。为了证实该说法，我们在变径处上下 100毫米处各加了一个松动点，考证应在变径处以上还是在变 径处下为好。实践证明应在变径处以上好。在管线拐弯处不 同位置作了松动点位置的试验，证明该处的松动点对催化剂 的流动也是至关重要的，因此将管线拐弯处，变径处以及滑 阀以上的松动点确定为敏感松动点，除此之外的松动点视为 一般松动点。 4.4.2 松动点位置的设置： 根据对立管、斜管、松动点位置的试验结果分析认为， 松动点位置的设置应考虑以下几点。 1)在立管变径段以上应设置一松动点，该点愈接

15、近变径 段愈好，该点比设置在变径段以下愈接近变径段为优越； 2)垂直立管上松动点的间距为44.5米，同时也要根据 催化剂的物理性质有所变化； 3)垂直立管较长时，在其底部0.60.7米需要设一个松 动点； 4)在管线拐弯处应考虑设一个松动点，以在管线拐弯处 以上0.3米为好，正对管中心设松动点效果不佳； 5)斜管底部1.5米范围内不得设松动点，因为在此范围内 通入松动风（汽），将会使催化剂流动不畅。 目前工业生产装置上松动点间距都较小，从0.73米， 一般在2米左右。松动点多并不一定合适，这一点应引起设 计和操作者的足够重视。 国外资料给出松动点最大间距公式为： （6-4-7） 式中：Hd松动

16、点最大间距,m s催化剂骨架密度, T/m3 1立管顶部催化剂密度, T/m3 2立管内允许催化剂最大密度, T/m3 p立管压力, MPa 按（6-4-7）式计算出的松动点最大间距为2.84米。 4.4.3 松动的通气量： 1930年Holldriflow 和Thermofor的流化装置中 采用了一个移动床料腿，在料腿上设有蒸汽吹气口， 这是最早的一种立管，使通入的蒸汽必须保证向上流 的阻力降大于向下流的阻力降，以使蒸汽向下流动， 防止油气沿立管反窜。 1962年剑桥大学Donchwerts教授论证了这一现象 ，如果塌落床连续移出物料且通入的蒸汽量能使立管 中的固体处于流化状态，立管的输送能力将大大提高 。 流化床流动时固体速度大于气体速度，气体在下流过程中被压缩， 因此，气体速度相应降低，使立管中的固体密度增加，为了保持流化床 向下流动和具有较大的流动能力，必须通入适量的气（汽），理论上讲 ，气体被压缩多少量相应的就通入多少气体量。通入气体量较少，达不 到松动的目的即抵消不了气体被压缩的影响，特别是立管较长时尤为严 重，通