加氢处理催化剂级配技术及应用进展

渣油加氢处理催化剂需要具备加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱残炭及部分加氢转化等功能,但目前尚未开发出集这些功能于一体的单一品种的催化剂。因此,需要根据原料性质、操作条件和对产品质量的要求,将不同功能的加氢处理催化剂级配使用。在渣油加氢反应器中,催化剂级配装填的顺序为保护剂/HDM/HDS/HDN催化剂,沿反应物流方向,催化剂尺寸、孔径在反应器内由上到下逐渐减小,而催化剂活性则逐渐增加,整个催化剂床层中催化剂的物理和化学性质要保持平稳过渡。但这种级配装填方法不适用于高含氮渣油,于是又提出了反向催化剂级配装填技术,其特点是沿物流方向催化剂活性逐渐降低,改变了HDS、HDN催化剂床层的级配,并在床层之间增设一个过渡催化剂床层,使每个催化剂床层的温升更加平稳。催化剂的级配装填最初是为了解决渣油加氢处理存在的问题,但此后其应用范围几乎扩大到各种加氢处理工艺,从而极大地改善了各种加氢处理工艺的综合技术经济指标。     

工业催化剂及其载体焙烧设备进展

焙烧几乎是所有固体催化剂及其载体制备的最后环节。焙烧温度对催化剂的结构性质、物相、晶粒大小、表面酸性以及强度、比表面、孔分布等性质具有重要影响,并最终影响催化剂的综合性能。从实验室少量焙烧到大批量的工业生产,即从小容积、温度场均匀、浓度场均匀和间歇操作的实验室焙烧装置放大到温度场和浓度场尚不十分清晰的工业焙烧设备,有必要研究设备变化的工业放大效应。在催化剂工业生产中,有微波焙烧炉、厢式焙烧炉、回转式焙烧炉、网带式焙烧炉、流态化焙烧炉、立式焙烧炉、隧道窑、梭式窑、辊道窑等多种焙烧窑炉可供选择。厢式炉不适于连续生产,网带式炉不适于高温焙烧,对于大批量催化剂的高温焙烧往往采用隧道窑和连续式回转炉。通过炉体自身的旋转,回转炉能促使物料颗粒之间的相互混合,而隧道窑则不能;回转炉炉体不漏风,物料床层截面主体温度均匀,而隧道窑中易出现窑车下部漏风、窑车自身蓄热等问题,从而引起预热段断面的上下温差;此外,隧道窑温度分布不均匀。微波炉具有加热速度快等优点,是近年来发展较快的焙烧方式。     

固体催化剂载体及催化剂成型设备技术进展

绝大多数工业催化过程都采用固体催化剂,在固体催化剂生产中,催化剂载体和催化剂成型技术及其设备处于核心地位。催化剂载体成型技术主要有压缩成型、挤出成型、转动成型、压力成型、球形成型和喷雾成型等,其中压缩成型在工业催化剂载体生产中很少使用。挤出成型应用范围最广,其发展方向是提高设备的自动化、连续化和智能化水平,缩短工艺流程。球形成型主要用于制备特殊要求的载体,如重整催化剂的氧化铝小球,近年来的发展主要是可以生产尺寸更小的球形载体。压力成型在工业催化剂载体制备中的应用相对较少,其优点是制备的载体的规整性好,缺点是生产效率相对较低。流化床工艺所用催化剂一般采用喷雾干燥成型法制备,其发展方向主要是提高喷雾过程中各参数的控制水平,建立喷雾控制参数与产品性能之间的关系模型。目前载体成型前的预处理往往容易被忽略,各种成型方式均没有对待成型浆料进行前脱气处理,成型前的预处理主要是为了脱除成型浆料中的空气,这对于提高载体质量具有重要作用。成套成型设备的发展方向是将原料掺混、捏合及成型等不同功能的单元集成在一起,实现设备的多功能化。而3D打印技术有望随着技术的进步,用于某些特殊的工业催化剂的制备。     

DC-2118精制催化剂在大连石化柴油加氢装置上的应用

大连石化400×104t/a柴油加氢精制装置在设计上选用了ShellGlobalSolution工艺技术,催化剂为Criterion的DC-2118精制催化剂,为延缓反应器压降上升速度,在反应器顶部采用多种保护剂的级配装填技术,保护剂为834-HC和815-HC。装置初期性能标定结果表明,装置在满负荷运行期间,各设备运转正常,工艺操作指标运行平稳,催化剂性能完全能够满足生产要求。催化剂的脱硫率达到99.55%以上,精制柴油的十六烷值提高了2.9个单位,硫含量在20～40μg/g,满足欧Ⅳ标准中柴油硫含量不大于50μg/g的要求,其他指标也均满足欧Ⅳ柴油排放指标要求;此外,进出装置物料平衡、装置加工损失率也都在设计指标范围内。装置日常运行数据表明,柴油加氢装置可根据市场要求生产不同硫含量的柴油,而且使用DC-2118精制催化剂后无需注入硫化剂,减少了环境污染。     

