煉廠催化裂化外甩油漿分離技術(shù)研究進(jìn)展

陳 卓，肖宜春，王 偉（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414012）

煉廠催化裂化外甩油漿分離技術(shù)研究進(jìn)展

陳 卓，肖宜春，王 偉
（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414012）

煉廠催化裂化油漿中含有固體催化劑顆粒，主要成分為硅酸鋁。固體催化劑顆粒的存在影響油漿的深加工和綜合利用，同時(shí)對(duì)下游設(shè)備造成不利影響。本文比較了油漿中固體顆粒物的脫除方法與油品組分的分離方法，提出了今后催化裂化油漿分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

催化油漿；催化劑；分離

催化裂化（FCC）是現(xiàn)階段重質(zhì)油輕質(zhì)化的重要加工方法之一。近年來，F(xiàn)CC工藝不斷優(yōu)化，催化劑的研究和應(yīng)用也取得了重要進(jìn)展。隨著原油逐年變重，煉廠摻煉渣油比重增加，催化裂化副產(chǎn)的油漿越來越多，通常外甩油漿量占比較重，達(dá)原料油的8%左右。外甩油漿或低價(jià)賣掉造成了資源浪費(fèi)，或用作燃料油影響爐嘴的使用壽命，因此實(shí)現(xiàn)油漿的綜合利用尤為重要［1-2］。

FCC油漿的分離包括固體催化劑顆粒與油漿的分離、油品自身組分的分離兩方面，下面分別介紹。

1　FCC油漿中固體顆粒分離方法

有效脫除油漿中的固體催化劑顆粒是實(shí)現(xiàn)外甩油漿綜合利用的前提，目前分離油漿中固體顆粒物主要有自然沉降法、過濾分離法、靜電分離法、離心分離法、化學(xué)助劑沉降法、高溫陶瓷膜錯(cuò)流過濾法等方法。

1.1自然沉降法

自然沉降法亦稱為重力沉降法，即利用固體催化劑顆粒自身的重力作用實(shí)現(xiàn)沉降分離。該法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是早期多數(shù)煉廠廣泛采用的一種分離方法。但由于油漿中催化劑顆粒微小，粒徑僅為0～80μm，且油漿中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的分散作用阻礙了催化劑顆粒的沉降，因此該方法需要的沉降時(shí)間長(zhǎng)，較難除去粒徑在20μm以下的催化劑顆粒，且所需沉降設(shè)備體積較大，目前已被淘汰［3-4］。

1.2過濾分離法

過濾分離法是利用微孔材料將FCC油漿中的催化劑顆粒過濾除去而實(shí)現(xiàn)凈化分離的一種方法，合適的微孔材料以及有效的反沖洗方式是該方法成功應(yīng)用的關(guān)鍵。工業(yè)化的過濾分離技術(shù)主要有2種，一種是MOTT公司的HyPulse LSI型油漿連續(xù)過濾系統(tǒng)，另一種是PALL公司的金屬燒結(jié)絲網(wǎng)濾芯過濾技術(shù)。中石化長(zhǎng)嶺分公司、安慶石化、天津石化等引進(jìn)了此類技術(shù)，引進(jìn)之初FCC油漿的凈化分離效果均較好，但隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，逐步暴露出裝置切換頻繁無法長(zhǎng)時(shí)間操作、濾芯更新費(fèi)用較高等問題［5］。中國(guó)石油大學(xué)、北京鋼鐵研究總院等單位在多孔金屬過濾技術(shù)方面也做了類似的研究工作［6-7］。

該法具有投資少、操作簡(jiǎn)便、分離效果穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)也很明顯，主要是過濾阻力大，沖洗時(shí)間長(zhǎng)，濾芯使用壽命不長(zhǎng)。

1.3靜電分離法

靜電分離法的原理是讓含有微小顆粒的油漿流經(jīng)電場(chǎng)作用下的填料床層，微粒在高壓電場(chǎng)中被極化，從而被填料吸附，使油漿得以凈化。該法是一種新型的液固分離技術(shù)，特別適用于固體顆粒較小，且液相電阻率較大的體系。

靜電分離技術(shù)分離效率高，處理量大，易沖洗再生，床層壓降小，易分離微小顆粒，但設(shè)備投資大，維護(hù)困難，運(yùn)行費(fèi)用高，且分離效率受油漿本身性質(zhì)和操作條件的影響較大。

