劉曉麗

(中海油石化工程有限公司，山東青島 266101)

隨著我國(guó)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(lái)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(huì)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(wèn)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(duì)其固體含量的要求較高［1］。生產(chǎn)的石油化工產(chǎn)品價(jià)值越高，要求催化油漿中固體含量越低，詳見(jiàn)表1。

表1 不同石油化工產(chǎn)品對(duì)油漿固體含量的要求［1］

2 催化油漿的凈化技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外凈化油漿主要采用沉降分離、過(guò)濾分離、靜電分離和離心分離的方法。另外，高溫陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾法作為一項(xiàng)新技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)放大實(shí)驗(yàn)［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(guò)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(guò)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(lái)提高沉降速率，實(shí)現(xiàn)微米和亞微米級(jí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，油漿在250℃，經(jīng)過(guò)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(guò)加入沉降劑來(lái)提高催化油漿中顆粒的沉降速度和脫除程度?；瘜W(xué)沉降法的關(guān)鍵在于沉降劑的選擇，沉降劑主要是相對(duì)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(shù)脂等。

陳俊杰等人［4］采用烷基酚甲醛樹(shù)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(guò)濾分離法

過(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)有將近20套油漿過(guò)濾裝置，由于原料中殘?jiān)^高，在運(yùn)行一段時(shí)間后，均存在瀝青堵塞濾芯的問(wèn)題，林春光等［7］采用特殊的二級(jí)過(guò)濾技術(shù)，過(guò)濾器連續(xù)分批操作，使平均過(guò)濾效率達(dá)97%，過(guò)濾后固體含量降為0．01%以下，油漿過(guò)濾器工藝流程見(jiàn)圖2。黃富等［8］以多孔金屬粉末燒結(jié)的濾芯作為過(guò)濾組件，采用預(yù)過(guò)濾器與精過(guò)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(jí)過(guò)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(shí)間、電場(chǎng)電壓及油漿的理化性質(zhì)都會(huì)影響其分離效率。

靜電分離法在1979年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，通過(guò)將油漿中的顆粒分離后用來(lái)生產(chǎn)炭黑，靜電分離器系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖3所示。國(guó)內(nèi)引進(jìn)了美國(guó)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(duì)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(yàn)，結(jié)果表明，催化油漿理化性質(zhì)的變化對(duì)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(guó)內(nèi)對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場(chǎng)進(jìn)行分離，關(guān)鍵是控制溫度、轉(zhuǎn)速與離心時(shí)間。研究表明，在溫度為200℃，轉(zhuǎn)速為5000 r/min且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(cuò)流過(guò)濾法

高溫陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾法過(guò)濾材料是能耐高溫的陶瓷膜，其原理是錯(cuò)流過(guò)濾［2］。與普通過(guò)濾相比，錯(cuò)流過(guò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)高溫陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)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(jià)值化工產(chǎn)品的原料。高溫陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾法不需要頻繁切換，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，過(guò)濾精度高，易于工業(yè)化，但是錯(cuò)流過(guò)濾技術(shù)循環(huán)倍率較大，對(duì)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(diǎn)對(duì)比

表2 油漿凈化技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

從各油漿凈化技術(shù)的特點(diǎn)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(shí)際情況，選擇合適的凈化技術(shù)并不斷優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)催化劑顆粒的要求。因此，針對(duì)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(kāi)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(shí)現(xiàn)最大化。