重油催化裂化油浆连续过滤技术的应用-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:采用MOTT公司的油浆过滤技术,针对装置设计出合适的工艺流程,对重油FCC油浆进行过滤,使油浆中的固含量降到了65μg/g,提高了油浆产品的品质,过滤后的油浆灰分满足了燃料油的要求。分离出的催化剂含量高的滤饼液循环至提升管回炼,实现了过滤的连续操作。
主题词:油浆　过滤　过滤器　滤饼
自20世纪80年代起,以常压渣油、减压渣油为原料的重油催化裂化(RFCC)工艺得到了发展,到1998年我国RFCC装置加工重油约20.40 Mt/a,占FCC总加工量的40%左右。由于原料重质化,使得装置生焦量大,过剩热量多,为了减少反应再生系统的结焦,保证装置长周期运行和维持两器热平衡的需要,RFCC装置的油浆外甩量较大,一般控制在4%~6%。
油浆的主要成分是稠环芳烃,如果进一步加工可生产优质的石油焦、碳黑以及橡胶软化油等,也可以调配重质燃料油。但是,由于油浆中有较高的催化剂粉尘(一般为3 000~6 000μg/g),给油浆的综合利用带来困难。固含量过高的油浆用作工业重燃料油时,易造成火嘴磨损和炉膛结焦。用高固含量的油浆作焦化原料生产的石油焦灰分不合格。因此,油浆进一步综合利用的关键是要分离掉其中的催化剂颗粒。
油浆中催化剂颗粒为硅酸铝晶体,平均粒径约20μm(粒径范围1~70μm),堆积密度0.8~0.9 g/cm3,由于此粉尘颗粒微小,密度与油浆接近,故从油浆中分离催化剂比较困难。过滤油浆中催化剂颗粒的技术国内虽有研究,而在工业装置上长周期连续运转尚未成功。美国MOTT公司是世界上最大的多孔技术生产商之一,其核心技术是具有控制精确孔径的多孔金属过滤器元件。
20世纪90年代以来BP等石油公司将该技术用于油浆连续过滤,收到了较好效果[1]。
1　MOTTHypulse LSI过滤技术及工艺过程
华北石油第一炼油厂有两套RFCC装置,加工能力2.0 Mt/a,原料为100%任丘常压渣油,年产油浆约100 kt,目前主要用作燃料油。为了保证产品灰粉合格,经过与国内外有关公司的多次技术交流,1997年该厂正式确定引进MOTT公司Hypulse LSI型油浆连续过滤技术用于Ⅱ套RFCC装置,设计处理量为3~6 t/h,其中过滤器和油浆进出口切换阀等几处关键阀门从MOTT等国外公司引进;工艺过程及控制方案由该厂研究设计配套。
1.1　MOTTHypulse LSI型过滤技术
MOTTHypulse LSI型过滤系统配置三个过滤器。过滤器由容器壳体、管板、过滤元件等部分组成(见图1),管板与过滤元件之间通过螺纹连接。
过滤元件为一端开口的多孔不锈钢(316LSS)金属管,其外径50 mm,长1 500 mm,孔直径0.5μm,过滤作用在元件内侧面,每根过滤管的过滤面积约0.243 m²,每个过滤器装有31根过滤管。
过滤器设计的最高温度为350℃,最高压力为1.0 MPa,滤饼的最大厚度为1.32 mm。过滤后清液中催化剂粉尘含量不超过100μg/g。过滤时油浆由滤管内向外流动,催化剂被留在滤芯的内表面,而清洁的滤液由过滤管流至容器外(见图2)。随着过滤的稳定进行,当过滤管压力降达到设定值时,油浆被切换到另一台过滤器。而此台过滤器则进入反冲洗阶段,用冲洗液对过滤元件反向冲洗并迅速打开反冲洗排液阀,产生瞬间高反向压力差,将过滤元件内表面的催化剂冲洗掉并排出容器。

1.2　工艺流程的优化设计
Ⅱ套RFCC装置为常压蒸馏、催化裂化及产品精制联合装置,考虑装置特点结合MOTT过滤技术要求,选择了图3所示工艺流程。该流程具有如下特点:

