催化裂化油漿捕獲沉降劑的工業應用

趙平，蔣敏，許世龍

（1 蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060；2 中國石油蘭州石化分公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060）

催化裂化作為二次加工裝置，一直是我國原油二次加工和煉油企業實現經濟效益最大化的主要生產裝置，在石油加工的重油輕質化過程中具有極其重要的地位[1]。催化裂化裝置的主要產品為汽油、柴油和液化氣，副產5%～10%（對催化原料）含固體催化劑粉末的催化裂化油漿[2]。油漿是重油催化裂化工藝過程中所產生的一種性質極為特殊的副產品，具有良好的經濟利用價值，但是由于FCC 油漿含有2000～8000μg/g 的催化劑固體粉末而使得其經濟規模和增值利用受到很大限制。因此，脫除油漿中的催化劑固體粉末，對綜合利用油漿、提升油漿的經濟價值、減少煉油廠的黑色產品率、提高煉油企業的經濟效益都具有重要的意義[3]。300 萬噸/年重油催化裂化裝置于2013年5月進行了油漿捕獲沉降劑（KOD CK2704A）的工業試驗，以解決FCC油漿中高灰分的問題。

1 工業應用試驗

1.1 工業應用裝置

蘭州石化公司300 萬噸/年重油催化裂化裝置由中國石化北京設計院設計，2003年7 月1 開工一次成功。裝置以加工減壓蠟油和減壓渣油原料為主，設計渣油摻煉比為50%，設計加工規模為年處理量300 萬噸。

1.2 油漿捕獲沉降劑

油漿捕獲沉降劑（KOD CK2704A，以下簡稱A劑）是具有有效降低油漿灰分含量的助劑產品[4]，其理化性質見表1。

1.3 油漿體系特點

1.3.1 油漿的理化性質（表2）

1.3.2 油漿中催化劑顆粒的粒度分布（表3）

1.3.3 油漿體系相學與理化特征

油漿是典型的多相和非均相粗分散體系（懸浮液），其中的催化劑顆粒受重力作用會沉降，但在工藝操作條件下會表現出明顯的布朗運動特征，分散系統相對穩定，催化劑顆粒沉降時受到油漿的阻力，當重力與阻力相等時達到沉降平衡，沉降速度極慢；另一方面，油漿中的催化劑顆粒本身具有一定極性，帶負電荷，會吸附油漿中的極性成分，顆粒沉降好似帶著降落傘，沉降緩慢，同時催化劑顆粒因吸附、晶格取代和摩擦等使顆粒帶電并在固-液界面處形成雙電層（圖1），催化劑顆粒相互接近時首先是反離子相接觸。帶相同電荷離子的靜電斥力阻止了顆粒的靠近與聚結，從而使含催化劑顆粒的油漿相當穩定。因此從動力學特征和電學特征，都反映出油漿中的催化劑都是處于穩態，自然沉降速度緩慢，見圖1。

表1 油漿捕獲沉降劑（KODCK2704A）理化性質

表2 油漿理化性質（試驗期間）

表3 油漿中催化劑顆粒的粒度分布

1.4 油漿捕獲沉降劑工業應用原理

油漿捕獲沉降劑的主要功能有：①消電功能，破壞和壓縮雙電層，減小和消除反離子相，使催化劑顆粒的熱運動克服顆粒間的靜電排斥而發生聚結成為可能；②絮凝功能，由于消除了催化劑顆粒的電荷，使顆粒從油漿的活性成分中解脫出來，沉降劑與顆粒的界面親合力更強，顆粒絮凝成為可能；③為催化劑顆粒的加速沉降創造條件(顆粒的半徑增大)。加入油漿捕獲沉降劑的油漿是一個非常復雜的非均相粗分散體系，由于油漿捕獲沉降劑破壞和壓縮了雙電層，并具有較強的絮凝能力，因此催化劑顆粒變得容易長大和沉降。沉降速度理論計算如 式（1）。

圖1 雙電層示意圖

影響沉降的因素有：混合溫度、沉降溫度、兩相的密度差、連續相與分散相的黏度、催化劑顆粒的濃度、沉降劑添加量、混合方式與強度、沉降 環境。

1.5 工業應用試驗過程

本次試驗用油漿捕獲沉降劑編號為 KOD CK2704A（簡稱A 劑），試驗用劑共2.5t，一次加入裝置油漿捕獲沉降劑緩沖罐。本次工業試驗要求：2013年11 月5 日起，油漿捕獲沉降劑按計劃開始進行工業試驗，試驗以500μg/g 油漿捕獲沉降劑加注量進行了3 個階段，為期26 天，11 月5～30 日，300 萬噸/年重催外甩油漿加注油漿捕獲沉降劑（KOD CK2704A），加劑油漿走正常外甩線（圖2），控制油漿流量15～25t/h，沉降劑加注量為500μg/g，加劑油漿溫度控制在130～150℃，加劑油漿進滿52#、54#罐后，暫停加劑，正常外甩油漿進51#罐中轉。52#、54#罐在滿罐時，沉降24h、沉降48h 和沉降72h，分別采樣分析，收集2 組數據；待52#、54#罐分析完成，倒空后重復上述步驟2 次，再收集4組數據，共計6 組數據。

