周 穎，馬燕青，張晨曦

（中石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

關(guān)于ACE催化裂化評價裝置操作情況一些注意事項(xiàng)

周 穎，馬燕青，張晨曦

（中石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

詳細(xì)介紹了ACE裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程，在實(shí)際操作ACE評價裝置的基礎(chǔ)上，積累出了三點(diǎn)在操作中容易發(fā)生且經(jīng)常忽視的問題，通過清晰地圖片詳細(xì)介紹并描述現(xiàn)象及后果。ACE裝置操作流程復(fù)雜，若疏忽某一環(huán)節(jié)就可能導(dǎo)致整個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的錯誤，甚至對儀器造成損傷，這就對技術(shù)操作人員提出了更高的要求。

催化裂化；ACE評價裝置；操作注意事項(xiàng)

流化催化裂化 （FluidCatalyticCracking,FCC）是重質(zhì)油輕質(zhì)化的一個主要煉油工藝，由于輕質(zhì)油的需求量大，價格較高，工藝裝置的建設(shè)投資相對較低，所以在煉油工業(yè)中占有極重要的位置[1,2]。ACE（Advanced Cracking Evaluation，ACE），即先進(jìn)的催化裂化評價試驗(yàn)裝置，是美國KTI科技有限公司（Kayser Technology Incorporation）開發(fā)的小型全自動化固定流化床催化裂化催化劑評價裝置。該裝置模擬工業(yè)FCC裝置中微球裂化催化劑與重油催料的流化狀態(tài)、工藝參數(shù)和反應(yīng)狀態(tài)，最終工藝效果與工業(yè)FCC裝置相匹配。因其具有自動化程度高、安全系數(shù)高、劑/油用量少、耗時短、試驗(yàn)過程具有較好的穩(wěn)定重復(fù)性，可一次性做6個不同試驗(yàn)條件的裂解反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛認(rèn)可[3]。其在推進(jìn)分子篩工業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化的跨越，摸索與研究分子篩制備過程中的放大效應(yīng)，為分子篩的工業(yè)化生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供科學(xué)數(shù)據(jù)，確保分子篩在工業(yè)化生產(chǎn)過程中保持性能穩(wěn)定等方面，具有舉足輕重的作用。ACE裝置作為FCC催化劑的實(shí)驗(yàn)室評價裝置，應(yīng)用極其廣泛，在歐洲、北美、南美的國外各大石油公司，如Chevron、Shell、Exxon Mobil等，催化劑煉廠研究中心以及國內(nèi)的北京石油化工科學(xué)研究院、北京石油化工研究院及下屬單位蘭州中心、蘭州化學(xué)物理所、中國石油大學(xué)、華東師范大學(xué)等多家單位引進(jìn)[4]，在FCC催化劑的實(shí)驗(yàn)室評價、FCC原料油的性能評價、FCC反應(yīng)機(jī)理的測試等方面發(fā)揮著越來越重要的作用[5,6]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大型精密科研儀器正逐漸走向高度自動化，很多儀器都能做到采用工作站進(jìn)行一站式的全自動控制，即使常規(guī)故障也可以通過工作站來進(jìn)行監(jiān)控和排除[7]。然而，以ACE為中心的煉油實(shí)驗(yàn)室配置相對復(fù)雜，這給熟悉整個實(shí)驗(yàn)室的操作流程及其維護(hù)保養(yǎng)帶來了諸多困難[8]。本文介紹了ACE評價裝置及其操作的一些注意事項(xiàng)，對于同行來說具有重要的參考意義和借鑒價值。

1 ACE裝置簡介

1.1 所用原料與試劑

ACE裝置進(jìn)料采用FCC原料油，催化劑為FCC催化劑微球（38～250μm）。氣源為高純氮?dú)?、普通氮?dú)?、高純空氣、高純氦氣?0%的二氧化碳、煉廠標(biāo)氣，以及蒸餾水和乙二醇（分析純）。

1.2 裝置圖解

ACE裝置示意圖如圖1所示。裝置包括控制系統(tǒng)、催化劑裝卸系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、油氣分離、收集系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)等七大部分。催化劑的積碳數(shù)據(jù)利用AI-100在線紅外CO2分析儀收集；產(chǎn)物分析至少需要2臺氣相色譜儀，其中煉廠氣分析（RGA）為在線模式，模擬蒸餾分析為離線模式。

1.3 催化裂化工藝流程

根據(jù)ACE裝置的設(shè)計(jì)原理及FCC煉油的特征，設(shè)計(jì)如圖2所示的運(yùn)行簡易流程圖。

催化劑樣品通過加劑系統(tǒng)自動加入反應(yīng)器中，其中新鮮劑經(jīng)過噴霧和老化后，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)過篩，10min后取60～400目，在馬弗爐內(nèi)600℃焙燒2h，待溫度降至300℃時取出，放入樣品干燥箱備用，平衡劑則無需老化。原料油經(jīng)過水浴加熱呈液態(tài)，通過進(jìn)油管加入反應(yīng)器中，在此原料油與流態(tài)化的催化劑進(jìn)行短時間接觸反應(yīng)，繼而進(jìn)行催化劑循環(huán)汽提，氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入冷阱的冷凝管中，再經(jīng)液體汽提、冷凝后的氣體產(chǎn)物收集在集氣瓶中，進(jìn)行后續(xù)的計(jì)量及在線色譜定性、定量分析；液體產(chǎn)物收集在冷凝管中，進(jìn)行離線稱重及模擬蒸餾色譜分析；沉積在催化劑上的固體產(chǎn)物炭，即焦炭，是催化裂化的縮合產(chǎn)物，待反應(yīng)結(jié)束后先在反應(yīng)器中經(jīng)空氣燒焦再生，然后經(jīng)CO轉(zhuǎn)化爐完全轉(zhuǎn)化為CO2，再由在線紅外CO2分析儀進(jìn)行分析計(jì)算焦炭產(chǎn)率；液體產(chǎn)物離線稱重，進(jìn)行模擬蒸餾色譜分析，對液體組分進(jìn)行切割，分析汽油和柴油組成。最后利用KTI公司配置的計(jì)算軟件分析催化裂化的物料平衡及產(chǎn)品分布，得出總數(shù)據(jù)分析報(bào)告，一個ACE樣品的總運(yùn)行時間約為1h。