(1)采用净化FCC干气作反冲洗剂。MOTT推荐的反冲洗液种类较多,常用的有N2、滤液和轻、重循环油(LCO、HCO)等,国外公司多用滤液或LCO。选择干气作反冲洗介质避免了用滤液或LCO反冲洗时造成的轻油收率损失;同时干气系统压力0.7 MPa,一是与反冲洗所需压力匹配,不需增加控制等设备,二是用干气作动力将滤饼液压出滤饼罐时,其压力与重柴油泵出口压力匹配。
(2)用重柴油作携带剂将滤饼液送至RFCC原料油罐。其它公司大多用泵将滤饼液送出装置或送提升管回炼,考虑到该物流量少、需间歇输送及催化剂含量高等特点,结合装置现有设备,选用重柴油作携带剂,将滤饼液循环带到原料油罐后和原料油一起进提升管。这样既实现了连续平稳操作,又可用重柴油定期冲洗滤饼接收罐,防止罐内结焦和催化剂的沉积。另外,重柴油抽出后使分馏塔中下部液相负荷更趋合理。
将高固含量的滤饼液混入原料后,原料中催化剂的平均含量仅15~35μg/g,1999年6月Ⅱ套RFCC装置大检修检查验证,原料油泵及管道无磨损现象、原料油罐底无催化剂粉尘沉积,说明该流程对原料系统不会造成影响。
(3)设计以过滤管两侧的压力降为切换依据,保证了操作在较稳定的流动下进行。
(4)三台过滤器可一台过滤,一台反冲洗一台备用或两台过滤,一台反冲洗,保证了过滤操作的连续进行。
(5)由PLC自动控制切换,正常生产时不需人员操作。
1.3　过滤操作要点
300℃、0.7MPa的外甩高温油浆通过D213/1时,5μm以上的催化剂颗粒被留在滤芯的内表面,而通过过滤管的清液经冷却后送出装置。随着过滤的进行,出入口差压增加,当达到设定值时,油浆自动切换到反冲洗后的D213/2(或D213/3)。此时D213/1的油浆进出口阀关闭,而干气入口阀、底部排液阀顺次打开,干气将滤饼液反向冲洗到D214内。
滤饼罐液位达60%且判断无反冲洗进行时,罐顶放火炬阀、干气冲压阀、罐底排液阀顺次关闭、打开、打开,滤饼液被干气压至管道内由循环重柴油带至原料油罐;液位降至20%时,罐底排液阀、干气阀、放火炬阀顺次关闭、关闭、打开,此时滤饼罐又进入接收反冲洗滤饼液的状态。
2　油浆过滤系统的运行状况及效果分析
该油浆过滤系统自1998年11月投用至今已连续运行了近20个月,取得了明显的经济效益。
(1)表1为用Horiba LA-910激光粒子分布仪测得过滤前后油浆中固含量及粒径分布情况。

从分析数据可以看出,滤液中粉尘的粒径、含量已很小,分离效率达到了98.6%,该粉尘含量完全满足了燃料油和石油焦的灰分要求。在操作过程中,随着油浆外甩量的变化和油浆中催化剂含量的变化,只引起过滤器的切换间隔变化,而清液中的粉尘含量不受影响,清液的质量稳定。
(2)该系统过滤间隔长、易反冲洗。操作中发现对单个过滤器,在油浆外甩量3 t/h,固含量约5 000μg/g时,开始过滤4h后才达到设定压力降(0.4 MPa);而反冲洗开始仅1~2 min就恢复到初始过滤能力。
(3)过滤系统投用后,三个过滤器间歇切换,不影响分馏塔的平稳操作,分馏塔的塔底液位、油浆外甩的调节仍为原控制方案,不需考虑过滤系统。
该过程工艺简单,能耗、维修费用低,无需设专人操作,过滤过程可在催化裂化装置开工正常后再运行。
(4)过滤后的油浆在华北地区价格增值了约100 RMB￥/t,且市场变好。1999年Ⅱ套RFCC仅油浆过滤就多创效益约3.6×106RMB￥(Ⅱ套RFCC 1999年加工量790 kt,油浆产量39.5 kt)。
CO锅炉燃油约3.6 kt/a,1998年12月燃料改常渣为油浆后,1999年仅此项就多创效益约1.0×106RMB￥。
3　结束语
采用先进的过滤技术,设计出适合装置特点的工艺流程,滤除催化裂化油浆中的催化剂颗粒,使油浆中固体含量降低到65μg/g,提高了油浆的利用价值,使其能够得到进一步的综合利用。

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