催化油漿凈化技術的研究進展

劉曉麗

(中海油石化工程有限公司，山東青島 266101)

隨著我國加工原油的重質化與劣質化，催化油漿作為催化裂化裝置的副產品，其數量越來越多。催化油漿富含大量稠環芳烴，是生產針狀焦等化工產品的優質原料，但所含的催化劑顆粒會引起設備磨損和結焦，限制了油漿的綜合利用，故脫除油漿中固體顆粒的問題顯得尤為關鍵。

1 催化油漿的組成和性質

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鏈稠環芳烴，除作為燃料油調和組分外，還可以在常減壓、延遲焦化等裝置作為原料進行摻煉，也可作為生產炭黑、橡膠填充劑、針狀焦等化工產品的原料，但對其固體含量的要求較高［1］。生產的石油化工產品價值越高，要求催化油漿中固體含量越低，詳見表1。

表1 不同石油化工產品對油漿固體含量的要求［1］

2 催化油漿的凈化技術

目前，國內外凈化油漿主要采用沉降分離、過濾分離、靜電分離和離心分離的方法。另外，高溫陶瓷膜錯流過濾法作為一項新技術，已經進行了工業放大實驗［2］。

2．1 沉降分離法

沉降分離法分自然沉降和化學沉降兩種。自然沉降過程在沉降罐中進行，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。Phillips石油公司通過在沉降罐上部設置蒸汽加熱器，下部設置水冷器，在罐的上下部之間產生一定溫差來提高沉降速率，實現微米和亞微米級固體顆粒的脫除。由于油漿中的膠質和瀝青質能夠阻礙顆粒沉降，使自然沉降的分離效果很差，實驗結果表明，油漿在250℃，經過20000 h沉降，才能達到85%的分離效果，直徑＜20μm的顆粒幾乎除不掉［3］。

化學沉降法通過加入沉降劑來提高催化油漿中顆粒的沉降速度和脫除程度。化學沉降法的關鍵在于沉降劑的選擇，沉降劑主要是相對分子質量為500～5000范圍的表面活性物質，如烷基苯磺酸類、脂肪族季胺鹽、烷基酚甲醛樹脂等。

陳俊杰等人［4］采用烷基酚甲醛樹脂復配物作為沉降劑，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，并提出沉降劑工業應用流程如圖1。楊瑩等［5］采用“化學沉降+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 化學沉降劑工業應用流程［4］

2．2 過濾分離法

過濾分離法是將油漿中大于膜孔的顆粒截留，達到脫除催化劑顆粒的目的。油漿過濾器采用不銹鋼粉末或絲網燒結的微孔濾芯，強度高且能耐較高壓差。國內有將近20套油漿過濾裝置，由于原料中殘渣較高，在運行一段時間后，均存在瀝青堵塞濾芯的問題，林春光等［7］采用特殊的二級過濾技術，過濾器連續分批操作，使平均過濾效率達97%，過濾后固體含量降為0．01%以下，油漿過濾器工藝流程見圖2。黃富等［8］以多孔金屬粉末燒結的濾芯作為過濾組件，采用預過濾器與精過濾器相結合的工藝，使油漿灰分由2070μg/g降至120μg/g。

圖2 二級過濾工藝流程［8］

2．3 靜電分離法

靜電分離法采用的核心設備為靜電分離器，主要用于脫除油漿中的催化劑顆粒，生產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，物料的停留時間、電場電壓及油漿的理化性質都會影響其分離效率。

靜電分離法在1979年實現了工業化，通過將油漿中的顆粒分離后用來生產炭黑，靜電分離器系統工藝流程圖見圖3所示。國內引進了美國的油漿靜電分離器［9］，使油漿中催化劑顆粒含量從1 g/L降為0．01 g/L以下，但是油漿性質和操作條件變化直接影響分離效果，適應性較差;一些科研機構對靜電分離技術進行了大量研究，并進行了工業試驗，結果表明，催化油漿理化性質的變化對其分離效果影響較大，工業化應用難度比較大［10］。目前，國內對靜電分離技術的使用尚未完全掌握，還有待進一步研究。

圖3 靜電分離器系統工藝流程圖［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轉產生的離心力場進行分離，關鍵是控制溫度、轉速與離心時間。研究表明，在溫度為200℃，轉速為5000 r/min且運轉時間為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現分離。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30%［12］。由于旋流器受設備結構與工藝操作上多因素影響，很難滿足過濾要求，通常作為預處理設備，減輕下游分離單元操作負荷。左海強等［13］采用旋流和過濾分離組合工藝，催化油漿先進入旋流器降低其固體顆粒，再進入過濾器進行分離，結果表明，該技術能有效降低油漿中催化劑顆粒的含量，脫除率可達95%以上。

2．5 高溫陶瓷膜錯流過濾法

高溫陶瓷膜錯流過濾法過濾材料是能耐高溫的陶瓷膜，其原理是錯流過濾［2］。與普通過濾相比，錯流過濾能處理固含量高的液體，不產生濾餅，控制濃差極化，有較高的滲透通量與分離效能。有實驗結果表明，經高溫陶瓷膜錯流過濾處理后，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高價值化工產品的原料。高溫陶瓷膜錯流過濾法不需要頻繁切換，控制系統簡單，過濾精度高，易于工業化，但是錯流過濾技術循環倍率較大，對于處理量較大的催化油漿，設備投資大且能耗較高。

3 油漿凈化技術特點對比

表2 油漿凈化技術特點對比

從各油漿凈化技術的特點看，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、設備投資及可操作性等方面的要求不同，故需要結合實際情況，選擇合適的凈化技術并不斷優化。

4 結語

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很難滿足高附加值產品對催化劑顆粒的要求。因此，針對不同的產品方案和脫除要求，建議企業和科研單位一起開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現最大化。