美國(guó)海灣石油公司于1979年開發(fā)了靜電分離器，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，全球目前有30多套裝置仍在運(yùn)行。金陵石化公司于1988年引進(jìn)了一套該靜電分離設(shè)備，實(shí)際使用過程中分離效果不理想。1994年，國(guó)內(nèi)經(jīng)二次創(chuàng)新，設(shè)計(jì)制造了首套重油FCC油漿靜電過濾裝置，并在鎮(zhèn)海煉化公司投入使用，但分離效率低于20%，且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作費(fèi)用高，該裝置使用一段時(shí)間后停用［8］。近年來，華東理工大學(xué)方云進(jìn)等［9-10］對(duì)靜電分離設(shè)備的開發(fā)做了大量的研究工作，對(duì)影響靜電分離效果的油漿黏度、固體顆粒粒徑、填料床層高度等因素進(jìn)行了研究。

1.4離心分離法

離心分離法是利用催化劑顆粒的離心力遠(yuǎn)大于重力，大大提高其沉降速率，從而實(shí)現(xiàn)與油漿分離的方法?，F(xiàn)有旋流分離法、離心沉淀分離法2種。

旋流分離法是將液-固非均相混合物加入旋流器，以較高流速做螺旋運(yùn)動(dòng)，使催化劑顆粒在離心力作用下沉降至器壁而實(shí)現(xiàn)分離，該法可分離3～500μm的固體顆粒。該分離方法設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)費(fèi)用低。華東理工大學(xué)白志山等［11］用10mm微型漩流管進(jìn)行FCC油漿催化劑顆粒分離，分離效率達(dá)60%以上。

離心沉淀分離法是利用高溫試管沉降離心機(jī)，在高溫及高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下實(shí)現(xiàn)固液混合物的分離，該方法對(duì)10μm以上的固體顆粒有較好的分離效果。但該設(shè)備復(fù)雜，投資費(fèi)用高，且處理量不大，因此難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

1.5化學(xué)助劑沉降法

化學(xué)助劑沉降法是在油漿中加入微量的化學(xué)沉降助劑，使催化劑顆粒之間絮凝顆粒粒徑變大，加速固體顆粒沉降，從而達(dá)到提高脫除效率的目的。沉降助劑主要有水溶性聚胺、脂肪族季銨鹽、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、磺化聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、烷基酚醛樹脂等。該方法具有操作簡(jiǎn)便、助劑便宜、投資較小的特點(diǎn)，已被較多煉油企業(yè)及科研工作者所關(guān)注，國(guó)內(nèi)外使用該方法對(duì)FCC油漿進(jìn)行分離的煉廠已達(dá)50多家。

國(guó)外研究方面，Paul等［12］將乙氧基氫化碳十八烷基氯化季銨鹽和1～500mg·g-1牛脂三乙氧基乙酸胺按摩爾比2∶1加入到FCC油漿中，沉降溫度93℃，沉降時(shí)間24h，結(jié)果顯示，固體顆粒脫除率為21%。

Philip等［13］將10～250mg·g-1酯化的烷氧基酚醛樹脂、烷基酚醛樹脂作為化學(xué)沉降助劑加入FCC油漿中，沉降時(shí)間8h，可將FCC油漿的灰分由1000～2000mg·g-1降低到500mg·g-1以下。

Edward等［14］使用聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、磺化聚苯乙烯以及部分氫化的聚丙烯酰胺等作為化學(xué)沉降助劑，當(dāng)其加入量在10～250mg·g-1之間、沉降時(shí)間8h，可將FCC油漿的灰分由1000～2000mg·g-1降低到500mg·g-1以下。

國(guó)內(nèi)研究方面，陳俊杰等人［15］采用烷基酚甲醛樹脂復(fù)配物對(duì)安慶石化FCC油漿進(jìn)行了沉降分離，在沉降溫度90℃，沉降時(shí)間24h，沉降劑添加量75～200μg·g-1的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，F(xiàn)CC油漿的平均灰分由2.05%降至0.05%。

石油化工科學(xué)研究院以遼河FCC油漿為原料，采用加入化學(xué)助劑和離心分離相組合的工藝，將FCC油漿的灰分含量由900μg·g-1降至10～82μg·g-1，可以滿足針狀焦、船用燃料油的生產(chǎn)要求［16］。

牛徹等人［17］采用破乳-絮凝沉降分離工藝處理高橋石化FCC油漿，選擇 PR-3復(fù)配物作為破乳劑，聚丙烯酰胺作為絮凝劑，沉降溫度為90℃，沉降時(shí)間12h，結(jié)果表明油漿灰分含量可降至100μg·g-1以下。

