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催化裂化装置应用反冲洗式油浆过滤器的流程探讨

                    催化裂化装置应用反冲洗式油浆过滤器的流程探讨
                                                      张亮
                           中石化洛阳工程有限公司 洛阳 471003
    摘要:通过对催化裂化装置油浆过滤器应用现况的分析,认为油浆进料温度不宜过高,否则再生过程反冲洗用油被动采用回炼油; 应提高油浆过滤器的设计要求,使反冲洗用油轻质化; 列举了目前应用的两种过滤器排渣回炼方案,提出过滤器排渣宜直接送至提升管,单独设置喷嘴,进料位置应高于原料油喷嘴; 初步探讨了组合应用过滤法、沉降法对过滤器排渣中催化剂进行二次分离的流程方案。
    关键词:催化裂化;油浆过滤器;反冲洗油;流程设计
    催化油浆在石油加工、石油化工方面有着广泛应用[1],但油浆中含有大约3000 ~ 7000ppm 的催化剂颗粒,制约其成为高附加值产品,如果操作出现波动, 催化剂含量甚至会升至12000~ 15000ppm。
    反冲洗式油浆过滤器成为诸多炼厂的选择,其典型流程见图1。FCC 油浆首先进入过滤器A,滤液中催化剂颗粒含量降至50 ~ 100ppm; 当过滤器压降或过滤时间达到预定值,油浆进料切换至过滤器B,过滤器A 进入再生过程,利用反冲洗介质将滤渣冲洗并排至接收罐,整个过程由现场PLC控制。
            
    油浆过滤器的关键技术在于滤芯与反冲洗,国外的MOTT、PALL 等公司,国内的安泰科技公司、石油大学等均有各自技术的滤芯,并配备了相应的再生工艺: MOTT 公司直接利用高压脉冲气体或者液体进行爆破式反冲洗,再利用填充油保温备用; PALL 公司先利用置换油浸泡软化滤饼,再利用气体反冲洗,然后利用填充油保温备用;安泰公司先利用气体辅助反冲洗,再利用反冲洗油浸泡软化,然后再次气体辅助反冲洗,达到清洁的目的; 石油大学也配备了专利技术的反冲洗工艺[2]。
    1 ·催化裂化装置与油浆过滤器
    FCC 装置增设油浆过滤器,主要对反应、分馏部分的流程进行微调: 一方面调整油浆系统换热流程,使油浆以适宜温度进入过滤器,一方面提供过滤器所需的反冲洗气体、置换油、填充油、冲洗油等,同时接收过滤器排渣。
    油浆进料温度是过滤器最重要的操作参数,图2 表示了油浆粘度温度变化曲线,虽然装置不同,原料不同,但粘度随温度变化趋势相同。当温度低于170℃ 时,油浆粘度随温度降低迅速增大,滤芯易堵塞,再生频繁; 而油浆温度高于345℃,可能出现结焦现象。
            
    FCC 装置可为油浆过滤器提供的辅助介质包括: 脱硫前干气、轻柴、重柴、分馏一中、回炼油等( 部分FCC 装置未设重柴侧线) 。干气压力范围0. 9 ~ 1. 0 MPa ( G) ,是反冲洗气体的最佳选择。表1 以装置1、2 为例,列出了轻柴、分馏一中、重柴、回炼油的性质。过滤器的平稳运行依赖于过滤、再生、备用各环节维持温度恒定,油浆进料温度基本决定了过滤器反冲洗再生采用何种介质。

    2· 现状与优化
    2. 1 操作条件
    国内部分反冲洗式油浆过滤器的应用概况见表2。油浆进料温度普遍高于300℃,低粘度为过滤带来诸多好处,但高温进料亦带来一些弊端:

