甲醇制烯烃装置再生立管存在的问题及解决措施

甲醇制烯烃(MTO)装置催化剂循环回路的下行流动部分是再生立管,操作复杂性在于立管内催化剂的流态受多种因素影响。某0.60 Mt/a MTO装置投产运行7年,期间一直存在再生立管催化剂输送下料不畅的问题,反再两器运行参数波动幅度宽,工艺工况复杂多变,无法实现100%自控率,操作人员劳动强度大,产品收率降低,能耗、剂耗增加。根据现有调节措施和临时故障处理方法,只能通过调整再生立管松动风来维持短暂立管正常下料。从再生立管上下串联设备影响、再生立管整体设计、介质流化状态、工艺操作等方面出发,对再生立管生产运行瓶颈产生的原因进行分析,确定影响再生立管高效运行的症结所在。根据问题的剖析提出改进建议,为再生立管后续升级改造提供合理的理论支持和指导判断。     

催化裂化装置再生斜管流化状态异常分析

再生斜管是维持反应器与再生器之间催化剂循环的重要通道，中国石化扬子石化有限公司炼油厂2.0Mt/a催化裂化装置存在流化异常的问题，表现为再生滑阀开度波动（44%～53%）、反应温度波动（515～526℃）、两器差压波动（27～51 kPa）。通过对影响再生斜管流化异常的因素进行分析，结果表明，采取置换催化剂改善催化剂中毒情况、调整再生斜管松动风量、装置日常操作精细化与标准化等措施后，再生斜管的流化问题得到改善。     

LBHZ型电液滑阀投用成功

滑阀是催化裂化装置(FCC)用来调节催化剂或烟气流量的高精度自动阀门,用以保持再生器压力,提升管出口温度、沉降器藏量等重要参数的定稳,它是催化裂化装置的关键设备。我国原设计制造的气动滑阀不能满足工艺高分辩率和线性度要求。先进国家七十年未开始采用电液滑阀,用电液执引机构代替风动马达,完全满足FCC的高性能要求。我国设     

某甲醇制烯烃装置烟气滑阀优化改造

某甲醇制烯烃装置自2011年步入市场化运营以来,在平稳操作期间始终以满负荷进行运转,并取得良好的业绩。但由于反应生焦量大于设计值,使再生烧焦和取热长期处于超负荷运行状态,烟气滑阀长期处于全开状态,无任何主风调节余地,这成为影响装置长周期稳定运行和负荷进一步提高的主要影响因素。本文从装置的再生烟气双动滑阀改造角度来改善装置的生产操作弹性,使装置具备更良好的操作性能。     

催化裂化再生过程脱硝技术

系统论述了当前主要的脱硝技术、流化催化裂化(FCC)再生工艺及FCC再生过程NOx产生和转化规律。O2是影响催化剂脱硝活性的主要因素,从反应器尺度精确控制烧焦再生反应,严格控制过剩氧含量,是提高脱硝效率的一条可行途径。提出了通过再生器内部结构和工艺设计创造出具有氧化区和还原区多层多区的新型再生工艺脱硝思路。从降低NOx角度考虑,再生温度应不高于700℃,再生烟气中CO浓度不低于4%,O2浓度至少低于1%。这种新的再生器脱硝是一种经济、高效的脱硝技术,已在中石油大港石化FCC工业装置得到了初步验证,为FCC再生装置和其他化工过程脱硝提供了新思路。     

FCC再生烟气中三氧化硫的形成、危害及控制

FCC再生烟气中的SO3来源于催化剂再生过程和SCR脱硝反应过程.烟气中的SO3会造成设备腐蚀、装置投资及能耗增加;SO3与逃逸氨反应生成NH4HSO4,造成催化剂孔道堵塞及省煤器结垢;SO3排入大气中,会形成可凝结颗粒物及酸雨,污染环境,危害人体健康;经湿法脱硫后SO3以H2SO4气溶胶的形式排入大气中会形成蓝色/黄色烟羽.通过加氢预处理降低催化原料油中硫的质量分数、优化FCC装置操作条件及SCR脱硝催化剂,可降低FCC再生烟气中SO3的生成量.采用湿式静电除尘(除雾)器可有效脱除FCC再生烟气中的硫酸雾,但存在腐蚀问题,不能稳定长周期运行,同时其建设费用和运行成本较高.中国石化大连石油化工研究院开发的FCC再生烟气相变凝聚除尘技术,可有效脱除FCC再生烟气中的超细粉尘、H2SO4气溶胶等微细颗粒物.     

