CN103405947B - 一种催化剂颗粒回收的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工领域，提供一种催化剂颗粒回收的系统，所述系统包括圆柱状的回收装置，所述回收装置内垂直设置多根旋流管，回收装置顶部设置有清液出口，底部设置有催化剂回收液出口，侧壁设置有滤液入口。本申请的提出的装置和方法能够高精度的回收粒径，不仅提高了回收效率，而且减少了磨损、延长了旋流管的使用寿命，确保了设备的长周期运转；具有高性能的内构件材料，具有良好的机械加工性能、高强度、抗磨损，耐腐蚀等性能。

Description

一种催化剂颗粒回收的系统和方法

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种催化剂颗粒混合物中水的去除的装置和方法。

背景技术

随着催化剂产量的增加，滤液中含有的催化剂颗粒物的回收不仅是降低成本增加效益的需要，也是企业节能减排的重要内容。催化剂特别是NaY型催化剂是催化裂化催化剂中的主要活性组元来源，目前工业上生产该型催化剂的方法基本上是采用美国Grace公司提出的导向剂法（US369009,US3671191），即将可溶性硅源、铝源按一定的加工顺序与小于0.1微米的晶粒为导向剂形成反应混合物，然后于100℃下晶化，其缺点是从反应混合物的所提供的二氧化硅、氧化钠过量，随着合成母液作为污水排放，易造成经济的浪费和环境的污染。尽管专利US4164551提出了向合成母液中加铝酸钠制备出沉淀的硅铝水凝胶，过滤除去凝胶中的水，达到回收母液中的二氧化硅的目的，但所合成的催化剂颗粒较小，在催化剂的后续处理如离子交换、水洗、过滤困难，成为生产的瓶颈。如何封闭循环微细颗粒快速回收成为了国内外制约催化剂发展的一个技术瓶颈。催化剂沉降时冲刷腐蚀严重，为缓解磨损问题，现有技术中有的设计离旋器，有的设计了底流口SiC衬里，或应用渐扩管降速升压的溢流管或底流管。但这些发明要么是仅仅依靠耐磨材料，要么减少流速，而且渐扩管加工困难而难以实施，解决问题的效果不大。

美国环球油品公司控制了“在连续合成催化剂的方法中控制粒度和粒度分布”的方法，并在中国申请了专利ZL991278974,但其核心就是要将产品分为两股，且每股流入到不同强度的湿磨中，然后再次混合获得至少双峰的分布。但仍然有分离分级的技术问题制约了流程的发展。

因此，目前国外催化剂发展的一个重要问题就是如何有效快速地回收液体中的微细颗粒并快速分级。

在20世纪70～80年代，随着化工、医药、冶金、建材等行业对细粉、超细粉的需求，分级技术得到大力发展。散料粉体的分级与分选是粉体行业的重要工艺过程，主要有离心力分级、惯性分级、重力分级等分级方法，这些不同的分级方法应用于不同的领域。若在这方面有所突破，将推进催化剂等微细颗粒分离回收领域的重要发展。

发明内容

针对石化领域现有技术存在的不足之处，为了适应催化剂生产的需要，本发明提出一种新型回收和分级工艺及相配套的回收设备，以确保生产过程的平稳运行，同时，尽可能地用物理的方法来实现催化剂颗粒物的回收，不但回收成本低，而且没有其它的化学物质加入，保证了滤液循环利用的要求，回收的催化剂颗粒物可以直接进入生产过程，保证效益最大化。为此，我们确定了开发一种适用于催化剂、催化剂生产工艺、调节手段灵活、设备适应性广泛、维护简单的颗粒回收工艺与设备，应用于催化剂颗粒制备、污水微细颗粒回收，适用于循环经济与节能减排要求的工艺装备。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种催化剂颗粒回收的系统，所述系统包括圆柱状的回收装置，所述回收装置内垂直设置多根旋流管。所述回收装置顶部设置有清液出口，底部设置有催化剂回收液出口，侧壁设置有滤液入口。

其中，所述回收装置内垂直设置4-20根旋流管，所述旋流管的进料口为切向入口，所述进料口均设置在同一水平面上。

所述回收装置内表面、旋流管的内外表面均涂覆有3-8层环氧树脂。

其中，所述回收装置为316L不锈钢制造，为了确保防止Cl^-对材料的腐蚀，所述回收装置内表面喷涂有环氧树脂。当旋流器运行时，被处理料液进入水力旋流器后，作强烈的旋转运动，在被处理料液剧烈的冲刷下，壁面磨损十分严重，这不仅会缩短水力旋流器的使用寿命，消耗大量能源，而且由于关键部位尺寸改变而影响了旋流器的分离效率，从而恶化了操作性能，其中受磨损最严重的、影响操作性能最大的部位是内壁和溢流管。本申请提出的回收装置所采用的材料，具有良好的机械加工性能、高强度、抗磨损，耐腐蚀等性能。

