催化油漿凈化技術(shù)的研究進(jìn)展

劉曉麗

(中海油石化工程有限公司，山東青島 266101)

隨著我國加工原油的重質(zhì)化與劣質(zhì)化，催化油漿作為催化裂化裝置的副產(chǎn)品，其數(shù)量越來越多。催化油漿富含大量稠環(huán)芳烴，是生產(chǎn)針狀焦等化工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料，但所含的催化劑顆粒會引起設(shè)備磨損和結(jié)焦，限制了油漿的綜合利用，故脫除油漿中固體顆粒的問題顯得尤為關(guān)鍵。

1 催化油漿的組成和性質(zhì)

催化油漿的密度約為1000～1100 kg/m3，固含量≤6 g/L，芳香烴含量約占50%～65%。催化油漿含有大量短側(cè)鏈稠環(huán)芳烴，除作為燃料油調(diào)和組分外，還可以在常減壓、延遲焦化等裝置作為原料進(jìn)行摻煉，也可作為生產(chǎn)炭黑、橡膠填充劑、針狀焦等化工產(chǎn)品的原料，但對其固體含量的要求較高［1］。生產(chǎn)的石油化工產(chǎn)品價值越高，要求催化油漿中固體含量越低，詳見表1。

表1 不同石油化工產(chǎn)品對油漿固體含量的要求［1］

2 催化油漿的凈化技術(shù)

目前，國內(nèi)外凈化油漿主要采用沉降分離、過濾分離、靜電分離和離心分離的方法。另外，高溫陶瓷膜錯流過濾法作為一項新技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)放大實驗［2］。

2．1 沉降分離法

沉降分離法分自然沉降和化學(xué)沉降兩種。自然沉降過程在沉降罐中進(jìn)行，其沉降速度與催化劑顆粒的大小和密度，與油漿的粘度、密度均有關(guān)。Phillips石油公司通過在沉降罐上部設(shè)置蒸汽加熱器，下部設(shè)置水冷器，在罐的上下部之間產(chǎn)生一定溫差來提高沉降速率，實現(xiàn)微米和亞微米級固體顆粒的脫除。由于油漿中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)能夠阻礙顆粒沉降，使自然沉降的分離效果很差，實驗結(jié)果表明，油漿在250℃，經(jīng)過20000 h沉降，才能達(dá)到85%的分離效果，直徑＜20μm的顆粒幾乎除不掉［3］。

化學(xué)沉降法通過加入沉降劑來提高催化油漿中顆粒的沉降速度和脫除程度。化學(xué)沉降法的關(guān)鍵在于沉降劑的選擇，沉降劑主要是相對分子質(zhì)量為500～5000范圍的表面活性物質(zhì)，如烷基苯磺酸類、脂肪族季胺鹽、烷基酚甲醛樹脂等。

陳俊杰等人［4］采用烷基酚甲醛樹脂復(fù)配物作為沉降劑，分離高粘度的重油催化裂化油漿，使油漿的灰分含量減至0．05%以下，并提出沉降劑工業(yè)應(yīng)用流程如圖1。楊瑩等［5］采用“化學(xué)沉降+離心分離”的組合工藝，使催化油漿的灰分減少到10～82μg/g。牛徹等［6］以PR－3復(fù)配物作為破乳劑，采用“破乳+絮凝沉降”的組合工藝，使催化油漿中灰分含量減少到100μg/g以下。

圖1 化學(xué)沉降劑工業(yè)應(yīng)用流程［4］

2．2 過濾分離法

過濾分離法是將油漿中大于膜孔的顆粒截留，達(dá)到脫除催化劑顆粒的目的。油漿過濾器采用不銹鋼粉末或絲網(wǎng)燒結(jié)的微孔濾芯，強(qiáng)度高且能耐較高壓差。國內(nèi)有將近20套油漿過濾裝置，由于原料中殘渣較高，在運行一段時間后，均存在瀝青堵塞濾芯的問題，林春光等［7］采用特殊的二級過濾技術(shù)，過濾器連續(xù)分批操作，使平均過濾效率達(dá)97%，過濾后固體含量降為0．01%以下，油漿過濾器工藝流程見圖2。黃富等［8］以多孔金屬粉末燒結(jié)的濾芯作為過濾組件，采用預(yù)過濾器與精過濾器相結(jié)合的工藝，使油漿灰分由2070μg/g降至120μg/g。

