催化油浆净化处理方法及其化工利用建议

催化油浆净化处理方法及其化工利用建议
摘要：催化油浆富含大量短侧链的重芳烃，是极具价值的化工原料，由于其含有许多催化剂固体颗粒，严重制约了其深加工应用。

文章详细阐述了催化油浆脱除催化剂固体颗粒的技术
方法及进展，并在此基础上介绍了催化油浆在化工方面的应用。

关键词：催化油浆净化化工利用重芳烃
1 前言
催化油浆是重油催化裂化工艺过程中所产生的一种性质极为特殊的副产品，因其比重大、分了量大、粘度高并含有较多的催化剂固体颗粒，使其利用率受到限制。

随着催化裂化加工原料重质化，催化油浆产率越来越大，如何解决外排油浆问题显得尤为重要。

催化油浆中含有大量重芳烃，是有价值的化工原料，由于其中含有2g/l以上的催化剂固体颗粒，严重影响其深加工产品的质量。

目前催化油浆普遍作为重质燃料油的调合组分出厂，不仅利用价值低，而且油浆中的固体催化剂粉末会使加热炉火嘴磨损，造成加热炉管表面严重积灰、热效率下降、能耗增加。

据报道，由于催化油浆中大量的带短侧链稠环(3～5环)芳烃，可以作为生产炭黑、针状焦、碳纤维、橡胶软化剂及填充油、塑料增塑剂、重交通道路沥青及导热油等高附加值产品的优质原料，但对其固体含量有严格要求。

因此，进行油浆的开发利用必须分离除掉其中的固体催化剂粉末，有效地降低灰份含量，以满足不同用途的质量要求。

2 催化油浆净化处理技术进展
近年来，国内外对催化油浆脱除催化剂颗粒物技术进行了大量研究，目前文献报道的方法有:自然沉降、过滤、离心分离、静电分离、沉降剂脱除法。

这些脱除方法不是脱固分离效率差就是脱除费用太高。

中国专利报道采用破乳一絮凝法脱除油浆中的固体粒子，但没有给出具体工艺条件对催化裂化油浆中固体粒子脱除的影响，同时存在沉降时间过长的问题。

2.1 自然沉降法
油浆中固体催化剂粉末的粒径范围约0～80μm，其中20μm以下微粒占相当比重。

早期的油浆净化主要采用自然沉降法。

沉降过程通常在沉降器内进行，固体颗粒在沉降器内的沉降速度与颗粒大小、颗粒密度、油浆粘度和密度等因素有关。

一定温度条件下，颗粒尺寸越大，其沉降速度越快。

但是，由于在催化油浆—颗粒分散体系中，一方面催化剂颗粒十分微小，另一方面油浆含有的胶质、沥青质具有阻碍催化剂微粒沉降的分散作用，所以靠重力沉降的净化分离效果较差，一般对直径于20μm的微粒靠重力沉降的方法很难脱除。

所以传统的自然沉降法已经被淘汰。

2.2 过滤分离法
精密的过滤分离能保证过滤后的油浆质量满足深加工的要求，其关键技术是选择适宜的过滤材料和有效的反冲洗方式。

油浆过滤器的滤芯材质通常为不锈钢粉末或丝网烧结的多孔金属，过滤孔径在0.2～20 微米范围，这种滤芯具有较高的强度，能在高温下操作并可承受
较高的压差。

自20世纪80年代始，美国的Mott和Pall公司分别将各自的过滤技术应用于催化裂化油浆分离催化剂粉末，现已有不同规模的工业化装置在世界各地运行（见表1）。

表1 油浆过滤技术工业化应用实例
应用厂家技术来源处理量/t.h-1
美国Ohio TOLEDO,BP公司炼厂MOTT Hy Pulse®LSI系统20
苏格兰GRANGEMOUTH，BP公司炼厂MOTT Hy Pulse®LSI系统12.5
美国Ohio LIMA,BP公司MOTT Hy Pulse®LSI系统20
美国Texa MOTIVA炼厂Pall过滤技术40
日本NPRC横滨根岸炼厂RFCC Pall过滤技术30
印度尼西亚Exor-1 Pall过滤技术70
长岭炼厂RFCC Pall过滤技术10
华北油田第一炼油厂MOTT Hy Pulse®LSI系统3～6
胜利石化总厂MOTT Hy Pulse®LSI系统 4.5
九江炼油厂石油大学7
前郭炼油厂石油大学3～6
大连石化厂安泰科技公司（北京）8
福建炼油厂安泰科技公司10～15
以MOTT公司的高效脉冲过滤器（Hy Pulse®LSI型）为例，它是一种管式滤芯过滤器（结构如图1所示），滤芯材质为316LSS不锈钢粉末烧结的多孔金属。