350×104t/a两段全循环柴油加氢裂化装置标定分析

浙江石油化工有限公司350×10⁴t/a柴油加氢裂化装置采用UOP两段式全转化加氢裂化Unicracking^TM技术,一段反应器装填催化剂为HYT-6219加氢精制催化剂、HC-680LT加氢裂化催化剂和少量HYT-8119加氢脱金属剂,二段反应器装填HC-53LT加氢裂化催化剂,两台反应器上部均装填Cattrap-30、Cattrap-50保护剂。该装置是目前国内最大的两段全循环柴油加氢裂化装置,于2021年9月下旬开工后,持续一直满负荷、稳定运行。经过标定,100%负荷时,目标产品重石脑油收率为64.63%,低于设计参考值;脱硫后液化气收率为15.96%,高于设计参考值;轻石脑油收率为21.29%,高于设计参考值;综合能耗为41.22kg标油/t原料,低于设计参考值10.64kg标油/t原料;氢耗为3.36%,略高于设计参考值;二段反应器催化剂床层温升高于设计参考值;各设备运行稳定,未出现超负荷现象;脱硫后干气、脱硫后低分气、脱硫后液化气、轻石脑油、重石脑油和少量柴油产品质量均达标到标准要求。     

聚苯乙烯反应器流体传热特性及换热系统结构改进的数值研究

聚苯乙烯反应过程中物料的升温速率及温度分布影响产品的质量和生产效率，反应器的设计与改造必须考虑物料搅拌过程中的升温速度和温度分布问题。在役聚苯乙烯反应器存在升温速率较慢，温度分布不合理等问题。利用ANSYS／FLORTAN程序计算了反应器内物料的温度场，找出了在役聚苯乙烯反应器存在的问题，提出了设备的改造方案。实践表明，第二种方案的装置内物料的升温速率较快，温度分布均匀，且降低了能耗。     

密相气力输送系统中发送罐供料过程研究进展

发送罐是密相气力输送系统的核心设备之一,其供料特性及供料稳定性将直接影响整个密相气力输送系统的安全稳定运行,对于发送罐供料过程的研究将成为密相气力输送技术的一个新的研究热点。从发送罐供料特性、发送罐内粉体物料流动型态以及供料稳定性等方面评述了密相气力输送系统中发送罐供料过程近些年取得的研究进展,并在此基础上对后续研究方向给出了建议,可为密相气力输送系统中发送罐的设计、控制和运行提供一定的理论依据。     

加氢精制催化剂RS-1000器外再生技术应用及效果

广州石化加氢精制Ⅲ装置采用石油化工科学研究院开发的RS-1000催化剂,其活性组分主要是镍、钨、钼。该催化剂对4,6-DMDBT类稠环位阻硫化物的转化能力远远超过常规加氢精制催化剂,具有优异的柴油超深度脱硫能力。在装置运行1035d后,进行首次大修,并对RS-1000催化剂进行器外再生和活化,补充了部分新剂。催化剂器外再生技术的主要优点,是再生过程不易产生局部过热;催化剂活性恢复程度较高;可以增加加氢装置的开工时数;加氢装置设备不再承受再生含硫气体的腐蚀;经济效益好。RS-1000催化剂器外再生及工业应用结果表明,在原料性质、体积空速相近的条件下,产品质量满足国Ⅲ柴油质量指标要求,且反应器入口温度明显下降,催化剂再生效果好,各项物化性质与新鲜催化剂基本相当,降低了生产成本,节省了检修时间,实现了催化剂长周期使用的目标。     

SCR脱硝反应器入口烟气条件对反应器性能的影响

建立了SCR反应器三维模型,利用Fluent软件,通过UDF实现烟气组分因发生化学反应而引起的质量变化,从而模拟催化剂层复杂的脱硝反应,分别研究了反应器入口烟气速度、温度、NH3/NOx等对反应器性能的影响。结果表明:入口烟气速度分布不均匀性对反应器的性能影响不大,入口烟气NH3/NOx分布不均匀性对反应器的性能影响较大,而入口烟气温度分布不均匀性对反应器的性能影响最为显著;反应器脱硝性能更高时,其对入口NH3/NOx分布的均匀性要求也更高;反应器脱硝性能是入口烟气速度、温度及NH3/NOx综合影响的结果。     