其中，所述旋流管圆柱部分高度H1为内径D的1.5-3倍；所述旋流管圆锥部分高度H2为内径D的5-25倍，圆锥部分下端直径D2为直径D的0.4-0.6倍。

其中，所述旋流管设置有溢流口，所述溢流口为上端封闭的双层结构。内外层的间距可设计为2-10cm。

其中，所述系统还包括分离进料泵，通过管道与所述回收装置的滤液入口连接，所述回收装置内设置有液体分配装置，与多个旋流管的进料口连接。

一种使用本发明提出的系统回收催化剂颗粒的方法，包括步骤：含有催化剂颗粒的滤液，通过分离进料泵进入回收装置，经过液体分布装置，水平切向进入旋流管，在旋流管内催化剂颗粒被分离，浓缩为浊液从回收装置底部排出；回收装置顶部排出清液。

其中，所述催化剂颗粒的粒径分布为1-150μm。催化剂颗粒为石油催化裂化中使用的催化剂，从催化裂化的反应器出来后，首先经过袋式过滤机，过滤后的滤液为悬浮液，其中催化剂颗粒的粒径分布为1-150μm。

其中，所述含有催化剂颗粒的滤液进入回收装置的入口压力为0.3-0.7Mpa，出口压力为0.2-0.5Mpa，即压降0.2-0.3Mpa。

其中，所述回收装置顶部清液占进入的滤液总质量的95-97%，底部排出的浊液占滤液总质量的3-5%。

本发明的具有以下技术特点：

由于滤液具有较强的腐蚀性，因此在设计中我们采用了耐腐蚀性能材料，设备的壳体、封头、管板等均采用了316L不锈钢，为了确保防止Cl^-对材料的腐蚀，又在内表面喷涂了环氧树脂。由于旋流管尺寸精度高，加工难度大，在防腐的同时考虑加工工艺影响因素，本发明针对催化剂滤液体系所采用的具有较强耐腐性能、较好的机械加工性能和抗磨损性能的设备材料，确保了设备的回收精度与长周期平稳运行。

本发明从以下几个方面开展了工作：

一是解决了传统旋流分离器中的短路流问题。参见图3，短路流问题发生于当被处理料液进入水力旋流器后，其中一部分被处理料液沿顶盖的内表面向中心运动，到旋流器溢流管的外壁后，又沿溢流管的外壁向溢流管口运动，最后与内旋流汇合，由溢流管的溢流口排出，即没有经过处理的短路流。这部分短路流通常约为被处理总料液的10-20%。由于短路流直接进入溢流产物，未经分离作用，因而严重降低了分离效率。本发明提出的结构设计，有效解决了短路流的不良影响。从而提高了分离的效率，保证了分离的精度。

二是超高效可调技术。现有的水力旋流器分离设备在处理高于0.5%体积浓度的料液时，都会在底流口附近发生拥挤效应的问题：即沿水力旋流器器壁旋向底流口的外旋流和从底流口开始形成的旋向溢流口的内旋流在底流口附近区域产生拥挤混合效应，使已经沉降到外旋流的底物又进入了内旋流，使锥段内被处理料液的浓度趋于一致，并掩盖了其它因素对分离效率的影响，成为了处理高浓度物料时控制水力旋流器效率的关键因素。本申请回收装置的结构设计，使管内流场趋于均匀分布，使其适应浓度与处理量的变化，而不影响分离的精度。

本发明中，通过材料应用与结构的设计，减少了磨损的发生，现时又通过具备多种良好性能复合材料的应用，极大地减少了磨损的强度、延长了旋流管的使用寿命，为长周期运行奠定基础。

总结上述技术特点，本申请的有益效果在于：

1.高精度的回收粒径。即对粒径>10μm以上的催化剂颗粒物回收；

2.精确的结构设计。不仅提高了回收效率，而且减少了磨损、延长了旋流管的使用寿命，确保了设备的长周期运转；

3.高性能的内构件材料。我们开发的内构件材料，具有良好的机械加工性能、高强度、抗磨损，耐腐蚀等性能。

通过以上技术的应用，解决了旋流分离的效率与适应性，延长了内构件的使用寿命。达到了高精度分离、高效率、长周期运行的目的，从而实现了对催化剂颗粒粒径为10μm精度的分离与回收。