圖2 油漿捕獲沉降劑加注工藝流程

2 試驗期間數據統計及分析

2.1 油漿空白標定

2013年11 月5 日，油漿捕獲沉降劑混合泵（P220）投用，裝置外甩油漿通過正常外甩線出裝置，油漿捕獲沉降劑工業試驗通過油漿正常外甩線出裝置，進入罐區儲存，控制油漿正常外甩量在15～25t/h，在試驗前通過罐區對油漿正常外甩量標定流量，油漿捕獲沉降劑混合泵出入口溫度（以現場實測為主）控制在115～135℃。車間對油漿捕獲沉降劑加注進行標量，控制加注量在10kg/h 左右后投用正常。

為了提供試驗結果的可比性，試驗過程中從300 萬噸/年重油催化裂化裝置采取未加劑油漿分析，以油漿灰分含量的平均值作為空白數據，見 表4。

表4 300 萬噸/年重油催化裝置加劑前空白油漿分析數據

2.2 油漿加A 劑試驗數據統計及分析

2.2.1 油漿捕獲沉降劑試驗第一批次試驗（2013年11 月5～12 日）

油漿捕獲沉降劑試驗第一批次期間控制油漿外甩量20t/h（平均值），沉降劑加注量500μg/g，加劑油漿溫度控制在130～150℃。罐區52#、54#罐共進加劑油漿1459.7t，平均油漿量為17.6t/h，52#、54#罐共加注油漿捕獲沉降劑為740.5kg，平均油漿捕獲沉降劑量為8.92kg/h，52#、54#罐油漿捕獲沉降劑加注量為507μg/g ，油漿進52#、54#罐溫度平均值控制在133.05℃，試驗數據如表5。

（1）52#罐72h 油漿灰分平均0.070%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了89.23%；

（2）54#罐72h 油漿灰分平均0.080%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了87.69%。

表5 油品車間52#、54#罐加A 劑油漿樣品分析數據 （第一批次）

2.2.2 油漿捕獲沉降劑試驗第二批次試驗（2013年11 月14～21 日）

油漿捕獲沉降劑試驗第二批次期間控制油漿外甩量20t/h（平均值），沉降劑加注量500μg/g，加劑油漿溫度控制在130～150℃。罐區52#、54#罐共進加劑油漿1353t，平均油漿量為18.79t/h，52#、54#罐共加注油漿捕獲沉降劑為690.5kg，平均油漿捕獲沉降劑量為9.58kg/h，52#、54#罐油漿捕獲沉降劑加注量為510μg/g，油漿進52#、54#罐溫度平均值控制在121.7℃，試驗數據如表6。

（1）52#罐72h 油漿灰分平均0.067%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了89.69%；

（2）54#罐72h 油漿灰分平均0.073%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了8877%。

表6 油品車間52#、54#罐加A 劑油漿樣品分析數據 （第二批次）

2.2.3 油漿捕獲沉降劑試驗第三批次試驗（2013年11 月23～30 日）

油漿捕獲沉降劑試驗第三批次期間控制油漿外甩量20t/h（平均值），沉降劑加注量500μg/g，加劑油漿溫度控制在130～150℃。罐區52#、54#罐共進加劑油漿1375t，平均油漿量為19.1t/h，52#、54#罐共加注油漿捕獲沉降劑為726.5kg，平均油漿捕獲沉降劑量為10.09kg/h，52#、54#罐油漿捕獲沉降劑加注量為528μg/g，油漿進52#、54#罐溫度平均值控制在124.8℃，試驗數據如表7。

（1）52#罐72h 油漿灰分平均0.064%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了90.15%；

（2）54#罐72h 油漿灰分平均0.062%，相比未加劑油漿灰分下降，油漿灰分下降了90.46%。

2.3 油漿加A 劑試驗結論

通過對油漿捕獲沉降劑試3 個批次數據分析可以得出表8 數據。

表7 油品車間52#、54#罐加A 劑油漿樣品分析數據 （第三批次）

表8 油漿捕獲沉降劑試驗數據分析

通過油漿捕獲沉降劑試驗結果可以看出，油漿捕獲沉降劑試驗3 批次灰分數據平均為0.069%，可得出油漿捕獲沉降劑（KOD CK2704A）對蘭州石化公司300 萬噸/年重油催化裂化裝置油漿灰分的下降有明顯的效果，油漿灰分最低下降至0.062%，油漿平均脫灰率達到了88.01%。

3 結 論

通過采用加入油漿捕獲沉降劑（KOD CK2704A）可以對中國石油蘭州石化公司 300 萬噸/年重油催化裂化裝置油漿作為原料進行改質，可使加劑油漿灰分下降至0.069%，灰分脫除率達88.01%。通過這項技術可以使中國石油蘭州石化公司300 萬噸/年重油催化裂化裝置油漿完全具備作為生產炭、黑油、針狀焦及橡膠填充油的原料，經濟效益明顯。

[1] 王峰. 催化裂化油漿的加工工藝及進展[J]. 當代化工，2003，3（1）：46-47.

[2] 董群，善世文，張國甲，等. 催化裂化外甩油漿的凈化與綜合利用[J]. 化工進展，2010，12（s2）：28-32．

[3] 張兆前，李正，朱根權，等. 催化裂化油漿利用的技術進展[J]. 化工進展，2007，26（11）：1559-1563．

[4] 段華山. 有加速沉降催化劑固體粉末的添加劑專利技術：中國，200910190490.5[P]. 2010-03-17．