MTO装置再生系统优化研究

MTO生产工艺中,催化剂再生分为完全再生以及贫氧再生。其中催化剂的贫氧再生主要代表工艺为DMTO,完全再生的主要工艺为UOP-MTO以及SMTO等。再生器是甲醇制烯烃装置的重要组成部分,催化剂的再生技术也是MTO工艺的主要核心技术。一套再生技术的能否成功应用不仅影响着MTO生产工艺的能耗高低和装置的运行周期的长短,同时影响着反应器的产品分布和整个MTO工艺的操作难易程度,所以催化剂的再生能力也是影响装置处理量的非常重要因素之一。在制约MTO工艺再生系统处理能力的主要因素为催化剂的烧焦能力和再生效果。再生过程是典型的气-固鼓泡床工艺,烧焦过程为非催化过程,不仅受烧焦过程中化学反应,气-固的流化态和传质的影响,而且受水蒸气和重金属等因素影响。为了提高MTO再生器的处理能力,通过再生器双动滑阀改造和MTO工艺应用富氧再生技术等技术改造,对再生系统进行了不断优化,不断突破再生器再生技术的技术瓶颈。     

催化裂化再生过程脱硝技术

系统论述了当前主要的脱硝技术、流化催化裂化（FCC）再生工艺及FCC再生过程NO_x产生和转化规律。O₂是影响催化剂脱硝活性的主要因素,从反应器尺度精确控制烧焦再生反应,严格控制过剩氧含量,是提高脱硝效率的一条可行途径。提出了通过再生器内部结构和工艺设计创造出具有氧化区和还原区多层多区的新型再生工艺脱硝思路。从降低NO_x角度考虑,再生温度应不高于700℃,再生烟气中CO浓度不低于4%,O₂浓度至少低于1%。这种新的再生器脱硝是一种经济、高效的脱硝技术,已在中石油大港石化FCC工业装置得到了初步验证,为FCC再生装置和其他化工过程脱硝提供了新思路。     

甲醇制烯烃催化剂再生动力学研究

反应过的甲醇制烯烃催化剂需要经过烧炭再生才能恢复活性,研究催化剂的再生动力学对控制催化剂再生过程的影响因素,恢复催化剂活性有重要意义。利用工业数据,在再生温度627~659℃,压力0.10 MPa(G)的条件下下,建立了反应速率-温度动力学方程以及V(CO)/V(CO_2)-温度动力学方程。将动力学研究应用到实际生产中,得到影响催化剂再生过程的主要控制因素,即再生温度和主风量。考察了再生温度和主风量对烟气中O2、CO和CO_2浓度的影响,结果表明:随着再生温度的升高,CO生成速率明显增加,CO_2生成速率明显减弱;随着主风量增加,再生温度有所提高,CO生成速率明显增加,CO_2生成速率略微增加。为了稳定烧焦过程必须控制再生温度和主风量,动力学研究为装置生产操作提供了指导。     

连续重整催化剂提升管道设计探讨

石化连续重整装置反应部分催化剂采用含有铂的催化剂,催化剂的再生是重整装置的核心部分。催化剂提升管道为气固输送过程,输送过程的压降、催化剂和弯管的磨损是管道设计优劣的两个重要指标。结合长庆重整装置,通过分析立管、斜管和弯管处的压降,研究催化剂与弯管磨损的主要影响因素,对重整催化剂提升管管道设计提出合理建议。     

Introduction to papers presented at the 8th annual fine particle society conference,Chicago, August, 1976

Industrial standpipes for gas—solid recirculation systems are often installed with slide valves at their lower end for control of solid flow and pressure balance. By combining the equations for gas—solid dense phase flow with equations for flow of fluidized solids through an orifice, a set of equations is presented for standpipe design. The equations permit quantitative design of a standpipe and can be used to predict the effects of terminal pressure, slide valve opening position and aeration rate on gas and solid circulation rates, flow pattern and pressure profile in standpipes.     

垂直立管中催化剂流动特性的实验研究

对垂直立管中催化剂的流动性能进行了实验研究,测定了各种操作条件下立管中的轴向压力分布、催化剂循环速率以及附加吹气的影响. 实验结果表明,立管中的气固流动存在分别处于负压差下移下流区的"脱气段"和处于正压差下移下流区的"持气段"两种流动状态;下料阀开度对固体循环流率有明显的约束作用,且使"持气段"总压降增加较"脱气段"更为明显;对立管引入附加吹气有明显的增压作用,并使立管的压力分布有较大的改变. 根据实验结果及分析,对垂直立管的管形设计和催化剂在垂直立管中的密相输送提出了分析与建议.     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

负压差立管下料过程压力脉动的传递性实验与分析

在高13m大型循环流化床装置上,对φ150 mm×900 mm负压差立管内气固两相流的动态压力进行了轴向多点测量,并用标准偏差进行了分析,主要研究立管下料过程的动态传递特性.实验表明负压差立管内存在明显的压力脉动现象,这种压力脉动具有一定的传递性.颗粒质量流率比较小时是稀密两相共存流态,稀相区的压力脉动主要受进料流量振荡的影响,向下传递;密相区的压力脉动主要受立管的波动性排料影响,向上传递;随着颗粒质量流率的增加达到浓相输送流态时,上部是连续式浓相输送流态,下部是密相波浪式输送流态,立管的压力脉动主要受进口流量振荡和排料过程压缩气体作用,向下传递.对立管的压力脉动进行标准偏差分析表明脉动压力传递沿颗粒的流动方向上具有幅值增大特性.在立管内流态从稀密两相共存流态转变为浓相输送流态时,由于颗粒压缩气体分量最大,压力脉动幅值最大,减小或增加颗粒质量流率,压力脉动幅度均降低.     

