旋液分離技術(shù)在MCP裝置上的應(yīng)用

王修明

（揚(yáng)州石化有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225200）

0 前言

揚(yáng)州石化25萬(wàn)t/a MCP（Maximizing Catalytic Propylene，重油選擇性裂解多產(chǎn)低碳烯烴技術(shù)）裝置是采用中國(guó)石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的新一代重油選擇性裂解多產(chǎn)低碳烯烴新技術(shù)，在有效提高重油催化裂解反應(yīng)選擇性的基礎(chǔ)上顯著增加丙烯產(chǎn)率，2011年7月建成投產(chǎn)運(yùn)行。根據(jù)江蘇原油性質(zhì)，MCP裝置采用蘇北原油的全常渣進(jìn)料，生產(chǎn)方案采用油漿部分回?zé)挼姆绞?，裝置油漿產(chǎn)率4.2%。裝置投產(chǎn)以來(lái)較為平穩(wěn)，反再系統(tǒng)流化正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，丙烯產(chǎn)率超過(guò)15%，異丁烯產(chǎn)率超過(guò)5%。但是，分餾系統(tǒng)油漿固含量偏高，一方面對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行產(chǎn)生了不利的影響，另一方面油漿回?zé)拰?dǎo)致反應(yīng)生焦增加，裝置燒焦能耗增加，同時(shí)為了平衡系統(tǒng)內(nèi)油漿固含量，需要加大油漿外甩，導(dǎo)致部分柴油組分壓入分餾塔底，裝置輕油收率下降。因此，在進(jìn)行廣泛調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出在油漿系統(tǒng)增設(shè)旋液分離器的方案，以降低油漿中固體物含量。

1 MCP裝置油漿系統(tǒng)問(wèn)題分析

1.1 油漿系統(tǒng)的問(wèn)題

MCP裝置油漿系統(tǒng)流程如圖1所示，油漿密度、固含量、灰分等性質(zhì)如表1所示。

圖1 MCP裝置油漿系統(tǒng)流程

由表1可以看出，因MCP裝置工藝設(shè)計(jì)藏量大、循環(huán)線(xiàn)路多、催化劑循環(huán)量大，催化劑細(xì)粉化嚴(yán)重，油漿固含量偏高，需要適當(dāng)增加油漿回?zé)捈巴馑?lái)維持油漿性質(zhì)的平穩(wěn)。增加油漿外甩量，油漿密度偏低，輕質(zhì)油收率降低；增加油漿回?zé)?，裝置生焦量增加。

1.2 油漿性質(zhì)進(jìn)一步分析

對(duì)采集油漿中灰分（顆粒物）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室粒度測(cè)定，均≤10μm，平均粒徑約5 μm，顆粒較細(xì)。在48℃，60℃，70℃，80℃，100℃和117℃對(duì)油漿黏度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，測(cè)得數(shù)值分別為 9.10 mPa·s，6.00 mPa·s，4.65 mPa·s，3.05mPa·s，2.40 mPa·s和 1.85 mPa·s，擬合曲線(xiàn)如圖 2 所示。

表1 2014年3-7月油漿性質(zhì)

圖2 油漿黏度測(cè)定結(jié)果

可以推算出，工況條件下（1.15 MPa，250℃），油漿黏度<1 mPa·s。

在 52.5 ℃，61.3 ℃，70.2 ℃，80.3 ℃，90.0 ℃，100.0 ℃，110.0℃，和120.0℃，對(duì)油漿密度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，數(shù)值分別為 0.964 kg/m3，0.960 5 kg/m3，0.952 5 kg/m3，0.951 0 kg/m3，0.946 5 kg/m3，0.940 5 kg/m3，0.935 5 kg/m3和 0.931 0 kg/m3，擬合曲線(xiàn)如圖3所示。

可以推算出，工況條件下（1.15 MPa，250℃）油漿密度<0.92 kg/m3。

圖3 油漿密度測(cè)定結(jié)果

從圖2、圖3可以看出，本裝置油漿黏度性質(zhì)較好，高溫黏度較小、密度較低，對(duì)固液分離較為有利。

2 可行性分析

2.1 旋流分離技術(shù)簡(jiǎn)介

旋流分離技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種高效節(jié)能分離技術(shù)，可用于氣—固、液—液、固—液、氣—液分離，以及固—固等非均相混合物的澄清、增濃或脫水、分級(jí)、洗滌等分離過(guò)程[1]。在歐美國(guó)家，隨著液液旋流分離技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，旋流分離技術(shù)被認(rèn)為是一種高效節(jié)能的分離技術(shù)，是3大機(jī)械分離技術(shù)（過(guò)濾、離心分離、旋流分離）之一。

2.2 旋流分離器工作原理與特點(diǎn)