圖2 二級過濾工藝流程［8］

2．3 靜電分離法

靜電分離法采用的核心設(shè)備為靜電分離器，主要用于脫除油漿中的催化劑顆粒，生產(chǎn)灰分含量比較低的炭黑原料、燃料油、電極瀝青料或者針狀焦，物料的停留時間、電場電壓及油漿的理化性質(zhì)都會影響其分離效率。

靜電分離法在1979年實現(xiàn)了工業(yè)化，通過將油漿中的顆粒分離后用來生產(chǎn)炭黑，靜電分離器系統(tǒng)工藝流程圖見圖3所示。國內(nèi)引進(jìn)了美國的油漿靜電分離器［9］，使油漿中催化劑顆粒含量從1 g/L降為0．01 g/L以下，但是油漿性質(zhì)和操作條件變化直接影響分離效果，適應(yīng)性較差;一些科研機(jī)構(gòu)對靜電分離技術(shù)進(jìn)行了大量研究，并進(jìn)行了工業(yè)試驗，結(jié)果表明，催化油漿理化性質(zhì)的變化對其分離效果影響較大，工業(yè)化應(yīng)用難度比較大［10］。目前，國內(nèi)對靜電分離技術(shù)的使用尚未完全掌握，還有待進(jìn)一步研究。

圖3 靜電分離器系統(tǒng)工藝流程圖［1］

2．4 離心分離法

離心分離法分為離心沉淀和旋液分離兩種。離心沉淀法是依靠高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場進(jìn)行分離，關(guān)鍵是控制溫度、轉(zhuǎn)速與離心時間。研究表明，在溫度為200℃，轉(zhuǎn)速為5000 r/min且運轉(zhuǎn)時間為60 s的條件下，離心分離法可以脫除10μm以上的催化劑顆粒［11］。

旋液分離法采用的設(shè)備是旋流器，其原理是催化劑顆粒在離心力的作用下與油漿實現(xiàn)分離。旋流器可以分離3～500μm的顆粒，處理催化劑顆粒的濃度可高達(dá)30%［12］。由于旋流器受設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝操作上多因素影響，很難滿足過濾要求，通常作為預(yù)處理設(shè)備，減輕下游分離單元操作負(fù)荷。左海強(qiáng)等［13］采用旋流和過濾分離組合工藝，催化油漿先進(jìn)入旋流器降低其固體顆粒，再進(jìn)入過濾器進(jìn)行分離，結(jié)果表明，該技術(shù)能有效降低油漿中催化劑顆粒的含量，脫除率可達(dá)95%以上。

2．5 高溫陶瓷膜錯流過濾法

高溫陶瓷膜錯流過濾法過濾材料是能耐高溫的陶瓷膜，其原理是錯流過濾［2］。與普通過濾相比，錯流過濾能處理固含量高的液體，不產(chǎn)生濾餅，控制濃差極化，有較高的滲透通量與分離效能。有實驗結(jié)果表明，經(jīng)高溫陶瓷膜錯流過濾處理后，油漿中催化劑顆粒含量可由4．6 g/L降到非常低，處理后的油漿可作為生產(chǎn)高價值化工產(chǎn)品的原料。高溫陶瓷膜錯流過濾法不需要頻繁切換，控制系統(tǒng)簡單，過濾精度高，易于工業(yè)化，但是錯流過濾技術(shù)循環(huán)倍率較大，對于處理量較大的催化油漿，設(shè)備投資大且能耗較高。

3 油漿凈化技術(shù)特點對比

表2 油漿凈化技術(shù)特點對比

從各油漿凈化技術(shù)的特點看，每種凈化方法都有一定的脫除催化劑顆粒的能力，但是在顆粒處理粒徑、脫除率、設(shè)備投資及可操作性等方面的要求不同，故需要結(jié)合實際情況，選擇合適的凈化技術(shù)并不斷優(yōu)化。

4 結(jié)語

由于催化油漿黏度較高、催化劑顆粒粒徑較小，僅靠單一的凈化技術(shù)很難滿足高附加值產(chǎn)品對催化劑顆粒的要求。因此，針對不同的產(chǎn)品方案和脫除要求，建議企業(yè)和科研單位一起開展組合式凈化工藝的研究，提高催化劑顆粒的脫除率，使催化油漿的利用效益實現(xiàn)最大化。