油浆从过滤器壳体底部进入后向上流至滤芯，油浆透过滤芯被净化后从过滤器上部排出，固体催化剂被拦截，在滤芯外壁形成滤饼，当过滤器的压降超过允许值后，切换进行反冲洗。

反向冲洗采用高压脉冲气体或液体，反向通过滤芯，并卸除滤饼。

一套标准的Hy Pulse®LSI型过滤系统由三个过滤器组成，一台在线过滤，一台反冲洗，第三台备用。

图1 高效脉冲反冲洗过滤器示意图
从技术可靠性和工业应用等方面来看，过滤技术应用比较多，国内许多炼厂都有引进的过滤装置，但过滤效果不理想（滤后的油浆中催化剂粉末含量在几百μg/g以上），系统操作复杂，过滤器切换频繁（1～2小时就需要切换进行反冲洗），且存在滤芯易堵塞、清洗再生困难（需经常更换滤芯，维护费用高）、不能够稳定运行等诸多亟待解决的问题。

国内炼厂的油浆过滤装置有的因效果不好而废弃，有的建成后因为种种原因而未开成。

目前催化油浆中催化剂的分离主要采用不锈钢金属丝网滤芯过滤，滤芯以进口为主；过滤精度不高，滤后的油浆中催化剂粉末含量在几百μg/g以上；过滤运行1～2小时出现堵塞，需要频繁的进行清洗；清洗再生性能差，需要经常更换，目前国内的油浆过滤器大都不能正常运行。

2.3 静电分离法
这是美国海湾公司开发的技术，1979年实现工业化，其原理是含颗粒的液流流经电场作用下的填料床层时，颗粒在高压电场中极化并吸附在填料上，从而使流体得以分离。

从国外工业化的运行状况来看，该技术的主要特点是分离效率高、处理量大、压降小、易冲洗再生，其缺点是设备投资大，运行费用高，静电分离技术脱除油浆中固体的效果受油浆的理化性质影响较大。

1988年南京炼油厂在重油催化装置上引进了一套美国GA公司的专利技术和成套静电分离设备，3组6单元，设计处理能力为10500kg/h，油浆固体含量可从1000μg/g 降到100μg/g以下。

该装置经过几年运行，分离效率变化较大，高时脱固率为80%以上，低时一点效果也没有，固体含量在6000μg/g以上时效果更差，经常超电流、跳停,有时分离后固体含量还超过6000μg/g，无法继续使用。

2.4 高温离心分离技术
高温离心分离法：该技术是抚顺石油二厂张洪林等人发明的专利：将油浆经换热器换热至150℃～300℃，进入高温离心分离机进行离心分离，离心时间约2～10min，离心转速为3000～5000转/min，脱固率为92%～98%，得到固含量为0.02%的脱固油。

此法为经典的固液分离方法，简单易行，效果好，但催化油浆的数量较大，操作费用高，故难以工业化。

旋液分离法：旋液分离法采用的设备为旋流器，其原理是，液—固非均相混合物在旋流器内以较高流速作螺旋运动，固体颗粒在离心力的作用下与液相分离。

理论上旋流器可分离的颗粒尺寸为3～500μm，进料浓度可高达30wt%。

旋流器具有结构简单、操作方便、设备费用低、占地面积小、无转动部件等优点，在许多工业领域得到广泛应用。

对催化油浆，当操作温度在300℃以上、油浆的粘度较低时，设计良好的旋流器的分离效率可以达70%以上。

但是，实际上影响旋流器分离过程的因素很多，有设备结构方面：旋流器直径、进料口尺寸和溢流口直径等；有工艺操作方面：进料压力、流量、颗粒密度和浓度、液相粘度和密度等，而且各种因素之间相互影响、制约，目前还不能用数学解析的方法进行准确描述。

如果设计或操作不当，旋流器的分离效果则可能很差，一般难以满足油浆最终过滤的要求。

不过，由于旋流器具有结构简单以及占地面积小等特点，在实践中有时被用作预处理设备，以减轻下游分离单元如过滤操作的负荷。

例如，九江炼油厂的油浆过滤系统即应用了旋流器预处理单元。

2.5 高温陶瓷膜错流过滤法
北京中天元环境工程有限责任公司一直致力于特种陶瓷膜及其应用研究，2008年与中石化长岭分公司联合开展FCC油浆过滤技术开发工作，开发了针对催化油浆过滤处理的耐高温特种陶瓷膜及其错流过滤处理成套技术，2010年8月完成了放大实验，试验结果表明处理后催化油浆中固含量为零(见表2)，催化油浆的品质得到了大幅度提升，为催化油浆的综合利用创造了条件。