催化裂化裝置應(yīng)用反沖洗式油漿過(guò)濾器的流程探討

張 亮 中石化洛陽(yáng)工程有限公司 洛陽(yáng) 471003

催化油漿在石油加工、石油化工方面有著廣泛應(yīng)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(chǎn)品，如果操作出現(xiàn)波動(dòng)，催化劑含量甚至?xí)?2000～15000ppm。

反沖洗式油漿過(guò)濾器成為諸多煉廠(chǎng)的選擇，其典型流程見(jiàn)圖1。FCC 油漿首先進(jìn)入過(guò)濾器A，濾液中催化劑顆粒含量降至50 ～100ppm;當(dāng)過(guò)濾器壓降或過(guò)濾時(shí)間達(dá)到預(yù)定值，油漿進(jìn)料切換至過(guò)濾器B，過(guò)濾器A 進(jìn)入再生過(guò)程，利用反沖洗介質(zhì)將濾渣沖洗并排至接收罐，整個(gè)過(guò)程由現(xiàn)場(chǎng)PLC控制。

圖1 反沖洗式油漿過(guò)濾器流程圖

油漿過(guò)濾器的關(guān)鍵技術(shù)在于濾芯與反沖洗，國(guó)外的MOTT、PALL 等公司，國(guó)內(nèi)的安泰科技公司、石油大學(xué)等均有各自技術(shù)的濾芯，并配備了相應(yīng)的再生工藝:MOTT 公司直接利用高壓脈沖氣體或者液體進(jìn)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(dá)到清潔的目的;石油大學(xué)也配備了專(zhuān)利技術(shù)的反沖洗工藝［2］。

1 催化裂化裝置與油漿過(guò)濾器

FCC 裝置增設(shè)油漿過(guò)濾器，主要對(duì)反應(yīng)、分餾部分的流程進(jìn)行微調(diào):一方面調(diào)整油漿系統(tǒng)換熱流程，使油漿以適宜溫度進(jìn)入過(guò)濾器，一方面提供過(guò)濾器所需的反沖洗氣體、置換油、填充油、沖洗油等，同時(shí)接收過(guò)濾器排渣。

油漿進(jìn)料溫度是過(guò)濾器最重要的操作參數(shù)，圖2 表示了油漿粘度溫度變化曲線(xiàn)，雖然裝置不同，原料不同，但粘度隨溫度變化趨勢(shì)相同。當(dāng)溫度低于170℃時(shí)，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(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

圖2 不同F(xiàn)CC 裝置的油漿粘度曲線(xiàn)

FCC 裝置可為油漿過(guò)濾器提供的輔助介質(zhì)包括:脫硫前干氣、輕柴、重柴、分餾一中、回?zé)捰偷?部分FCC 裝置未設(shè)重柴側(cè)線(xiàn))。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?zé)捰偷男再|(zhì)。過(guò)濾器的平穩(wěn)運(yùn)行依賴(lài)于過(guò)濾、再生、備用各環(huán)節(jié)維持溫度恒定，油漿進(jìn)料溫度基本決定了過(guò)濾器反沖洗再生采用何種介質(zhì)。

表1 FCC 裝置分餾塔側(cè)線(xiàn)性質(zhì)

2 現(xiàn)狀與優(yōu)化

2.1 操作條件

國(guó)內(nèi)部分反沖洗式油漿過(guò)濾器的應(yīng)用概況見(jiàn)表2。油漿進(jìn)料溫度普遍高于300℃，低粘度為過(guò)濾帶來(lái)諸多好處，但高溫進(jìn)料亦帶來(lái)一些弊端:

表2 國(guó)內(nèi)部分反沖洗式油漿過(guò)濾器應(yīng)用概況

(1)操作溫度高于油漿自燃點(diǎn)，如果過(guò)濾器發(fā)生泄漏事故，危險(xiǎn)性高。

(2)過(guò)濾器保溫伴熱要求高，按照高溫低粘度設(shè)計(jì)的過(guò)濾器，不能承受因溫度下降帶來(lái)的影響。

(3)油漿進(jìn)料溫度超過(guò)300℃，置換油、填充油等只能被動(dòng)選擇高溫回?zé)捰汀?/p>

MOTT 公司推薦的反沖洗介質(zhì)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L(zhǎng)CO、HCO。LCO、HCO 類(lèi)似于國(guó)內(nèi)FCC 裝置的輕柴與重柴。由表1 可知，過(guò)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(jí)選擇為重柴或分餾一中，重柴與分餾一中性質(zhì)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?zé)捰?，溫度?30℃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(jié)濾芯，對(duì)粘度的要求為0.8 ～4 cP，MOTT公司采用金屬粉末燒結(jié)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(shì)不明顯，為追求低粘度，將進(jìn)料溫度提高至300 ℃以上的做法不可取。

油漿進(jìn)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(lái)的不利因素可通過(guò)過(guò)濾器設(shè)計(jì)采用低通量率(FLUX RATE)進(jìn)行彌補(bǔ)。通量率定義為通過(guò)單位過(guò)濾面積的油漿流量，是過(guò)濾器的關(guān)鍵參數(shù)。采用低通量率的優(yōu)點(diǎn):①再生頻率降低，有效過(guò)濾時(shí)間加長(zhǎng);②油漿進(jìn)入濾芯的線(xiàn)速減低，形成的濾餅松軟，反沖洗再生更徹底;③再生過(guò)程反沖洗介質(zhì)用量減少;④油漿過(guò)濾器能耗降低。

