炼厂催化裂化外甩油浆分离技术研究进展

陈 卓，肖宜春，王 伟（湖南石油化工职业技术学院，湖南 岳阳 414012）

炼厂催化裂化外甩油浆分离技术研究进展

陈 卓，肖宜春，王 伟
（湖南石油化工职业技术学院，湖南 岳阳 414012）

炼厂催化裂化油浆中含有固体催化剂颗粒，主要成分为硅酸铝。固体催化剂颗粒的存在影响油浆的深加工和综合利用，同时对下游设备造成不利影响。本文比较了油浆中固体颗粒物的脱除方法与油品组分的分离方法，提出了今后催化裂化油浆分离技术的发展趋势和方向。

催化油浆；催化剂；分离

催化裂化（FCC）是现阶段重质油轻质化的重要加工方法之一。近年来，FCC工艺不断优化，催化剂的研究和应用也取得了重要进展。随着原油逐年变重，炼厂掺炼渣油比重增加，催化裂化副产的油浆越来越多，通常外甩油浆量占比较重，达原料油的8%左右。外甩油浆或低价卖掉造成了资源浪费，或用作燃料油影响炉嘴的使用寿命，因此实现油浆的综合利用尤为重要［1-2］。

FCC油浆的分离包括固体催化剂颗粒与油浆的分离、油品自身组分的分离两方面，下面分别介绍。

1　FCC油浆中固体颗粒分离方法

有效脱除油浆中的固体催化剂颗粒是实现外甩油浆综合利用的前提，目前分离油浆中固体颗粒物主要有自然沉降法、过滤分离法、静电分离法、离心分离法、化学助剂沉降法、高温陶瓷膜错流过滤法等方法。

1.1自然沉降法

自然沉降法亦称为重力沉降法，即利用固体催化剂颗粒自身的重力作用实现沉降分离。该法具有设备简单、操作简便、运行成本低等优点，是早期多数炼厂广泛采用的一种分离方法。但由于油浆中催化剂颗粒微小，粒径仅为0～80μm，且油浆中胶质和沥青质的分散作用阻碍了催化剂颗粒的沉降，因此该方法需要的沉降时间长，较难除去粒径在20μm以下的催化剂颗粒，且所需沉降设备体积较大，目前已被淘汰［3-4］。

1.2过滤分离法

过滤分离法是利用微孔材料将FCC油浆中的催化剂颗粒过滤除去而实现净化分离的一种方法，合适的微孔材料以及有效的反冲洗方式是该方法成功应用的关键。工业化的过滤分离技术主要有2种，一种是MOTT公司的HyPulse LSI型油浆连续过滤系统，另一种是PALL公司的金属烧结丝网滤芯过滤技术。中石化长岭分公司、安庆石化、天津石化等引进了此类技术，引进之初FCC油浆的净化分离效果均较好，但随着使用时间延长，逐步暴露出装置切换频繁无法长时间操作、滤芯更新费用较高等问题［5］。中国石油大学、北京钢铁研究总院等单位在多孔金属过滤技术方面也做了类似的研究工作［6-7］。

该法具有投资少、操作简便、分离效果稳定、效率高等优点，其缺点也很明显，主要是过滤阻力大，冲洗时间长，滤芯使用寿命不长。

1.3静电分离法

静电分离法的原理是让含有微小颗粒的油浆流经电场作用下的填料床层，微粒在高压电场中被极化，从而被填料吸附，使油浆得以净化。该法是一种新型的液固分离技术，特别适用于固体颗粒较小，且液相电阻率较大的体系。

静电分离技术分离效率高，处理量大，易冲洗再生，床层压降小，易分离微小颗粒，但设备投资大，维护困难，运行费用高，且分离效率受油浆本身性质和操作条件的影响较大。

美国海湾石油公司于1979年开发了静电分离器，并实现工业化应用，全球目前有30多套装置仍在运行。金陵石化公司于1988年引进了一套该静电分离设备，实际使用过程中分离效果不理想。1994年，国内经二次创新，设计制造了首套重油FCC油浆静电过滤装置，并在镇海炼化公司投入使用，但分离效率低于20%，且设备结构复杂、操作费用高，该装置使用一段时间后停用［8］。近年来，华东理工大学方云进等［9-10］对静电分离设备的开发做了大量的研究工作，对影响静电分离效果的油浆黏度、固体颗粒粒径、填料床层高度等因素进行了研究。

1.4离心分离法

离心分离法是利用催化剂颗粒的离心力远大于重力，大大提高其沉降速率，从而实现与油浆分离的方法。现有旋流分离法、离心沉淀分离法2种。

旋流分离法是将液-固非均相混合物加入旋流器，以较高流速做螺旋运动，使催化剂颗粒在离心力作用下沉降至器壁而实现分离，该法可分离3～500μm的固体颗粒。该分离方法设备简单，能耗低，操作简便，维护费用低。华东理工大学白志山等［11］用10mm微型漩流管进行FCC油浆催化剂颗粒分离，分离效率达60%以上。

离心沉淀分离法是利用高温试管沉降离心机，在高温及高速旋转产生的离心力作用下实现固液混合物的分离，该方法对10μm以上的固体颗粒有较好的分离效果。但该设备复杂，投资费用高，且处理量不大，因此难以实现工业化。

