重油催化裂化油浆二级过滤技术的应用

2013-08-02林春光欧阳云凤

化工进展 2013年4期

林春光，欧阳云凤，董振，周旭

（1 中国石油天然气集团东北炼化工程有限公司锦州设计院，辽宁锦州 121001；2 品孚流体工业公司，北京 100022）

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，其相对密度大、相对分子质量大、黏度高并含有较多的催化剂固体颗粒，油浆的性质和组成因催化裂化原料和加工工艺的不同也有很大差别[1-2]。油浆具有重要的开发实用价值，可用来制造碳黑、石墨电极的针状焦，也可以作为燃料重油的调和组分以及芳烃抽提生产橡胶的添加剂[3]。由于油浆中含有较高的固体颗粒含量（0.2%～0.6%），严重地影响了下游产品的质量[4-8]。目前，催化裂化油浆的分离方法主要有4 种：过滤法、离心法、静电法和沉降法[9]。这4 种方法都有各自的优缺点，主要的不足往往局限于设备投资过大、滤芯保护和再生不易。因此，油浆净化分离技术的开发是迫切需要解决的问题，满足分离去除固体颗粒，有效降低灰分含量，达到不同产品的质量需求，适用于工业化生产。

目前，国内有近20 套油浆过滤系统，但是由于种种原因，这些系统目前无法正常连续运转，一般在运转4 个月内就会产生滤芯堵塞的问题。主要原因是因为国内的催化装置都是重油裂化催化装置，原料残渣比高，油浆中含有沥青质成分，沥青质成分是造成滤芯堵塞的罪魁祸首。针对国内催化油浆的特点，锦州设计院采用品孚公司提供的二级过滤技术设计方案，过滤系统设计为连续分批次操作，两台主过滤器轮流进行。该技术已在锦州石化公司针状焦装置中得到了充分的检验，该装置从2010年11月开车至今，运行良好，各项指标均正常。本次设计是在锦州石化的经验基础上进行优化的。

1 原料主要工艺参数

原料来源于炼油二厂三催化装置催化分馏塔底的外甩油浆，原料的主要工艺参数如表1 所示。

2 工艺流程的优化设计

该过滤系统设计为连续分批次操作，采用“预过滤在主过滤器离线时形成保护滤饼，两台主过滤器同时在线过滤，轮流下线反冲洗”的工作方式，油浆过滤操作系统的简易流程如图1 所示。自分馏塔底来的催化外甩油浆先进入预过滤器进行预过滤，经过一定的时间后，预过滤器滤芯表面形成一层滤饼，此时，预过滤后的滤液再进入主过滤器进行过滤。在主过滤器滤芯表面形成一层滤饼后，预过滤器停止工作进入反冲洗阶段，催化外甩油浆直接进入主过滤器进行过滤，滤清液经水箱冷却后输送出装置。当主过滤器滤芯差压到达预定值或到达预定的过滤周期时，主过滤器进入反冲洗阶段，两台主过滤器轮流进行。反冲洗后的残渣油进入残渣罐，经水箱冷却后输送出装置。原料催化外甩油浆再次进入预过滤器，开始下一轮循环。滤芯再生采用回炼油浸泡和气体吹扫联合的方式，这样设计可以更好地实现滤芯在线再生的要求。同时，由于油浆温度为280～300 ℃，为了减少过滤器受热不均，保证过滤器长期使用寿命，采用回炼油预热和蒸汽伴热方式，保证过滤器的温度稳定在油浆过滤的操作温度范围。

表1 原料的主要工艺参数

优化后的过滤系统，预过滤器采用楔形金属丝缠绕滤芯，主过滤器采用带表面覆膜的金属粉末烧结滤芯。在正常生产时，不仅大大延长了过滤周期和运行时间，而且滤后油浆中固体颗粒含量大大减少，过滤系统优化前后数据对比如表2 所示。油浆过滤系统的平均过滤效率达到了97%以上，可达到下游产品的灰分要求，油浆过滤前后数据对比如表3 所示。

图1 过滤工艺流程

3 主要设备的操作要点

3.1 预过滤器

预过滤器是在要保护的过滤器即将离线反冲洗时开始工作的。油浆从过滤器的底部进入预过滤器，油浆在压力的作用下由滤芯的外部穿过滤芯从过滤器出口流出。大部分的固体催化剂颗粒会在滤芯外表面形成滤饼，过滤在线循环时间可以设定。当形成预定的滤饼后，预过滤器就停止工作，用中段油进行滤饼清洗。当主过滤器完成反冲洗后，重新上线工作时，油浆首先会通过预过滤器，将不能穿透预过滤器上滤饼的沥青质和颗粒拦截下来，部分小颗粒的催化剂会进入下游主过滤器形成滤饼层。主过滤器的滤饼形成后，预过滤器下线进入反冲洗再生，准备进入下一个过滤循环。

3.2 主过滤器

经过预过滤器过滤后的滤液进入主过滤器，预过滤器滤芯不能截留的小颗粒催化剂在主过滤器滤芯内表面形成滤饼。在过滤过程中，滤饼会逐渐加厚并且流通阻力逐渐增加，通过增加滤芯的内外壁的压差保持设定的流量。在这种方式下，过滤不断进行，直到最后的滤芯压差到了设定值或者到达设定的过滤最长时间，这时就必须进行过滤器反冲洗来冲掉滤饼。

过滤器反冲洗首先要切断流入的液体并且隔离过滤器。在过滤器壳程中的滤清油将会被反冲洗液置换出去，反冲洗液一是用来溶解部分沥青质，二是用来反冲洗。之后，气相缓冲罐中的干气输入过滤器，对过滤器增压，直到设定的反冲洗压强打开底部排渣阀，快速泄放的压力和反向液流使滤芯内壁的滤饼与滤芯剥离，从底部的排渣阀流入残渣罐。反冲洗完成后，再采用特定的方式缓慢地向过滤器内充入油浆，在形成一定厚度的薄滤饼之后，过滤器又重新进入过滤状态。为了保证新上线的过滤器在上线后能有一段时间内工作在半负荷的状态下（有利于防止滤芯堵塞），应合理地安排两台过滤器轮流下线反冲洗的时间，最好把一台过滤器的反冲洗时间安排在另一台过滤器过滤周期的中部。

表2 过滤系统优化前后数据对比

表3 油浆过滤前后固体含量数据对比

3.3 残渣罐

过滤器反冲洗后，残渣罐可以开始排渣。残渣罐底部排渣管线上通入一股反冲洗液，打开罐底出口阀片刻，利用反冲洗液的压力反向推动出口管线中的沉积物，防止由于固体颗粒长时间的沉积造成管线堵塞。然后关闭残渣罐放空阀，用干气增压，同时将反冲洗液打入残渣罐，稀释罐内的渣油，打开出口阀排放渣油。渣油排放完后，冲洗管线的反冲洗液保持继续流动。残渣罐应该尽快排空，以防止底部产生固体沉积。