固体催化剂浸渍设备及工艺进展

浸渍法是工业上制备固体催化剂的一种重要方法。浸渍工艺确定后,浸渍设备对催化剂的生产及其性能具有重要影响。从压力上,浸渍可分为常压浸渍、加压浸渍和真空浸渍。常用的常压浸渍设备是不锈钢(夹层)锅,包括可倾式、固定式、旋转式和带有搅拌器的浸渍锅;加压浸渍技术的目的在于加快活性组分扩散速度,提高浸渍均匀性和浸渍效率,加压浸渍设备中比较常见的是卧式加压浸渍罐;真空浸渍在催化剂生产中被普遍应用,其优点是可以将载体微孔内的空气抽出,有利于活性组分的快速扩散和充分浸渍。从浸渍工艺上,浸渍又可分为间歇浸渍和连续浸渍。在浸渍设备选型中,一定要综合考虑技术及经济因素。首先选择合理的浸渍方式,再根据浸渍需求确定采用间歇还是连续浸渍工艺,最后选定浸渍设备及工艺。关于浸渍工艺的研究比较多,而关于浸渍设备的研究相对较少。作为催化剂工程化的关键设备,在进行催化剂工艺研究的同时,应该更加注重催化剂制备设备的开发。     

Modeling and experimental validation on pressure drop in a reverse-flow cyclone separator at high inlet solid loading

High inlet solid loading is one of the most important features of cyclone separators in high density circulating fluidized beds (CFB). In this work, the effect of high solid loading on pressure drop in a reverse-flow cyclone was experimentally studied. The particles used were sand and γ-Al₂O₃. An extended range of inlet solid loadings (M), up to 30 kg of solids/ kg of air was tested at different inlet air velocities (V _in=16∼24 m/s), well beyond the solid loading range reported before. The experiments showed that, in the tested range of solid loadings, the cyclone pressure drop decreased dramatically with increasing solid loading when M<7.5 kg/kg and then almost remained constant. A new semi-empirical model for predicting cyclone pressure drop was also developed. The calculated and experimental results showed good agreement for particle free flow and particle laden flow.     

CFD simulation and experimental study for two-phase flow through the trickle bed reactors, sock and dense loaded by trilobe catalysts

In this study single and two phase flow through the trickle bed reactor loaded with a two different loading manner, sock and dense, have been investigated numerically and experimentally. The CT-scan imaging and an image processing code have been used for investigation of radial porosity distribution of trilobe catalyst in sock and dense loading procedure in trickle bed reactors and two different correlations have been proposed. These correlations were used in a single and two phase CFD code for prediction of pressure drop of gas flow in dry and prewet trilobe catalyst packed bed and also pressure drop and dynamic liquid holdup for two phase flow. In addition, these variables were studied experimentally with a laboratory scale trickle bed reactor. The results of CFD simulations show a very good agreement with experimental data.     

标准催化剂公司加氢催化剂在惠州炼化高压加氢裂化装置的应用

中海油惠州炼化高压加氢裂化装置处理能力为4000kt/a,采用先进的壳牌专利工艺技术,是目前国内单套处理能力最大的加氢裂化装置,加工原料主要是常减压减二、减三线蜡油和焦化蜡油。该装置选用标准催化剂公司开发的保护剂Opti Trap[Medellion]、Opti Trap[Macro Ring]、Opti Trap[Ring]、Opti Trap[Filter Lobe]、Max Trap[Ni,V]VGO、加氢精制催化剂DN-3551、深度脱氮催化剂Z-503和加氢裂化催化剂Z-3723。从催化剂床层压降、反应温度(催化剂活性)、催化剂选择性、产品收率和产品性质等方面分析催化剂使用性能,结果表明:保护剂较强的容垢能力和级配装填技术,为主催化剂充分发挥性能提供了条件;加氢精制催化剂DN-3551以及深度脱氮催化剂Z-503具有较强的脱硫、脱氮和芳烃饱和能力;加氢裂化催化剂Z-3723具有较高的裂化活性和选择性。     

300 MW循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的方法对300 MW循环流化床锅炉内的气固两相流体动力学参数进行全床数值模拟研究,重点分析了循环流化床锅炉炉膛以及回料阀的气固流动特性,获得固相颗粒浓度和速度场在炉膛内的分布以及固体循环流量、系统压力平衡、回料阀的运行情况等锅炉关键参数。结果表明：颗粒浓度的轴向分布呈现明显的密相区和稀相区两部分,模拟得到的轴向压力分布与实际工况吻合较好,验证了CPFD方法模拟循环流化床锅炉的准确性;锅炉回料阀内压降最大,这与床料分布相符;回料阀返料室流化程度较高,而输运室流化程度较小,呈现鼓泡床状态,气泡大都贴壁逃逸。     

