在催化裂化油漿過濾分離設備

陳燕蓉+黃南概+陳程+徐大鵬

摘要：文章簡述了催化裂化油漿過濾分離設備的研究背景，分析了運用TRIZ理論改進催化裂化油漿過濾分離設備從而提高過濾效率的可行性，并運用TRIZ理論對催化裂化油漿過濾分離設備進行了具體研究和創新設計，提出多個改進方案，并進行方案評價，綜合各方案的優點獲得總體設計方案。新方案采用造價低廉的濾網代替昂貴的濾芯，并通過簡單的結構設計，借助濾網的移動給油漿加壓，加速油漿過濾。新方案不僅能夠顯著地提高催化裂化油漿過濾分離效率，解決傳統設備過濾分離效率低的難題，還能夠有效降低生產成本、提高經濟效益，應用前景廣闊。

關鍵詞：TRIZ；催化裂化油漿；過濾分離；創新設計

1研究背景

催化裂化油漿是石油煉化等化工生產過程中產生的一種相對密度大、黏度高的產品。據統計，全球每年催化裂化油漿產量大約為3750萬噸，主要作為重質燃料油調和組分出售，若分離后油漿用于生產高品質焦炭，每噸增加的凈利潤為7～15美元。對于大規模連續化生產，油漿的分離問題是石油煉化裝置能否穩定運行以及提高經濟效益的關鍵，也是工業研究領域的難點和熱點。

目前催化裂化油漿分離主要是采用具有反沖洗功能的過濾器系統。也就是在正常過濾工作過程中，含有固體顆粒的油漿在壓力差作用下，從過濾材料的一面流向另一面，固體顆粒就被截留在過濾材料的表面上，形成濾餅。隨著過濾時間的延長，積累在過濾材料表面上的濾餅厚度會增加，產生進出料壓差。當壓差達到設定值或過濾時間達到設定值，過濾器就會停止進料，反向加壓，快速打開進料側的排渣閥門，過濾器內的液體會產生爆破性的反向流動，將濾餅推離過濾材料，從排渣口流出過濾器，完成反沖洗。過濾器重新進料，進行下一周期的過濾過程。

現有的催化裂化油漿的過濾技術無法滿足長周期過濾連續運轉的需要，所用的催化裂化油漿過濾設備系統一般在使用3個月以內就發生堵塞。原因是國內都是用殘渣比很高的重油催化裂化裝置來催化裂化油漿，這樣的催化裂化裝置中的油漿瀝青質含量很高。這些瀝青質成分既不是固體，也不是液體，屬于膠體，如果瀝青質附著在過濾材料上，無法通過反沖洗的辦法使其與過濾材料分離，甚至粘附到過濾材料內部，不能反沖洗再生，導致整個過濾工序無法長時間運轉，過濾分離效率低。

2基于TRIZ理論的催化裂化油漿過濾分離設備創新設計可行性分析

催化裂化油漿過濾分離設備過濾效率低的問題本質上就是傳統的油漿過濾分離工藝與設備之間存在技術矛盾。TRIZ理論針對不同的問題可采用不同的分析工具。分析工具是TRIZ用來解決矛盾的具體方法或模式，其中包括矛盾矩陣、物質一場分析、39個通用技術參數、40條創新原理和76個標準解法等。因此，對于催化裂化油漿過濾分離設備過濾效率低的問題，同樣可以運用TRIZ理論構建問題模型，進行系統分析，列舉解決方法，獲得最優的解決方案。

3催化裂化油漿過濾分離設備的改進

3.1現有設備中存在的問題

油漿過濾分離設備是指能夠分離油漿中固體顆粒的設備（如圖1所示）。其基本原理是在壓力作用下，迫使油漿通過濾芯，固體顆粒截流于濾芯上，從而達到油漿和固體顆粒分離的目的。

由于國內催化裂化油漿中的瀝青質含量很高，常常粘附在濾芯內部，造成濾芯堵塞，導致濾芯無法反沖洗再生而需要更換，且無論是國外引進的還是國內的裝置和技術，在我國的工業運行時間都不太長，導致油漿過濾效率低，所以目前大多數煉油廠為了保證工藝的連續運行，安裝2臺過濾器，其中1臺作為備用。但是這并不能夠解決根本的問題，我們必須進一步研究和改進油漿過濾分離的裝置，以便提高它們的工業運行時間，從而提高過濾效率。

3.2系統分析

對現有的催化裂化油漿過濾分離設備建立系統分析模型（如圖2所示）。

通過系統模型圖可知，造成催化裂化油漿過濾分離效率低的主要原因是：1.油漿中瀝青含量高造成油漿黏度高；2.泵的過濾推動力不足；3.顆粒物堵塞濾芯造成過濾阻力大。這3個問題是導致催化裂化油漿過濾分離效率低的關鍵，但是考慮到問題1油漿中的瀝青是系統本身存在的，對系統而言是不可控的，且因為過濾速度與過濾推動力成正比與過濾阻力成反比，因此著重從增大過濾推動力和減小過濾阻力兩方面進行創新改進。