旋流分離器簡(jiǎn)稱(chēng)旋流器，是一種利用離心沉降原理，將非均相混合物中具有不同密度的相分離的機(jī)械分離設(shè)備[2-3]。工作時(shí)，混合物料由入口切向送入旋流器圓筒部旋流腔內(nèi)，在圓筒中形成高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力場(chǎng)，在離心力作用下，混合物內(nèi)質(zhì)量較大的部分發(fā)生離心沉降，被拋向器壁而失去動(dòng)能，在重力作用下向下旋動(dòng)，沉降到圓筒壁上并滑向圓錐體，經(jīng)由底流出口排出；其他質(zhì)量較小的部分，由于受離心力作用較小，所以位于旋流分離器中心區(qū)域，隨氣流或液流作高速螺旋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成上升的低壓螺旋流，至上溢流出口溢出[4]。

旋流分離器的特點(diǎn)：①對(duì)液體顆粒與固體顆粒有較高的分離效率；②制造成本低，占用空間小，重量輕，維護(hù)費(fèi)用少，能耗低，無(wú)需任何幫助分離的介質(zhì)；③彈性大，流量波動(dòng)范圍40%～120%；④在處理量較大時(shí)，可以明顯減小體積，通常是常規(guī)重力分離器的1/5；⑤氣速較低，噪聲?。虎蘧哂卸喙δ芴匦?，可以和過(guò)濾器整合成1臺(tái)設(shè)備，降低投資；⑦適應(yīng)性好，生產(chǎn)及調(diào)節(jié)范圍寬，并聯(lián)可增加生產(chǎn)能力，串聯(lián)可提高產(chǎn)品質(zhì)量。操作溫度及壓力不受限制，決定于旋流器的結(jié)構(gòu)材料。

2.3 油漿旋液分離技術(shù)工藝流程及參數(shù)估算

油漿旋液分離技術(shù)，是應(yīng)用旋液分離原理，將油漿中的固體懸浮物在旋流分離器中，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)，在離心力及重力的共同作用下將懸浮物進(jìn)行不完全分離，將分離后固含量高的油漿外排，達(dá)到降低油漿固含量的目的。

在公司提供運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，中國(guó)石油大學(xué)負(fù)責(zé)完成了旋液分離器的選型及設(shè)計(jì)，并根據(jù)公司MCP裝置實(shí)際情況，對(duì)流程和控制方案進(jìn)行了改進(jìn)，以外甩油漿產(chǎn)量要求，采用循環(huán)油漿部分分離、單級(jí)旋流分離流程（圖4）。

圖4 改進(jìn)后油漿系統(tǒng)流程

以旋液分離器的分離效果40%，50%，65%和70%分別進(jìn)行油漿系統(tǒng)固含量濃度平衡測(cè)算，結(jié)果如表2所示。

3 應(yīng)用情況

旋液分離器于2014年MCP裝置大檢修期間安裝竣工，吹掃試壓后于9月17日組織開(kāi)工。2014年9月至今，正常運(yùn)行。表3為旋液分離器應(yīng)用情況。

其中，分離效率為外甩灰分減去系統(tǒng)灰分后與外甩灰分的比值。

由表3可以看出，旋液分離器投用后，效果較為明顯，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)油漿灰分的降低。但由于裝置催化劑重油裂解能力不足導(dǎo)致油漿中膠質(zhì)含量增加，離心法分析油漿固含量時(shí)膠質(zhì)無(wú)法分離，數(shù)值偏高，因此數(shù)據(jù)分析中以灰分值為參考。對(duì)比工況2，3，4，5可以看出，隨著油漿下返塔量的增加，即在一定范圍內(nèi)適當(dāng)提高旋液分離器入口線(xiàn)速，旋液分離器的分離效率增加（圖4）。對(duì)比表3工況5與表2，可以看出旋液分離器基本達(dá)到設(shè)計(jì)分離效率，系統(tǒng)油漿灰份降低（2～2.5）g/L。

表2 催化裂化循環(huán)油漿分離參數(shù)估算結(jié)果

表3 旋液分離器應(yīng)用情況

系統(tǒng)油漿灰份降低后，反應(yīng)系統(tǒng)油漿回?zé)挶扔尚悍蛛x器投用前的3.1%左右（回?zé)捔? t/h，新鮮原料32 t/h）降至11月的1.5%（回?zé)捔?.5 t/h，新鮮原料34 t/h），裝置的生焦率下降約0.47個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié)論

通過(guò)旋液分離器的應(yīng)用，MCP裝置油漿系統(tǒng)中的灰分得以有效降低，解決了油漿固含量超標(biāo)而影響MCP裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題，降低了油漿回?zé)挶群脱b置生焦率。