1.5化学助剂沉降法

化学助剂沉降法是在油浆中加入微量的化学沉降助剂，使催化剂颗粒之间絮凝颗粒粒径变大，加速固体颗粒沉降，从而达到提高脱除效率的目的。沉降助剂主要有水溶性聚胺、脂肪族季铵盐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、磺化聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、烷基酚醛树脂等。该方法具有操作简便、助剂便宜、投资较小的特点，已被较多炼油企业及科研工作者所关注，国内外使用该方法对FCC油浆进行分离的炼厂已达50多家。

国外研究方面，Paul等［12］将乙氧基氢化碳十八烷基氯化季铵盐和1～500mg·g-1牛脂三乙氧基乙酸胺按摩尔比2∶1加入到FCC油浆中，沉降温度93℃，沉降时间24h，结果显示，固体颗粒脱除率为21%。

Philip等［13］将10～250mg·g-1酯化的烷氧基酚醛树脂、烷基酚醛树脂作为化学沉降助剂加入FCC油浆中，沉降时间8h，可将FCC油浆的灰分由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氢化的聚丙烯酰胺等作为化学沉降助剂，当其加入量在10～250mg·g-1之间、沉降时间8h，可将FCC油浆的灰分由1000～2000mg·g-1降低到500mg·g-1以下。

国内研究方面，陈俊杰等人［15］采用烷基酚甲醛树脂复配物对安庆石化FCC油浆进行了沉降分离，在沉降温度90℃，沉降时间24h，沉降剂添加量75～200μg·g-1的实验条件下进行性能评价，结果表明，FCC油浆的平均灰分由2.05%降至0.05%。

石油化工科学研究院以辽河FCC油浆为原料，采用加入化学助剂和离心分离相组合的工艺，将FCC油浆的灰分含量由900μg·g-1降至10～82μg·g-1，可以满足针状焦、船用燃料油的生产要求［16］。

牛彻等人［17］采用破乳-絮凝沉降分离工艺处理高桥石化FCC油浆，选择 PR-3复配物作为破乳剂，聚丙烯酰胺作为絮凝剂，沉降温度为90℃，沉降时间12h，结果表明油浆灰分含量可降至100μg·g-1以下。

1.6高温陶瓷膜错流过滤法

2008年，北京中天元环境工程有限责任公司与中石化长岭分公司联合开发了高温陶瓷膜错流过滤法。该法采用耐高温的陶瓷膜作为过滤材料，克服了传统金属丝网过滤器频繁切换、滤芯易堵塞且清洗再生困难等问题，具有过滤精度高、控制系统简单等优点。2010年8月完成了500kg·h-1规模的放大实验，结果表明，FCC油浆经过高温陶瓷膜错流过程处理过程，催化剂细粉含量由4.6g·L-1降为0g·L-1。2010年12月，该技术通过了中石化总公司的技术评议［18］。

2　FCC油浆组分的分离方法

FCC油浆组分较复杂，主要含有约50%饱和烃、约40%的芳烃和稠环芳烃，另含有约10%的胶质与沥青质。FCC油浆组分的分离方法主要有减压蒸馏法和溶剂萃取法。

2.1减压蒸馏

FCC油浆可采用减压蒸馏方式进行分离，温度控制是关键因素。温度低时蒸馏拔出率不够，温度太高易引起油浆结焦。

国内在FCC油浆减压蒸馏工艺方面做了许多研究工作。许志明等人［19］将大庆、大港和沙特重油FCC 油浆分离出催化剂颗粒后，采用减压蒸馏与超临界流体萃取分馏相结合的方法切割成窄馏分。结果显示，油浆的窄馏分中含有90%以上的芳香烃和饱和分，饱和分中环烷烃占比大，主要是带短侧链的稠环芳烃，蒸馏馏分主要为三环以及四环芳香烃；萃取出的芳香馏分主要是五环及以上的芳烃组分。郭皎河等人［20］将FCC油浆通过减压蒸馏处理后，将轻组分返回催化裂化装置进行回炼，降低了催化裂化装置原料中的胶质、沥青质和残炭的含量，提高了液化气和汽油的收率，并且将油浆的重组分与溶剂脱油沥青或氧化后的渣油进行调合，或与减压渣油混合后再进行氧化，可以生产出性能良好的普通道路沥青甚至高等级的道路沥青。

2.2溶剂萃取

溶剂萃取主要有单溶剂抽提、双溶剂抽提、溶剂脱沥青和超临界流体萃取。溶剂萃取法是根据相似相溶原理和FCC油浆中各组分分子结构的差异，可将FCC油浆中的饱和烃和芳香烃进行分离，但无法对抽出油中的重质芳烃组分进行有效分离。超临界流体萃取法能较好地解决油浆的分离问题，但工业成本很高［21-22］。

3　结论与展望

FCC油浆经脱除固体催化剂颗粒，再将油浆中的有效组分进行分离后，进行再加工，可产生巨大的经济效益。饱和烃可作为FCC原料，芳烃、胶质和沥青质可用于生产针状焦、炭黑、重质道路沥青、碳纤维等产品。笔者认为化学助剂沉降法是目前较为有效的FCC油浆脱除固体催化剂的方法，同时利用溶剂萃取法进行FCC油浆的组分分离有一定的研究价值。

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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

湖南省教育厅科学研究项目（14C0738）

陈卓（1986-），男，硕士，现从事石油化工催化剂、化工分离过程研究，E-mail：54271110@qq.com，联系电话：18974013639

2016-06-15