附图说明

图1为实施例1催化剂颗粒回收装置结构图。

图2为催化剂颗粒回收装置C-C面剖视图。

图3a为实施例1旋流管结构图。

图3b为实施例1旋流管A-A面剖视图。

图4为传统的旋流管结构及短路流的示意图。

图5为实施例1催化剂颗粒回收系统图。

图中，1为回收装置，2为旋流管，3为清液出口，4为回收液出口，5为滤液入口，6为进料口，7为分离进料泵，8为溢流口。9为传统溢流管中的短路流。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：回收系统

参见图1、图2、图3a、图3b、图5，催化剂颗粒回收的系统，包括圆柱状的回收装置1，回收装置1内垂直设置38根旋流管2，回收装置1外壳直径为800mm，高度为1500mm。回收装置顶部设置有清液出口3，底部设置有催化剂回收液出口4，侧壁设置有滤液入口5。

回收装置内垂直设置38根旋流管2，均匀阵列分布，侧壁设置有滤液入口5，滤液入口5距回收装置1底部350mm，滤液进入后液位上升至旋流管进料口6位置，并进入旋流管2。旋流管分布区域的直径为740mm。旋流管2的进料口6为切向入口，进料口均设置在同一水平面上。回收装置为316L不锈钢制造，为了确保防止Cl^-对材料的腐蚀，内表面喷涂有5层环氧树脂（西安天元化工有限责任公司）。

参见图3，图3中a为俯视图，b为A-A面剖视图。旋流管2圆柱部分高度H1=20cm，内径D为10cm，不锈钢316L制造，内壁和外壁均涂有5层环氧树脂（西安天元化工有限责任公司）。旋流管圆锥部分高度H2为内径D的10倍，圆锥部分下端直径D2为内径D的0.42倍，旋流管溢流口8的外径D1=0.6D。溢流口8为双层结构，内外层间距4cm。该双层结构上端封闭，下端不封闭，通过这样的结构设计，有效解决了短路流的不良影响，提高了回收率。

回收系统还包括分离进料泵7，通过管道与所述回收装置的滤液入口5连接，所述回收装置内设置有液体分配装置，与多个旋流管的进料口连接。

实施例2：回收系统

催化剂颗粒回收的系统，包括圆柱状的回收装置，回收装置内垂直设置18根旋流管，回收装置1外壳直径为500mm，高度为1200mm。回收装置顶部设置有清液出口，底部设置有催化剂回收液出口，侧壁设置有滤液入口。

回收装置内垂直设置18根旋流管，均匀阵列分布，侧壁设置有滤液入口，滤液入口距回收装置底部300mm，滤液进入后液位上升至旋流管进料口位置，并进入旋流管。旋流管分布区域的直径为450mm。旋流管的进料口为切向入口，进料口均设置在同一水平面上。回收装置为316L不锈钢制造，内表面喷涂有4层环氧树脂（西安天元化工有限责任公司）。旋流管2圆柱部分高度H1=20cm，内径D为8cm，不锈钢316L制造，旋流管圆锥部分高度H2为内径D的10倍，圆锥部分下端直径D2为内径D的0.42倍，旋流管溢流口8的外径D1=0.6D。溢流口8为双层结构，内外层间距3cm。该双层结构上端封闭，下端不封闭，通过这样的结构设计，有效解决了短路流的不良影响，提高了回收率。

其他设计同实施例1。

实施例2的回收装置适用于处理量小的工艺流程。对于处理量为8m³/h的滤液流量，控制入口压力为0.50Mpa，出口压力为0.32Mpa，催化剂颗粒回收率达到90%及以上。

实施例3：催化剂颗粒回收

中国石化催化剂齐鲁分公司催化裂化催化剂生产车间（催二车间），催化剂颗粒用洗涤水输送出反应器，经过布袋过滤器过滤，滤液流量30m³/h。参见图5，回收系统设置有两个回收装置1，回收装置1的结构如实施例1。每个处理量为15m³/h。对五批滤液进行处理和粒径分析，其中催化剂颗粒分布为表1。表1中，“1-入”表示第一批滤液，“1-浊”表示第一批滤液经回收装置，由催化剂回收液出口出来的浊液，余类推。