圖1 ACE裝置示意圖

圖2 ACE運(yùn)行流程圖

2 ACE反應(yīng)過程常見問題

2.1 液體冷凝器與收集瓶安裝問題

在液體冷凝器（Condenser）末端表面涂抹少量真空脂，真空脂的作用不容忽視，它一方面可以減小安裝收集瓶時產(chǎn)生的摩擦，另一方面可以防止液體經(jīng)過硅樹脂套管溢出。通過硅樹脂套管將寬嘴的色譜安培小瓶與冷凝器連接起來，過程一定要緩慢，保證冷凝器內(nèi)管處于小瓶瓶口正中間，小心避免與瓶口摩擦碰撞，既要保證小瓶安裝牢固，不易掉落，又要在底部留有一定空隙防止液體進(jìn)入冷凝管后出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象，如圖3所示，冷凝器底部和小瓶底部應(yīng)相距2mm。

圖3 液體冷凝器與收集瓶

2.2 催化劑儲料器密封性

對于ACE裝置來說，催化劑儲料器共有6個，每個上面配有白色六邊形密封蓋，稱好后的催化劑分別依次按順序加入儲料器中，加完后蓋緊密封蓋，如圖4左邊所示。加劑原理屬于氣動力加劑系統(tǒng)，所以如果密封不好就會導(dǎo)致加劑不完全，ACE界面可以反映出各關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)值變化，運(yùn)行軟件在反應(yīng)過程中自動記錄反應(yīng)的歷史曲線（如圖5所示），通過歷史曲線可以明晰每個裂解運(yùn)行的詳細(xì)信息，其中壓力曲線最能及時有效地監(jiān)控反應(yīng)全過程。圖5中紅色柱狀線代表反應(yīng)器壓力線 （PDT-122），加劑正常情況下，入左圖所示，兩次壓差在4mmHg左右，而如果密封不好，就會出現(xiàn)右圖的情況，壓差在1mmHg左右，之后的反應(yīng)過程就會停滯。因此在人工加完劑后，一定要仔細(xì)檢查6個密封蓋是否擰緊，以防中斷試驗(yàn)過程。造成不必要的麻煩。接著在程序自動運(yùn)行過程中，注意留意儀器的每一步操作，隨時觀察儀器是否有異常情況，以便及時發(fā)現(xiàn)并予以糾正，從而保證儀器的安全和順利獲得可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖4 催化劑儲料器及其密封蓋

圖5 正常密封和非正常密封的歷史曲線（紅色柱狀線代表PDT-122）

2.3 裝卸殘劑罐

每次試驗(yàn)完成后，系統(tǒng)都會運(yùn)行卸劑程序，大約54g（6×9g）催化劑會卸入圖6左邊所示的殘劑罐V-195中，為了確保下一次試驗(yàn)順利進(jìn)行，殘劑罐中的催化劑都要清除干凈，方法則是擰下ACE裝置上的V-195入口和出口的螺帽，卸下V-195，回收催化劑，用氮?dú)獯祾吒蓛艉笾匦卵b好復(fù)位。如果忘記上緊圖5右邊所示的螺帽，則會出現(xiàn)如下圖的情況，卸劑過程中催化劑會噴的到處都是，可能會污染或阻塞其他備件，同時對試驗(yàn)的環(huán)境和技術(shù)人員的健康造成負(fù)擔(dān)。因此，在準(zhǔn)備運(yùn)行裝置之前，務(wù)必要仔細(xì)檢查裝置的各個部分，尤其是之前操作人員動過的地方，確保都恢復(fù)到最恰當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。

圖6 殘劑罐及噴劑現(xiàn)象

3 結(jié)語

液體冷凝器與收集瓶安裝，催化劑儲料器密封性以及裝卸殘劑罐都是ACE評價裝置中容易忽視的細(xì)節(jié)問題，再加上前面的物料準(zhǔn)備，可以說，整個ACE催化裂化前后的操作流程既復(fù)雜又繁瑣。由于ACE裝置的自動化程度高，功能強(qiáng)大，涉及的元器件多，若疏忽當(dāng)中的某一環(huán)節(jié)，就可能無法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，甚至?xí)x器和付出的人力物力有所損害。因此除了需要嚴(yán)格按照ACE煉油實(shí)驗(yàn)室的操作規(guī)程進(jìn)行外，還要加強(qiáng)技術(shù)人員上崗培訓(xùn)，最好能做到專人專管，做好維護(hù)記錄，在試驗(yàn)中不斷學(xué)習(xí)，時時記錄，積累經(jīng)驗(yàn)，善于發(fā)現(xiàn)問題，及時排除，盡可能保證每次操作零錯誤、零誤差，使ACE裝置處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，得到的數(shù)據(jù)才能具有較強(qiáng)的可信度、可靠性、規(guī)律性、和可比性，只有這樣才能將ACE裝置的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，為催化裂化催化劑的發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

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