脱除再生催化剂携带烟气的研究进展

根据催化剂在输送立管和脱气罐内的流动特点,分析了催化裂化过程中再生催化剂产生携带烟气的原因和脱气的原理。阐述了适合脱除再生催化剂携带烟气的方法和操作条件。为了保证催化剂流动稳定,脱气量存在最佳值,指出达到这种理想状况时催化剂的流动情况,并提出用其他气体置换烟气的方法来进一步减少再生催化剂对烟气的携带量。     

垂直立管中颗粒移动床蠕动流动特性的实验研究

在无负压差的环境下,采用PV6D型颗粒速度测量仪,考察了垂直立管中FCC催化剂颗粒移动床的蠕动流动特性. 结果表明,颗粒质量流率较小时立管中颗粒流动具有明显的蠕动流动特性,可划分为两种流态,拟气固雷诺数Re<500时为间歇式蠕动流动,5004000时颗粒的蠕动流动转变为密相流化流动. 立管中颗粒的蠕动流动主要是出口区颗粒成拱与崩塌交替进行产生的,其次为颗粒与器壁滑动摩擦力的不稳定性变化起作用. 微观上颗粒流动的蠕动行为是颗粒之间力链作用变化的结果.     

负压差立管内气固两相流的流态特性及分析

对于出口插入密相床的立管，管内气固两相的流动特点是下行的颗粒速度大于气体速度和颗粒的逆压差流动，颗粒下行是一个减速运动过程. 管内的气固两相流的流态有两种形式，当GsGsc时，流态是浓相输送流态，气流下行. 两种流态可以互相转变，主要取决于颗粒质量流率的大小. 负压差立管的流态变化与气固两相之间滑落速度和轴向压力的变化密切相关，滑落速度随颗粒质量流率的增加逐渐减小，而轴向压力则逐渐增大以平衡立管的负压差.     

Reasonable Aeration Tap Setting of Burned Oil Sand Particles in Standpipe of a Fluidized Bed

A large scale cold model apparatus of CFB riser reactor was established according to the method of directly fluidized coking oil sand. By changing the position of aeration orifice and amount of aeration air, the solids flux was measured and the location of sensitive aeration orifice above a butterfly valve was fixed(50 mm above the valve). At last, the amount of aeration air for allocation(1~1.5 m3/h) was known and the distance between each pair of consecutive general aeration orifices(about 3 m). And a prediction equation for estimating the relation between the amount of aeration air and the solids flux was established based on experimental data and theoretical analysis, which was Q=6.17Ws0.8529(D/Do)2(L/Lo). The prediction was in good agreement with the experimental data. By using a multi-point pressure pulsation instrument to measure the pulsation at different altitudes of the standpipe, the pressure pulsation curves at different aeration orifices under different amounts of aeration air were drawn. By Fourier transformation, it was found that there was no obvious dominant frequency when oil sand flowed through the circulation standpipe, and each frequency seemed to make equal contribution to the pressure pulsation. The periodical concentration fluctuation of the particles did not exist in the circulating standpipe, and the pulsation intensity was small.     

Dynamics of gas-particle flow in circulating fluidized beds

The flow of gas—particle mixtures in a circulating fluidized bed has been studied, probing the flow behavior under both stable and unstable operating conditions. A novel feature of our work is the use of electrical capacitance tomography to image particle distribution over the cross-section at one elevation in the standpipe. In addition, we have also obtained data on pressure profile and aeration rate in the standpipe, particle circulation rate in the circulating fluidized bed and riser gas flow rate under various operating conditions. Here, we report experimental results obtained for two different particles, both belonging to Geldart type A. At low aeration rates, a stable dense phase flow is obtained in the standpipe. At high aeration rates, the flow became unstable, manifesting low frequency oscillations in the flow characteristics. Our results suggest that, under conditions explored in the present study, this instability originates in the standpipe and that any attempt to model it should consider the interaction between the various components of the circulating fluidized bed system.     

Flow of gas—solid mixtures in standpipes. A review

In this paper, the literature on standpipe flow is systematically reviewed. In particular, four possible flow regimes are defined, viz. dense phase fluidized solids flow (DENFLO), lean phase fluidized solids flow (LEANFLO), transition packed bed flow (TRANPACFLO) and packed bed flow (PACFLO). The possibilities of coexistence of more than one of these flow regimes and the prediction of these coexistences are discussed. Available equations pertaining to each flow regime and to flow of gas—solids mixture through a slide valve are summarized. The use of the equations for analysis of industrial standpipe operation is illustrated by means of two case studies. Finally, areas where further work would be fruitful are pinpointed. More experimental work is urged to verify the validity of some of the equations presented and to improve our understanding of the different types of flow instabilities in standpipe operation.