離心法測定催化裂解油漿固含量的方法探討

(陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，靖邊 718500)

油漿主要成分為稠環(huán)芳烴，是很好的重質(zhì)燃料，也是生產(chǎn)橡膠、瀝青的主要原料。催化油漿中不可避免地存在不同濃度的以催化劑顆粒為主的固體雜質(zhì)，探究如何快捷準(zhǔn)確地測定油漿固含量，一方面對評價催化裂解裝置催化劑流失速率并據(jù)之指導(dǎo)工藝操作意義重大，另一方面，也能從一定程度上評估因不同水平固含量的存在對催化油漿后續(xù)加工處理所帶來的不同程度的潛在影響。

油漿中固體雜質(zhì)的主要來自于催化劑，催化劑的主要成分為諸如硅酸鋁之類的金屬鹽，一般情況下其粒徑范圍大約為0.5～40μm[1]。離心法測定固含量時，催化劑顆粒攜帶油漿中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)沉積至離心管底部[2，3]，使測定結(jié)果偏高。本文所采用的實(shí)驗(yàn)選擇催化裂解裝置副產(chǎn)品重石腦油、輕柴油及市售分析純甲苯作為溶劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。根據(jù)相似相溶原理，以重石腦油和輕柴油為溶劑時能夠很好地溶解油漿中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，并從離心溫度、轉(zhuǎn)速、時間、溶劑加入量等方面探討影響固含量測定準(zhǔn)確性的因素，確定最佳離心參數(shù)。為正確評估優(yōu)化后離心法測定固含量的應(yīng)用效果，選用過濾法作為對照實(shí)驗(yàn)，該方法也是一種用于測定油漿固含量且測定結(jié)果最為準(zhǔn)確的方法之一[4，5]。

1 儀器

Agilent 7890B氣相色譜儀，F(xiàn)ID檢測器、中心切割氣路系統(tǒng)、石科院SONA專用分析柱、16位自動進(jìn)樣器、分流/不分流進(jìn)樣口；島津GC-MS，島津GC-MS-QP2010(PLUS)、DB-1色譜柱(30m*0.25mm*0.25μm)、FID檢測器、自動進(jìn)樣器、分流/不分流進(jìn)樣口、六通切換閥；海安亭LDJ-5C-C離心機(jī)，最高轉(zhuǎn)速:4000r/min,水平式容量：100mL×16 ,溫度范圍：室溫～80℃,控溫精度：±2℃。

2 離心法試驗(yàn)步驟

將油漿和溶劑預(yù)先加熱至60℃～65℃，趁熱將油漿激烈搖蕩，立刻用注射器抽取25mL油漿于已加入25mL溶劑的量程為100mL的離心管中，再用50mL熱的溶劑清洗注射器并將清洗液全部注入離心管，放入已預(yù)熱至一定溫度的離心機(jī)中保持3min后取出離心管，塞上離心管塞，快速上下震蕩30秒后立即放入離心機(jī)給電，離心3min。取出離心管，傾倒固體上部液體，再次加入預(yù)熱的上述溶劑，塞上離心管，上下激烈震蕩，使離心管底部固體全部溶解，放入離心機(jī)，進(jìn)行第二次離心，離心3min后傾倒上部液體，在離心管水平放置條件下，讀取固體沉淀體積。

3 實(shí)驗(yàn)過程

取陜西延長中煤榆林能源化工有限公司DCC裝置的油漿樣品和該裝置副產(chǎn)品重石腦油和輕柴油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用過濾法測定固含量為6.5g/L，以此結(jié)果為對照，進(jìn)行離心法實(shí)驗(yàn)探討。

3.1 溶劑的選擇

取預(yù)熱至60℃油漿樣品25mL，設(shè)置離心溫度為55℃，離心時間3min，轉(zhuǎn)速1700r/min，溶劑量 175mL(分兩次加入，75mL+100mL)，進(jìn)行離心實(shí)驗(yàn)，測得固含量如表1所示，重石腦油或輕柴油替代甲苯作為溶劑時，測得的固含量與過濾法結(jié)果對比，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

表1 不同溶劑測得油漿固含量 g/L

3.2 溶劑組分測定

使用多維氣相色譜，采用石科院SONA方法測定重石腦油中的族組成[6]，使用島津GC-MS質(zhì)譜儀測定輕柴油中烴類組成。如表2、3所示，重石腦油和輕柴油都含有大量芳烴，高芳烴含量的溶劑對油漿有很好的溶解效果[5]，用催化裂解副產(chǎn)品重石腦油或輕柴油替代傳統(tǒng)方法所用的甲苯等芳烴溶劑進(jìn)行固含量測定，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

表2 重石腦油烴類組分

表3 輕柴油烴類組分

3.3 離心溫度、時間、轉(zhuǎn)速、溶劑量(離心次數(shù))

離心溶劑選重石腦油，從離心溫度、時間、轉(zhuǎn)速、溶劑量(離心次數(shù))進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖4。

圖1 不同離心溫度下測得的油漿固含量

圖2 不同離心時間測得的油漿固含量

圖3 不同離心轉(zhuǎn)速測得的油漿固含量

圖4 離心溶劑量(離心次數(shù))對結(jié)果的影響

直觀圖1～圖4就可得出最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)，即離心溫度55℃、時間3min、轉(zhuǎn)速1700r/min、溶劑量175mL(離心管規(guī)格100mL,分兩次加入，75mL+100mL)，考慮到重石腦油初餾點(diǎn)為60℃～70℃，溫度過高，會導(dǎo)致樣品大量揮發(fā)，所以選擇離心溫度55℃為宜。

離心法測定固含量偏大的主要原因是離心時催化劑顆粒攜帶膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重組分至離心管底部，導(dǎo)致結(jié)果偏大。如圖4，第一次離心(溶劑量75mL)結(jié)束后，離心管底部往往會含有大量油相組分，傾倒上部液體，再次向離心管中加入100mL溶劑，進(jìn)行二次離心分離，離心管底部物質(zhì)明顯減少，進(jìn)行第三、第四次離心分離，離心管底部物質(zhì)含量不再明顯變化，從分析效率方面綜合考慮，進(jìn)行第二次離心分離即可滿足實(shí)驗(yàn)要求。

4 結(jié)果與討論

4.1 離心法分析參數(shù)確認(rèn)(表4)

表4 分析條件

4.2 最終結(jié)果對比

選用已經(jīng)確定好的實(shí)驗(yàn)條件對不同油漿樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如表5，使用過濾法測定固含量進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示，離心法測定結(jié)果與過濾法分析結(jié)果基本吻合。

表5 離心法與過濾法測定固含量結(jié)果對比 g/L

5 結(jié)論

(1)催化裂解副產(chǎn)品重石腦油和輕柴油的主要組分為混合芳烴，高芳烴含量重石腦油或輕柴油能夠有效地溶解催化裂解油漿中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，使催化劑顆粒和油漿很好的分離，可以優(yōu)先選用上述溶劑替代市售芳烴類溶劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

(2)選催化裂解副產(chǎn)品重石腦油或輕柴油做溶劑時，設(shè)置離心溫度55℃、時間3min、轉(zhuǎn)速1700r/min，至少分兩次置換加入離心溶劑175mL；

(3)兩次置換加入離心溶劑能有效溶解稀釋離心管底部膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分，提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性；

(4)采用催化裂解副產(chǎn)品重石腦油或輕柴油做溶劑時，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，提高分析效率，為裝置的平穩(wěn)運(yùn)行提供及時可靠的數(shù)據(jù)信息。