塔河原油特性及延长装置生产周期措施探讨

塔河原油具有密度大、黏度高、残炭高、硫含量高、重金属含量高、沥青质含量高、总拔出率低的特点,是较难加工的劣质稠油之一。根据塔河原油基本特点,其产品结构应考虑汽油、低凝柴油和焦化轻质化的结构形式,工艺流程不需要通过减压蒸馏塔和催化裂化装置。为延长装置生产周期,采取了大循环比焦化方案、电脱盐成套技术改造、在线烧焦和多点注蒸汽技术、延长消泡剂和阻焦剂注入时间、加强“一脱三注”和设备防腐等措施。     

固定床反应器催化剂装填方案的优化

脱砷反应器压降升高会严重影响压缩机的安全运行,同时也制约了装置的加工量。分析认为,压降升高的主要原因是床层空隙率减小,而空隙率减小的主要原因是床层杂质增多,堵塞了颗粒间的空隙。阐述了级配剂和除垢篮在抑制压降升高方面的作用,提出级配剂加除垢篮的组合装填方案,有效解决了固定床反应器的压降问题,使撇头周期达到9个月,并对装填方案的进一步优化提出建议。     

The effects of different dimensional carbon additives on performance of PEMFC with low-Pt loading cathode catalytic layers

The addition of carbon additives to the catalytic layers (CLs) with low-Pt loadings significantly improves the cell performance of proton exchange membrane fuel cells. However, the structure-activity relationship between the different dimensional carbon materials in CLs and the cell performance is still unknown. In the present work, three different dimensional carbon materials have been added into the cathode CLs with low Pt loading. The addition of one-dimensional carbon nanotubes and zero-dimensional XC-72R significantly enhanced the power density of the fuel cell because of the improved Pt dispersion and porous structures of the CL. This resulted in enhanced gas transfer and water removal accessibility. Nevertheless, the tortuous transfer path of gas and water after the presence of graphene nanosheet in the CL results in increased mass transfer resistance, although it reduces the charge transfer of the CL due to the improved catalyst utilization at low current density regions of polarization curves.     

Pressure drop in cyclone separator at high pressure

For the design of pressurized circulating fluidized beds, experiments were conducted in a small cyclone with 120 mm in diameter and 300 mm in height at high pressures and at atmospheric temperatures. Influence of air leakage from the stand pipe into the cyclone was specially focused. A semi-empirical model was developed for the prediction of the pressure drop of the cyclone separator at different operate pressures with the effect of air leakage and inlet solid loading. The operate pressure, air leakage and inlet solid loading act as significant roles in cyclone pressure drop. The pressure drop increases with the increasing of pressure and decreases with the increasing of the flow rate of air leakage from the standpipe and with the increasing of the inlet solid loading.     

Performance optimization of ultra-low platinum loading membrane electrode assembly prepared by electrostatic spraying

To improve the utilization of platinum and reduce the manufacturing cost of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), the electrostatic spraying was used to prepare the cathode catalyst layer of membrane electrode assembly (MEA) with platinum loading varying from 0.1 to 0.01 mg cm^?2. The performance of fuel cell was tested and analyzed by electrochemical impedance and polarization curve. Our results show that the platinum carbon (Pt/C) particles deposited by electrostatic spraying were well dispersed and the microporous structure of catalyst layer (CL) were relatively uniform. Replacing the CCS type MEA (catalyst coated on gas diffusion layer substrate) with the CCM type MEA (catalyst coated on proton exchange membrane) can reduce its electrochemical impedance and improve the power density of fuel cell. Compared to the Pt/C catalyst with a platinum mass fraction of 60%, a lower platinum-carbon ratio catalyst is more conducive to the uniform dispersion of catalyst particles and efficient utilization of platinum in the preparation of MEA with ultra-low platinum loading. However, their difference in peak power density decreases with the increase of platinum loading. Besides, increasing the back pressure can improve the performance of fuel cell, when the back pressure increased to 0.15 Mpa and the feeding gases were set as H₂/O₂, the peak power density of 0.56 W cm^?2 was obtained by the MEA with cathode platinum loading of 0.01 mg cm^?2, which is corresponding to the cathode platinum utilization of 56 kW·g_Pt^?1_cathode.