粉体流冷却器在催化剂生产上的应用

李兴林，张厚清，王 莉

（1. 中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁 抚顺 113006； 2. 加拿大粉体流冷却科学公司中国服务中心，上海 201611）

由于可加工原油性质的更加劣化和对环保要求标准的提高，因而对油品提出了更高的质量要求，超深度加氢脱硫已成为柴油加氢的焦点课题之一。目前广泛使用的负载型加氢催化剂因受负载量的限制，活性也难大幅提高。而非负载型催化剂凭借其更高的金属含量，更大的活性位密度，表现出更优异的加氢活性。在非负载型催化剂的生产过程中，为便于处理和包装，降低催化剂的温度，是非负载型催化剂制备中的一个重要环节，为此非负载型催化剂制备生产工艺包中催化剂冷却器的选型设计，对保证催化剂制备生产线的正常运行至关重要。

1 催化剂冷却器工艺流程简述和性能要求

1.1 工艺流程简述

催化剂成品在活化炉内活化，此时的催化剂温度大约在 375～400 ℃左右，经卸料斗式提升机提升至粉体流冷却器进料口位置。高温催化剂从粉体流冷却器顶部进料，经粉体流冷却器冷却到60 ℃。冷却后的催化剂经筛分机筛分后进入成品料仓储存并包装入库。催化剂冷却器工艺流程简图见图1。

图1 催化剂冷却器工艺流程简图Fig.1 Process flow diagram of catalyst cooler

1.2 性 能

1.2.1 物料性质

物料名称：催化剂成品;

粒径分布：1.2～3.2 mm 三叶草型;

堆密度：790～1 000 kg/m3;

颗粒最大尺寸：3.2 mm;

比热：0.25 kcal/(kg·℃);

含湿量：5%;

安息角：30°。

1.2.2 工艺参数

物料流速：157 kg/h；

进料温度：375 ℃；

出料温度：60 ℃；

物料来源：提升机；

排料：振动输送机；

冷却介质：循环水。

1.2.3 材质要求

为了防止催化剂中毒，要求与催化剂接触的设备材质不污染催化剂。

2 催化剂冷却器的选型

2.1 粉体流冷却器技术与传统冷却技术对比

目前我国催化剂按物理性质可分为粉状和粒状两种，传统的冷却方式有转鼓冷却器和流化床冷却器。国内催化剂生产企业生产过程中的冷却装置大都采用转鼓冷却器或流化床冷却器，以风冷的方式对催化剂进行冷却后包装。但无论采用转鼓冷却器还是采用流化床冷却器进行冷却，由于是气固两相换热，都存在产品质量差、风量大、能耗高、占地面积多、尾气除尘负荷高等问题。

与传统流化床冷却器和转鼓冷却器等风冷技术相比，粉体流冷却器具有如下特点：

（a）采用循环水冷却，能耗下降90%；

（b）不采用气体作为冷媒，无粉尘排放，绿色低碳；

（c）安装成本低，无需使用气体处理设备，如：冷冻除湿机、鼓风机、大口径风管、引风机、除尘器、洗涤塔和控制排放单元等；

（d）设计简单，无运动部件，静设备运行，维

修成本低；

（e）结构紧凑，占地空间小，易于融入现有的工厂体系，同样适合改造项目。

2.2 粉体流冷却器工作原理

Solex 粉体流冷却技术有效地将颗粒物料的密相输送原理、板式传热技术和精确的粉体传热模拟软件创新结合在一起。粉体流冷却器的传热板组由一组立式传热板片组成。当冷却水从传热板内通道流过时，通过热传导方式对传热板间的催化剂颗粒进行冷却，催化剂颗粒在从传热板板片间均匀可控的自上而下依靠重力缓慢通过。

密相输送原理是Jenike 和Johansen 于19 世纪60 年代发现的。他们建立了固体粒子的特征理论并预见它们的流动能力，使得箱体和筒仓可以被设计用于自由下料并可避免产生死区和架桥。典型的密相输送仓有垂直筒仓和下料锥。当有少量物料从密相输送仓中通过时，仓中的所有物料就会发生整体流动。

密相输送原理是粉体流冷却器设计的关键点。为了达到均一的冷却效果，物料必须以均匀的速度通过冷却器的整个横截面。为了达到密相输送，我们必须在换热器的底部安装可以提供均匀流动的下料装置。底部稳定而均匀的流动可以使物料均一的通过冷却器的整个横截面。

催化剂粉体流冷却器由四个部分组成：进料仓、传热板组、下料装置和控制系统。催化剂颗粒从设备顶部进入进料仓，颗粒经进料仓均匀分布进入传热板板间通道。催化剂颗粒在立式平行放置的板片之间缓慢下降，以适当的停留时间，实现最佳的出料温度。催化剂颗粒缓慢而且可控流动能有效的防止产品的磨损和分解，从根本上保证产品的颗粒的完整性不被破坏。温度均匀可控，保持最佳产品质量，消除结疤、结块，避免产品品质变化。粉体流冷却器结构示意图见图2。

图2 粉体流冷却器结构示意图Fig. 2 Powder flow cooler structure diagram

2.3 粉体流冷却器在国内外催化剂行业应用情况及应用前景

20 多年来，已有超过500 台粉体流冷却器服务于全球固体粒子换热领域。

粉体流冷却器的主要应用领域有：催化剂、化肥领域、纯碱领域、化学制品、聚合物领域、制糖领域、干化污泥领域。1992 年第一台粉体流冷却器被成功应用于 UOP 位于美国路易斯安那洲Shreveport 工厂的氧化铝催化剂生产线，整体运行了良好，几乎没有维修和操作，一线作业及设备维护人员对的 SOLEX 粉体流冷却器的人性化设计表示赞赏；同时产品的品质也大为改善获得工厂一线生产人员的认可。从此粉体流冷却器在催化剂领域建立了良好的声誉，并逐渐应用到FCC 催化剂、CCR催化剂、活性炭催化剂及其他催化剂等领域。在国内某石化公司催化剂厂，粉体流冷却器运用在成品生产线的催化剂生产中，主要参数如下：物料规格为1.6～2.5 mm 的长条形，处理能力为806 kg/h，催化剂温度由375 ℃降至70 ℃，该设备于2005 年调试并投入使用至今，未对设备进行任何主要部件的更换（垫片等除外），传热板内部未发生结垢，也没有对传热板内部进行酸洗的经历，已安全平稳生产十余年，总体应用良好，图3 为催化剂冷却器现场安装图片。

3 结 语

图3 催化剂冷却器现场安装图片Fig.3 Catalyst cooler field installation diagram

在催化剂的生产中，国内大部分生产企业生产技术落后，生产不能连续运行，单纯靠人工分段生产操作，导致催化剂性能不均一，生产成本较高，生产工人工作条件差，粉尘和污水等排放不符合环保要求等。所以大多数催化剂厂在项目新建和改扩建时必须考虑以下问题：减少或消除气体及粉尘排放、提高产品质量、满足扩大生产的处理能力和空间需求、降低操作维修费用。Solex 的粉体流冷却器可有效消除这些生产瓶颈，降低单位生产成本，符合绿色环保排放要求。