旋液分離技術在MCP裝置上的應用

王修明

（揚州石化有限責任公司，江蘇揚州 225200）

0 前言

揚州石化25萬t/a MCP（Maximizing Catalytic Propylene，重油選擇性裂解多產低碳烯烴技術）裝置是采用中國石油化工科學研究院開發的新一代重油選擇性裂解多產低碳烯烴新技術，在有效提高重油催化裂解反應選擇性的基礎上顯著增加丙烯產率，2011年7月建成投產運行。根據江蘇原油性質，MCP裝置采用蘇北原油的全常渣進料，生產方案采用油漿部分回煉的方式，裝置油漿產率4.2%。裝置投產以來較為平穩，反再系統流化正常，產品質量穩定，丙烯產率超過15%，異丁烯產率超過5%。但是，分餾系統油漿固含量偏高，一方面對裝置的長周期運行產生了不利的影響，另一方面油漿回煉導致反應生焦增加，裝置燒焦能耗增加，同時為了平衡系統內油漿固含量，需要加大油漿外甩，導致部分柴油組分壓入分餾塔底，裝置輕油收率下降。因此，在進行廣泛調查研究的基礎上，提出在油漿系統增設旋液分離器的方案，以降低油漿中固體物含量。

1 MCP裝置油漿系統問題分析

1.1 油漿系統的問題

MCP裝置油漿系統流程如圖1所示，油漿密度、固含量、灰分等性質如表1所示。

圖1 MCP裝置油漿系統流程

由表1可以看出，因MCP裝置工藝設計藏量大、循環線路多、催化劑循環量大，催化劑細粉化嚴重，油漿固含量偏高，需要適當增加油漿回煉及外甩來維持油漿性質的平穩。增加油漿外甩量，油漿密度偏低，輕質油收率降低；增加油漿回煉，裝置生焦量增加。

1.2 油漿性質進一步分析

對采集油漿中灰分（顆粒物）進行實驗室粒度測定，均≤10μm，平均粒徑約5 μm，顆粒較細。在48℃，60℃，70℃，80℃，100℃和117℃對油漿黏度進行實驗室測定，測得數值分別為 9.10 mPa·s，6.00 mPa·s，4.65 mPa·s，3.05mPa·s，2.40 mPa·s和 1.85 mPa·s，擬合曲線如圖 2 所示。

表1 2014年3-7月油漿性質

圖2 油漿黏度測定結果

可以推算出，工況條件下（1.15 MPa，250℃），油漿黏度<1 mPa·s。

在 52.5 ℃，61.3 ℃，70.2 ℃，80.3 ℃，90.0 ℃，100.0 ℃，110.0℃，和120.0℃，對油漿密度進行了實驗室測定，數值分別為 0.964 kg/m3，0.960 5 kg/m3，0.952 5 kg/m3，0.951 0 kg/m3，0.946 5 kg/m3，0.940 5 kg/m3，0.935 5 kg/m3和 0.931 0 kg/m3，擬合曲線如圖3所示。

可以推算出，工況條件下（1.15 MPa，250℃）油漿密度<0.92 kg/m3。

圖3 油漿密度測定結果

從圖2、圖3可以看出，本裝置油漿黏度性質較好，高溫黏度較小、密度較低，對固液分離較為有利。

2 可行性分析

2.1 旋流分離技術簡介

旋流分離技術被普遍認為是一種高效節能分離技術，可用于氣—固、液—液、固—液、氣—液分離，以及固—固等非均相混合物的澄清、增濃或脫水、分級、洗滌等分離過程[1]。在歐美國家，隨著液液旋流分離技術的進一步發展，旋流分離技術被認為是一種高效節能的分離技術，是3大機械分離技術（過濾、離心分離、旋流分離）之一。

2.2 旋流分離器工作原理與特點

旋流分離器簡稱旋流器，是一種利用離心沉降原理，將非均相混合物中具有不同密度的相分離的機械分離設備[2-3]。工作時，混合物料由入口切向送入旋流器圓筒部旋流腔內，在圓筒中形成高速回轉運動，產生離心力場，在離心力作用下，混合物內質量較大的部分發生離心沉降，被拋向器壁而失去動能，在重力作用下向下旋動，沉降到圓筒壁上并滑向圓錐體，經由底流出口排出；其他質量較小的部分，由于受離心力作用較小，所以位于旋流分離器中心區域，隨氣流或液流作高速螺旋旋轉運動，形成上升的低壓螺旋流，至上溢流出口溢出[4]。

旋流分離器的特點：①對液體顆粒與固體顆粒有較高的分離效率；②制造成本低，占用空間小，重量輕，維護費用少，能耗低，無需任何幫助分離的介質；③彈性大，流量波動范圍40%～120%；④在處理量較大時，可以明顯減小體積，通常是常規重力分離器的1/5；⑤氣速較低，噪聲小；⑥具有多功能特性，可以和過濾器整合成1臺設備，降低投資；⑦適應性好，生產及調節范圍寬，并聯可增加生產能力，串聯可提高產品質量。操作溫度及壓力不受限制，決定于旋流器的結構材料。

2.3 油漿旋液分離技術工藝流程及參數估算

油漿旋液分離技術，是應用旋液分離原理，將油漿中的固體懸浮物在旋流分離器中，通過高速旋轉，在離心力及重力的共同作用下將懸浮物進行不完全分離，將分離后固含量高的油漿外排，達到降低油漿固含量的目的。

在公司提供運行參數的基礎上，中國石油大學負責完成了旋液分離器的選型及設計，并根據公司MCP裝置實際情況，對流程和控制方案進行了改進，以外甩油漿產量要求，采用循環油漿部分分離、單級旋流分離流程（圖4）。

圖4 改進后油漿系統流程

以旋液分離器的分離效果40%，50%，65%和70%分別進行油漿系統固含量濃度平衡測算，結果如表2所示。

3 應用情況

旋液分離器于2014年MCP裝置大檢修期間安裝竣工，吹掃試壓后于9月17日組織開工。2014年9月至今，正常運行。表3為旋液分離器應用情況。

其中，分離效率為外甩灰分減去系統灰分后與外甩灰分的比值。

由表3可以看出，旋液分離器投用后，效果較為明顯，主要表現在系統油漿灰分的降低。但由于裝置催化劑重油裂解能力不足導致油漿中膠質含量增加，離心法分析油漿固含量時膠質無法分離，數值偏高，因此數據分析中以灰分值為參考。對比工況2，3，4，5可以看出，隨著油漿下返塔量的增加，即在一定范圍內適當提高旋液分離器入口線速，旋液分離器的分離效率增加（圖4）。對比表3工況5與表2，可以看出旋液分離器基本達到設計分離效率，系統油漿灰份降低（2～2.5）g/L。

表2 催化裂化循環油漿分離參數估算結果

表3 旋液分離器應用情況

系統油漿灰份降低后，反應系統油漿回煉比由旋液分離器投用前的3.1%左右（回煉量1 t/h，新鮮原料32 t/h）降至11月的1.5%（回煉量0.5 t/h，新鮮原料34 t/h），裝置的生焦率下降約0.47個百分點。

4 結論

通過旋液分離器的應用，MCP裝置油漿系統中的灰分得以有效降低，解決了油漿固含量超標而影響MCP裝置長周期運行的問題，降低了油漿回煉比和裝置生焦率。