催化裂化裝置應用反沖洗式油漿過濾器的流程探討

張 亮 中石化洛陽工程有限公司 洛陽 471003

催化油漿在石油加工、石油化工方面有著廣泛應用［1］，但油漿中含有大約3000 ～7000ppm 的催化劑顆粒，制約其成為高附加值產品，如果操作出現波動，催化劑含量甚至會升至12000～15000ppm。

反沖洗式油漿過濾器成為諸多煉廠的選擇，其典型流程見圖1。FCC 油漿首先進入過濾器A，濾液中催化劑顆粒含量降至50 ～100ppm;當過濾器壓降或過濾時間達到預定值，油漿進料切換至過濾器B，過濾器A 進入再生過程，利用反沖洗介質將濾渣沖洗并排至接收罐，整個過程由現場PLC控制。

圖1 反沖洗式油漿過濾器流程圖

油漿過濾器的關鍵技術在于濾芯與反沖洗，國外的MOTT、PALL 等公司，國內的安泰科技公司、石油大學等均有各自技術的濾芯，并配備了相應的再生工藝:MOTT 公司直接利用高壓脈沖氣體或者液體進行爆破式反沖洗，再利用填充油保溫備用;PALL 公司先利用置換油浸泡軟化濾餅，再利用氣體反沖洗，然后利用填充油保溫備用;安泰公司先利用氣體輔助反沖洗，再利用反沖洗油浸泡軟化，然后再次氣體輔助反沖洗，達到清潔的目的;石油大學也配備了專利技術的反沖洗工藝［2］。

1 催化裂化裝置與油漿過濾器

FCC 裝置增設油漿過濾器，主要對反應、分餾部分的流程進行微調:一方面調整油漿系統換熱流程，使油漿以適宜溫度進入過濾器，一方面提供過濾器所需的反沖洗氣體、置換油、填充油、沖洗油等，同時接收過濾器排渣。

油漿進料溫度是過濾器最重要的操作參數，圖2 表示了油漿粘度溫度變化曲線，雖然裝置不同，原料不同，但粘度隨溫度變化趨勢相同。當溫度低于170℃時，油漿粘度隨溫度降低迅速增大，濾芯易堵塞，再生頻繁;而油漿溫度高于345℃，可能出現結焦現象。

圖2 不同FCC 裝置的油漿粘度曲線

FCC 裝置可為油漿過濾器提供的輔助介質包括:脫硫前干氣、輕柴、重柴、分餾一中、回煉油等(部分FCC 裝置未設重柴側線)。干氣壓力范圍0.9 ～1.0 MPa (G)，是反沖洗氣體的最佳選擇。表1 以裝置1、2 為例，列出了輕柴、分餾一中、重柴、回煉油的性質。過濾器的平穩運行依賴于過濾、再生、備用各環節維持溫度恒定，油漿進料溫度基本決定了過濾器反沖洗再生采用何種介質。

表1 FCC 裝置分餾塔側線性質

2 現狀與優化

2.1 操作條件

國內部分反沖洗式油漿過濾器的應用概況見表2。油漿進料溫度普遍高于300℃，低粘度為過濾帶來諸多好處，但高溫進料亦帶來一些弊端:

表2 國內部分反沖洗式油漿過濾器應用概況

(1)操作溫度高于油漿自燃點，如果過濾器發生泄漏事故，危險性高。

(2)過濾器保溫伴熱要求高，按照高溫低粘度設計的過濾器，不能承受因溫度下降帶來的影響。

(3)油漿進料溫度超過300℃，置換油、填充油等只能被動選擇高溫回煉油。

MOTT 公司推薦的反沖洗介質包括N2、濾液、LCO、HCO;PALL 公司推薦的反沖洗氣體有干氣、N2，推薦的置換油為LCO、HCO。LCO、HCO 類似于國內FCC 裝置的輕柴與重柴。由表1 可知，過濾器反沖洗用油首選輕柴，其溫度為210 ～216 ℃，該溫度下的油漿粘度為1 ～2 cP;次級選擇為重柴或分餾一中，重柴與分餾一中性質接近，其溫度約為277 ℃，該溫度下的油漿粘度為0.7 ～0.8 cP;最后選擇為回煉油，溫度在330℃以上，該溫度下的油漿粘度0.5 ～0.6 cP。PALL 公司采用多層金屬絲燒結濾芯，對粘度的要求為0.8 ～4 cP，MOTT公司采用金屬粉末燒結濾芯，要求油漿溫度高于232℃。由圖2 可知，油漿溫度上升至200℃后，粘度隨溫度升高而下降的趨勢不明顯，為追求低粘度，將進料溫度提高至300 ℃以上的做法不可取。