低通量率帶來(lái)諸多好處，同時(shí)也帶來(lái)投資的大幅增加，油漿過(guò)濾器設(shè)計(jì)需要綜合考慮。

2.2 過(guò)濾器排渣處理

過(guò)濾器排渣返回FCC 裝置處理，常見(jiàn)兩種方法:①將排渣壓送至原料油罐;②設(shè)置反沖洗油回?zé)挶?，將排渣直接送至提升管回?zé)挕?/p>

目前國(guó)內(nèi)FCC 裝置大多采用第一種方法，缺點(diǎn)是排渣中催化劑污染了原料油系統(tǒng)，原料油泵、換熱器、管線(xiàn)以及進(jìn)料噴嘴，均受到催化劑細(xì)粉的磨損，尤其是原料油泵的磨損較為嚴(yán)重，對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行不利。第二種相對(duì)較好，但過(guò)濾器周期性的排渣勢(shì)必造成反應(yīng)溫度、壓力周期性波動(dòng)，影響提升管的操作［7］。可引一支置換油或者油漿進(jìn)入反沖洗接收罐，稀釋催化劑濃度，并設(shè)置液控，實(shí)現(xiàn)排渣的連續(xù)進(jìn)料。

排渣在提升管的進(jìn)料位置靠近原料油噴嘴存在弊端，排渣中除催化劑細(xì)粉外，還含有多環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，多環(huán)芳烴易脫氫發(fā)生縮合反應(yīng)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)難以氣化，如果排渣優(yōu)先與高活性催化劑接觸，部分催化劑活性受到影響，對(duì)提升管反應(yīng)不利。所以排渣回?zé)拺?yīng)單獨(dú)設(shè)置噴嘴，進(jìn)料位置應(yīng)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(guó)內(nèi)油漿過(guò)濾器的排渣上述兩種方法均有采用，無(wú)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(jìn)入沉降器旋風(fēng)分離器。油漿中的催化劑本是因旋風(fēng)分離器對(duì)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(jìn)入再生系統(tǒng)，但仍有部分催化劑再次被油氣攜帶至油漿，進(jìn)入油漿過(guò)濾器，形成循環(huán)過(guò)程，加重了過(guò)濾器負(fù)載。

為打破催化劑細(xì)粉循環(huán)，需將過(guò)濾器排渣中的催化劑進(jìn)行二次分離，2.1 節(jié)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(xì)粉的分離除過(guò)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(shè)備復(fù)雜，F(xiàn)CC 裝置采用油漿過(guò)濾器后，不可能再輔以靜電分離法;利用微型旋流器對(duì)油漿催化劑的分離，目前還沒(méi)有在工業(yè)上推廣;沉降法設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)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(guò)濾器與沉降法組合應(yīng)用流程見(jiàn)圖3，排渣進(jìn)入沉降罐進(jìn)行沉降，罐中撇油利用泵送至分餾塔或者反應(yīng)系統(tǒng)，而催化劑沉積于底部，定期清除。

圖3 過(guò)濾法、沉降法組合應(yīng)用示意圖

4 油漿過(guò)濾器的局限性

國(guó)內(nèi)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(duì)于國(guó)外催化油漿，國(guó)內(nèi)的油漿質(zhì)量普遍較差，膠質(zhì)含量約為10% ～20%，瀝青質(zhì)含量約為3% ～4.5%，瀝青質(zhì)是影響油漿過(guò)濾器運(yùn)行壽命的重要因素，所以國(guó)內(nèi)某些反沖洗式油漿過(guò)濾器實(shí)際運(yùn)行狀況并不理想。另外，國(guó)內(nèi)煉廠(chǎng)加工的原油性質(zhì)周期性波動(dòng)較大，影響到FCC 裝置原料油的性質(zhì)，催化油漿的性質(zhì)也隨之變化，對(duì)油漿過(guò)濾器的適應(yīng)性提出了高要求。

油漿過(guò)濾器要實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，除了優(yōu)化過(guò)濾器本體設(shè)計(jì)、優(yōu)化過(guò)濾器配套流程設(shè)計(jì)外，還需在操作細(xì)節(jié)上注意，特別是在過(guò)濾器開(kāi)工過(guò)程和反沖洗再生后的保溫操作，油漿過(guò)濾器的失效，往往是因?yàn)檎`操作或者沒(méi)有及時(shí)改變操作參數(shù)適應(yīng)油漿性質(zhì)變化引起的。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)國(guó)內(nèi)反沖洗式油漿過(guò)濾器進(jìn)料溫度偏高，再生過(guò)程只能被動(dòng)選擇高溫回?zé)捰?從過(guò)濾器設(shè)計(jì)著手，采用低通量率，降低油漿入口溫度，再生介質(zhì)可選擇輕質(zhì)油，為生產(chǎn)操作和后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。

(2)過(guò)濾器排渣的處理方案，以將排渣直接送至提升管回?zé)挒榧眩瑔为?dú)設(shè)置排渣進(jìn)料噴嘴，而進(jìn)料位置應(yīng)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(yīng)用過(guò)濾法、沉降法對(duì)排渣中的催化劑進(jìn)行二次分離的流程。

(4)國(guó)內(nèi)反沖洗式油漿過(guò)濾器應(yīng)用的局限性源于國(guó)內(nèi)催化油漿性質(zhì)的惡劣，需要在設(shè)計(jì)條件、操作細(xì)節(jié)各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

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