1.6高溫陶瓷膜錯(cuò)流過濾法

2008年，北京中天元環(huán)境工程有限責(zé)任公司與中石化長(zhǎng)嶺分公司聯(lián)合開發(fā)了高溫陶瓷膜錯(cuò)流過濾法。該法采用耐高溫的陶瓷膜作為過濾材料，克服了傳統(tǒng)金屬絲網(wǎng)過濾器頻繁切換、濾芯易堵塞且清洗再生困難等問題，具有過濾精度高、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。2010年8月完成了500kg·h-1規(guī)模的放大實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，F(xiàn)CC油漿經(jīng)過高溫陶瓷膜錯(cuò)流過程處理過程，催化劑細(xì)粉含量由4.6g·L-1降為0g·L-1。2010年12月，該技術(shù)通過了中石化總公司的技術(shù)評(píng)議［18］。

2　FCC油漿組分的分離方法

FCC油漿組分較復(fù)雜，主要含有約50%飽和烴、約40%的芳烴和稠環(huán)芳烴，另含有約10%的膠質(zhì)與瀝青質(zhì)。FCC油漿組分的分離方法主要有減壓蒸餾法和溶劑萃取法。

2.1減壓蒸餾

FCC油漿可采用減壓蒸餾方式進(jìn)行分離，溫度控制是關(guān)鍵因素。溫度低時(shí)蒸餾拔出率不夠，溫度太高易引起油漿結(jié)焦。

國(guó)內(nèi)在FCC油漿減壓蒸餾工藝方面做了許多研究工作。許志明等人［19］將大慶、大港和沙特重油FCC 油漿分離出催化劑顆粒后，采用減壓蒸餾與超臨界流體萃取分餾相結(jié)合的方法切割成窄餾分。結(jié)果顯示，油漿的窄餾分中含有90%以上的芳香烴和飽和分，飽和分中環(huán)烷烴占比大，主要是帶短側(cè)鏈的稠環(huán)芳烴，蒸餾餾分主要為三環(huán)以及四環(huán)芳香烴；萃取出的芳香餾分主要是五環(huán)及以上的芳烴組分。郭皎河等人［20］將FCC油漿通過減壓蒸餾處理后，將輕組分返回催化裂化裝置進(jìn)行回?zé)?，降低了催化裂化裝置原料中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和殘?zhí)康暮浚岣吡艘夯瘹夂推偷氖章?，并且將油漿的重組分與溶劑脫油瀝青或氧化后的渣油進(jìn)行調(diào)合，或與減壓渣油混合后再進(jìn)行氧化，可以生產(chǎn)出性能良好的普通道路瀝青甚至高等級(jí)的道路瀝青。

2.2溶劑萃取

溶劑萃取主要有單溶劑抽提、雙溶劑抽提、溶劑脫瀝青和超臨界流體萃取。溶劑萃取法是根據(jù)相似相溶原理和FCC油漿中各組分分子結(jié)構(gòu)的差異，可將FCC油漿中的飽和烴和芳香烴進(jìn)行分離，但無法對(duì)抽出油中的重質(zhì)芳烴組分進(jìn)行有效分離。超臨界流體萃取法能較好地解決油漿的分離問題，但工業(yè)成本很高［21-22］。

3　結(jié)論與展望

FCC油漿經(jīng)脫除固體催化劑顆粒，再將油漿中的有效組分進(jìn)行分離后，進(jìn)行再加工，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。飽和烴可作為FCC原料，芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)可用于生產(chǎn)針狀焦、炭黑、重質(zhì)道路瀝青、碳纖維等產(chǎn)品。筆者認(rèn)為化學(xué)助劑沉降法是目前較為有效的FCC油漿脫除固體催化劑的方法，同時(shí)利用溶劑萃取法進(jìn)行FCC油漿的組分分離有一定的研究?jī)r(jià)值。

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Research Progress on Separating Technique of FCC Slurry

CHEN Zhuo， XIAO Yi-chun，WANG Wei
（Hunan Petrol Chemical Vocational Technology College， Yueyang 414012， China）

Refinery FCC slurry oil mainly contained solid catalyst particles. The existence of solid catalyst particles influenced the deep processing and integrated utilization of slurry， meanwhile adversely affected the downstream equipments. The removal methods of solid particles in slurry and separation methods of oil components， were compared. The development trend and direction of separating technique of FCC slurry in the future was pointed out.

FCC slurry； catalyst； separation

TE 624.4+1

A

1671-9905（2016）08-0027-03

湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（14C0738）

陳卓（1986-），男，碩士，現(xiàn)從事石油化工催化劑、化工分離過程研究，E-mail：54271110@qq.com，聯(lián)系電話：18974013639

2016-06-15