油漿進料溫度可降至210 ～270℃，選擇輕柴或分餾一中(重柴)作為反沖洗用油，粘度升高帶來的不利因素可通過過濾器設計采用低通量率(FLUX RATE)進行彌補。通量率定義為通過單位過濾面積的油漿流量，是過濾器的關鍵參數。采用低通量率的優點:①再生頻率降低，有效過濾時間加長;②油漿進入濾芯的線速減低，形成的濾餅松軟，反沖洗再生更徹底;③再生過程反沖洗介質用量減少;④油漿過濾器能耗降低。

低通量率帶來諸多好處，同時也帶來投資的大幅增加，油漿過濾器設計需要綜合考慮。

2.2 過濾器排渣處理

過濾器排渣返回FCC 裝置處理，常見兩種方法:①將排渣壓送至原料油罐;②設置反沖洗油回煉泵，將排渣直接送至提升管回煉。

目前國內FCC 裝置大多采用第一種方法，缺點是排渣中催化劑污染了原料油系統，原料油泵、換熱器、管線以及進料噴嘴，均受到催化劑細粉的磨損，尤其是原料油泵的磨損較為嚴重，對裝置的長周期運行不利。第二種相對較好，但過濾器周期性的排渣勢必造成反應溫度、壓力周期性波動，影響提升管的操作［7］。可引一支置換油或者油漿進入反沖洗接收罐，稀釋催化劑濃度，并設置液控，實現排渣的連續進料。

排渣在提升管的進料位置靠近原料油噴嘴存在弊端，排渣中除催化劑細粉外，還含有多環芳烴、膠質、瀝青質，多環芳烴易脫氫發生縮合反應，膠質、瀝青質難以氣化，如果排渣優先與高活性催化劑接觸，部分催化劑活性受到影響，對提升管反應不利。所以排渣回煉應單獨設置噴嘴，進料位置應高于原料油噴嘴，具體位置考慮FCC裝置提升管型式與布置。

3 排渣催化劑二次分離的探討

目前國內油漿過濾器的排渣上述兩種方法均有采用，無論將排渣送至原料油罐還是直接送至提升管，排渣中的催化劑均進入沉降器旋風分離器。油漿中的催化劑本是因旋風分離器對催化劑微顆粒捕捉能力不足而跑損至分餾塔底部，雖有部分回收的催化劑進入再生系統，但仍有部分催化劑再次被油氣攜帶至油漿，進入油漿過濾器，形成循環過程，加重了過濾器負載。

為打破催化劑細粉循環，需將過濾器排渣中的催化劑進行二次分離，2.1 節中反沖洗用油選擇輕柴油，可很大程度上降低催化劑二次分離的難度。

催化劑細粉的分離除過濾法外，還有靜電分離法、離心法、沉降法。靜電分離法投資大，設備復雜，FCC 裝置采用油漿過濾器后，不可能再輔以靜電分離法;利用微型旋流器對油漿催化劑的分離，目前還沒有在工業上推廣;沉降法設備簡單、運行成本低、操作容易，而排渣中催化劑的分離難度不大，沉降法為可選的方案。

油漿過濾器與沉降法組合應用流程見圖3，排渣進入沉降罐進行沉降，罐中撇油利用泵送至分餾塔或者反應系統，而催化劑沉積于底部，定期清除。

圖3 過濾法、沉降法組合應用示意圖

4 油漿過濾器的局限性

國內FCC 裝置加工的原料包括常壓渣油、減壓蠟油、減壓渣油、焦化蠟油、加氫渣油、脫瀝青油及其混合原料等，以蠟油為原料的FCC 裝置很少，相對于國外催化油漿，國內的油漿質量普遍較差，膠質含量約為10% ～20%，瀝青質含量約為3% ～4.5%，瀝青質是影響油漿過濾器運行壽命的重要因素，所以國內某些反沖洗式油漿過濾器實際運行狀況并不理想。另外，國內煉廠加工的原油性質周期性波動較大，影響到FCC 裝置原料油的性質，催化油漿的性質也隨之變化，對油漿過濾器的適應性提出了高要求。

油漿過濾器要實現連續穩定運行，除了優化過濾器本體設計、優化過濾器配套流程設計外，還需在操作細節上注意，特別是在過濾器開工過程和反沖洗再生后的保溫操作，油漿過濾器的失效，往往是因為誤操作或者沒有及時改變操作參數適應油漿性質變化引起的。

5 結語

(1)國內反沖洗式油漿過濾器進料溫度偏高，再生過程只能被動選擇高溫回煉油;從過濾器設計著手，采用低通量率，降低油漿入口溫度，再生介質可選擇輕質油，為生產操作和后續優化設計創造條件。

(2)過濾器排渣的處理方案，以將排渣直接送至提升管回煉為佳，單獨設置排渣進料噴嘴，而進料位置應高于原料噴嘴，具體位置考慮FCC裝置提升管型式與布置。

(3)初步探討了組合應用過濾法、沉降法對排渣中的催化劑進行二次分離的流程。

(4)國內反沖洗式油漿過濾器應用的局限性源于國內催化油漿性質的惡劣，需要在設計條件、操作細節各個方面進行優化才能實現過濾器連續穩定運行。

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