表1：回收装置入口和浊液出口颗粒分布

滤液经过液体分布装置，水平切向进入旋流管2，在旋流管内催化剂颗粒被分离，浓缩为浊液从回收装置底部排出；回收装置顶部排出清液。入口压力为0.58Mpa，出口压力受背压的影响为0.3Mpa，压降0.28Mpa。回收器顶部清液占入口总量的95-97%，底部浊液占总量的3-5%。底部浊液中的催化剂收取并使用，清液中因为不含有催化剂，可重复用做洗涤水。

经对样品中颗粒物粒径分布分析，绝大多数清液样品中检测不出颗粒物，能检测出颗粒物的清液中，颗粒物粒径分布中75%(v)左右%为2μm以下，没有粒径10μm以上的颗粒物。入口及浊液中的颗粒物粒径40μm即达到100%(v)。从表2实验数据可知，催化剂颗粒回收率均为90%及以上，该催化剂颗粒回收设备实现了高精度分离、高效率回收，达到了回收设备开发的目的。

表2：回收前后悬浮物含量

实施例4：

中国石化催化剂齐鲁分公司催化裂化催化剂生产车间（催二车间），催化剂颗粒用水输送出反应器，经过布袋过滤器过滤，滤液水量40m³/h。回收系统的两个回收装置1，每个处理量达20m³/h。入口压力为0.62Mpa，出口压力为0.32Mpa，压降0.3Mpa。

现场实验中，采样第一天按2小时分别取入口、清液、浊液三个样品为一组，第二天采样时间间隔为3-4小时，第三天为6小时取样，共计取样28组。回收前后悬浮物含量测试，这28组均达到90%以上的回收率。

经对28组样品中颗粒物粒径分布分析，绝大多数清液样品中检测不出回颗粒物，能检测出颗粒物的清液中，颗粒物粒径分布中75%(v)左右%为2μm以下，没有粒径10μm以上的颗粒物。入口及浊液中的颗粒物粒径40μm即达到100%(v)。

实施例5：

中国石化催化剂齐鲁分公司催化裂化催化剂生产车间（催二车间），催化剂颗粒用洗涤水输送出反应器，经过布袋过滤器过滤，滤液水量18m³/h。回收系统的两个回收装置1，每个处理量9m³/h。入口压力为0.50Mpa，出口压力受背压的影响为0.3Mpa，压降0.2Mpa。

经对28组样品中颗粒物粒径分布分析，绝大多数清液样品中检测不出回颗粒物，能检测出颗粒物的清液中，颗粒物粒径分布中75%(v)左右%为2μm以下，没有粒径10μm以上的颗粒物。入口及浊液中的颗粒物粒径40μm即达到100%(v)。

实施例4、5的结果证明，本申请的设备处理量能够满足70-120%范围波动时，仍达到催化剂颗粒回收率90%以上。

生产中，本发明的装置可连续运行7920小时/年，使用寿命为三年以上。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种回收催化剂颗粒的方法，其特征在于，包括步骤：含有催化剂颗粒的滤液，通过分离进料泵进入回收装置，经过液体分布装置，水平切向进入旋流管，在旋流管内催化剂颗粒被分离，浓缩为浊液从回收装置底部排出；回收装置顶部排出清液；

其中，所述催化剂颗粒的粒径分布为1-150μm；所述含有催化剂颗粒的滤液进入回收装置的入口压力为0.3-0.7Mpa，出口压力为0.2-0.5Mpa；

用于回收催化剂颗粒的系统包括圆柱状的回收装置，所述回收装置内垂直设置多根旋流管，回收装置顶部设置有清液出口，底部设置有催化剂回收液出口，侧壁设置有滤液入口；

其中，所述回收装置内垂直设置10-40根旋流管，所述旋流管的进料口为切向入口，所述进料口均设置在同一水平面上；所述回收装置为316L不锈钢制造，所述回收装置内表面、旋流管的内外表面均涂覆有3-8层环氧树脂；所述旋流管设置有溢流口，所述溢流口为上端封闭的双层结构，内外层的间距为3-4cm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流管圆柱部分高度H1为内径D的1.5-3倍；所述旋流管圆锥部分高度H2为内径D的5-25倍，圆锥部分下端直径D2为直径D的0.4-0.6倍。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述系统还包括分离进料泵，通过管道与所述回收装置的滤液入口连接，所述回收装置内设置有液体分配装置，与多个旋流管的进料口连接。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回收装置顶部清液占进入的滤液总质量的95-97％，底部排出的浊液占滤液总质量的3-5％。