3.3 TRIZ應用過程與方案生成

3.3.1增大過濾推動力的解決方案

TRIZ認為創新設計的核心在于解決技術問題中的矛盾沖突。要提高催化裂化油漿過濾分離器的過濾速度，需要增大泵對油漿的推動力，促使油漿快速通過濾芯，因此，問題中存在一對技術矛盾：改善的工程參數為9速度，而惡化的工程參數為10力。通過查找矛盾矩陣得到三個可供參考的創新原理：13反向作用原理，28機械系統替代原理，15動態特性原理和19周期性作用原理。

根據13反向作用原理“用相反的動作代替問題定義中所規定的動作”及“將物體上下顛倒或內外翻轉”得到方案1，通過將油漿入口和出口的位置上下顛倒，使油漿能夠在重力的作用下通過濾芯，然后在過濾器下方加裝一個真空泵對過濾器抽真空，借助真空泵的負壓減小過濾器下方的壓強使上方的油漿能夠快速通過濾芯。

根據15動態特性原理“c如果一個物體整體是靜止的，使其移動或可動”得到啟示，將固定不動的濾芯替換為可移動的濾網，通過濾網移動對設備內部油漿施加一定的壓力，加快油漿的過濾速度。得到方案2（如圖3所示），通過伸縮軸和滑板使濾網能夠左右移動，給濾網中間的油漿施加壓力，從而加快過濾效率；或者方案3（如圖4所示），在使用過程中，通過活塞桿和滑板帶動濾網上下運動，對設備內部油漿形成一定的壓力，從而加快了過濾效率。

3.3.2過濾阻力大的問題

系統中的過濾阻力與附著在過濾材料上的固體顆粒厚度有關。所以減小過濾阻力的解決辦法主要從減少過濾材料上的附著物出發，這就意味著需要增大清洗力度將過濾介質上的附著物清洗干凈，那么就需要增大反沖洗系統的壓強。根據以上分析可知，改善了10力，就會惡化11壓強，通過查找矛盾矩陣表得到3個可供參考的創新原理：18機械振動原理、21減少有害作用的時間原理、11事先防范原理。

根據18振動原理“C利用共振頻率：超聲波碎石機擊碎膽結石”得到方案4，通過在濾網上加裝超聲模塊來提高清潔力度。

3.4方案評價

對上述形成的備選方案從過濾效率、使用成本和清潔力度等方面進行綜合性地客觀評價，具體情況如下表1所述。

綜合考慮上述4個備選方案，結合方案1至方案4的優點，克服其存在的缺陷，獲得總體設計方案：一是如圖5所示將油漿入口設置在過濾器上方，然后通過伸縮軸和滑板使濾網能夠從左右兩邊向中間移動，對濾網中間的油漿進行加壓，再借助真空泵的負壓作用進一步提高油漿的過濾速率。當過濾設備中的過濾效果變低，濾網上污垢嚴重時，使用真空泵將過濾設備中的油漿抽離干凈后，從兩側底部的？由漿出口灌入沖洗液，待沖洗液液面淹沒伸縮桿時，啟動超聲模塊，對濾網及分離設備內部進行超聲清潔，并通過油漿入口對設備內反吹加壓，使設備內壓力上升，壓力上升到一定程度后，打開沖洗液出口，在真空泵反吹的壓力下，將沖洗液沖出。二是如圖6所示，油漿入口設置在過濾器下方，通過活塞桿和滑板帶動濾網上下移動，對設備內部的油漿形成一定的壓力，從而加快油漿通過濾網的速度，提高過濾效率。當設備內部的油渣量達到一定數量時，將過濾好的油漿抽離，打開油渣出口排放油渣。當設備內過濾效率低，需要對濾網進行清洗時，將油漿入口封閉，利用真空泵將油漿從油漿出口進行抽離，封閉油漿出口，將沖洗液入口打開，灌入沖洗液，使沖洗液全部沒過過濾網，打開超聲模塊進行超聲清洗，然后從沖洗液入口進行加壓，當壓力升高到一定程度時，封閉沖洗液入口，以最快的速度打開油渣出口，將沖洗液排出。

4結論

TRIZ理論具有鮮明的特點和優勢。通過使用矛盾矩陣、39個通用技術參數和40條創新原理等TRIZ解題工具獲得的催化裂化油漿過濾分離設備，不僅過濾效率高、清潔效果好，還能夠有效降低生產成本、提高經濟效益。該設備為煉油廠的催化裂化油漿過濾分離工序的連續運行提供了有力支撐，還能夠推廣應用于其他工業產品的過濾分離工序中，應用前景十分廣闊。同時，也為提高催化裂化油漿系統相關工序的工作效率提供了一定的理論基礎。

（科技部創新方法工作專項資助項目）

責編/馬銘陽