    ( 1) 操作温度高于油浆自燃点,如果过滤器发生泄漏事故,危险性高。
    ( 2) 过滤器保温伴热要求高,按照高温低粘度设计的过滤器,不能承受因温度下降带来的影响。
    ( 3) 油浆进料温度超过300℃,置换油、填充油等只能被动选择高温回炼油。
    MOTT 公司推荐的反冲洗介质包括N2、滤液、LCO、HCO; PALL 公司推荐的反冲洗气体有干气、N2,推荐的置换油为LCO、HCO。LCO、HCO 类似于国内FCC 装置的轻柴与重柴。由表1 可知,过滤器反冲洗用油首选轻柴,其温度为210 ~ 216 ℃,该温度下的油浆粘度为1 ~ 2 cP; 次级选择为重柴或分馏一中,重柴与分馏一中性质接近,其温度约为277 ℃,该温度下的油浆粘度为0. 7 ~ 0. 8 cP;最后选择为回炼油,温度在330℃以上,该温度下的油浆粘度0. 5 ~ 0. 6 cP。PALL 公司采用多层金属丝烧结滤芯,对粘度的要求为0. 8 ~ 4 cP,MOTT公司采用金属粉末烧结滤芯,要求油浆温度高于232℃。由图2 可知,油浆温度上升至200℃ 后,粘度随温度升高而下降的趋势不明显,为追求低粘度,将进料温度提高至300 ℃ 以上的做法不可取。
    油浆进料温度可降至210 ~ 270℃,选择轻柴或分馏一中( 重柴) 作为反冲洗用油,粘度升高带来的不利因素可通过过滤器设计采用低通量率( FLUX RATE) 进行弥补。通量率定义为通过单位过滤面积的油浆流量,是过滤器的关键参数。采用低通量率的优点: ① 再生频率降低,有效过滤时间加长; ② 油浆进入滤芯的线速减低,形成的滤饼松软,反冲洗再生更彻底; ③ 再生过程反冲洗介质用量减少; ④ 油浆过滤器能耗降低。低通量率带来诸多好处,同时也带来投资的大幅增加,油浆过滤器设计需要综合考虑。
    2. 2 过滤器排渣处理
    过滤器排渣返回FCC 装置处理,常见两种方法: ① 将排渣压送至原料油罐; ② 设置反冲洗油回炼泵,将排渣直接送至提升管回炼。
    目前国内FCC 装置大多采用第一种方法,缺点是排渣中催化剂污染了原料油系统,原料油泵、换热器、管线以及进料喷嘴,均受到催化剂细粉的磨损,尤其是原料油泵的磨损较为严重,对装置的长周期运行不利。第二种相对较好,但过滤器周期性的排渣势必造成反应温度、压力周期性波动,影响提升管的操作[7]。可引一支置换油或者油浆进入反冲洗接收罐,稀释催化剂浓度,并设置液控,实现排渣的连续进料。
    排渣在提升管的进料位置靠近原料油喷嘴存在弊端,排渣中除催化剂细粉外,还含有多环芳烃、胶质、沥青质,多环芳烃易脱氢发生缩合反应,胶质、沥青质难以气化,如果排渣优先与高活性催化剂接触,部分催化剂活性受到影响,对提升管反应不利。所以排渣回炼应单独设置喷嘴,进料位置应高于原料油喷嘴,具体位置考虑FCC装置提升管型式与布置。
    3· 排渣催化剂二次分离的探讨
    目前国内油浆过滤器的排渣上述两种方法均有采用,无论将排渣送至原料油罐还是直接送至提升管,排渣中的催化剂均进入沉降器旋风分离器。油浆中的催化剂本是因旋风分离器对催化剂微颗粒捕捉能力不足而跑损至分馏塔底部,虽有部分回收的催化剂进入再生系统,但仍有部分催化剂再次被油气携带至油浆,进入油浆过滤器,形成循环过程,加重了过滤器负载。
    为打破催化剂细粉循环,需将过滤器排渣中的催化剂进行二次分离,2. 1 节中反冲洗用油选择轻柴油,可很大程度上降低催化剂二次分离的难度。
    催化剂细粉的分离除过滤法外,还有静电分离法、离心法、沉降法。静电分离法投资大,设备复杂,FCC 装置采用油浆过滤器后,不可能再辅以静电分离法; 利用微型旋流器对油浆催化剂的分离,目前还没有在工业上推广; 沉降法设备简单、运行成本低、操作容易,而排渣中催化剂的分离难度不大,沉降法为可选的方案。
    油浆过滤器与沉降法组合应用流程见图3,排渣进入沉降罐进行沉降,罐中撇油利用泵送至分馏塔或者反应系统,而催化剂沉积于底部,定期清除。
             
    4 ·油浆过滤器的局限性
    国内FCC 装置加工的原料包括常压渣油、减压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、加氢渣油、脱沥青油及其混合原料等,以蜡油为原料的FCC 装置很少,相对于国外催化油浆,国内的油浆质量普遍较差,胶质含量约为10% ~ 20%,沥青质含量约为3% ~ 4. 5%,沥青质是影响油浆过滤器运行寿命的重要因素,所以国内某些反冲洗式油浆过滤器实际运行状况并不理想。另外,国内炼厂加工的原油性质周期性波动较大,影响到FCC 装置原料油的性质,催化油浆的性质也随之变化,对油浆过滤器的适应性提出了高要求。
    油浆过滤器要实现连续稳定运行,除了优化过滤器本体设计、优化过滤器配套流程设计外,还需在操作细节上注意,特别是在过滤器开工过程和反冲洗再生后的保温操作,油浆过滤器的失效,往往是因为误操作或者没有及时改变操作参数适应油浆性质变化引起的。
    5· 结语
    ( 1) 国内反冲洗式油浆过滤器进料温度偏高,再生过程只能被动选择高温回炼油; 从过滤器设计着手,采用低通量率,降低油浆入口温度,再生介质可选择轻质油,为生产操作和后续优化设计创造条件。
    ( 2) 过滤器排渣的处理方案,以将排渣直接送至提升管回炼为佳,单独设置排渣进料喷嘴,而进料位置应高于原料喷嘴,具体位置考虑FCC装置提升管型式与布置。
    ( 3) 初步探讨了组合应用过滤法、沉降法对排渣中的催化剂进行二次分离的流程。   
    ( 4) 国内反冲洗式油浆过滤器应用的局限性源于国内催化油浆性质的恶劣,需要在设计条件、操作细节各个方面进行优化才能实现过滤器连续稳定运行。
参考文献
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