催化裂化油浆捕获沉降剂的工业应用

赵平，蒋敏，许世龙

（1 兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060；2 中国石油兰州石化分公司炼油厂，甘肃 兰州 730060）

催化裂化作为二次加工装置，一直是我国原油二次加工和炼油企业实现经济效益最大化的主要生产装置，在石油加工的重油轻质化过程中具有极其重要的地位[1]。催化裂化装置的主要产品为汽油、柴油和液化气，副产5%～10%（对催化原料）含固体催化剂粉末的催化裂化油浆[2]。油浆是重油催化裂化工艺过程中所产生的一种性质极为特殊的副产品，具有良好的经济利用价值，但是由于FCC 油浆含有2000～8000μg/g 的催化剂固体粉末而使得其经济规模和增值利用受到很大限制。因此，脱除油浆中的催化剂固体粉末，对综合利用油浆、提升油浆的经济价值、减少炼油厂的黑色产品率、提高炼油企业的经济效益都具有重要的意义[3]。300 万吨/年重油催化裂化装置于2013年5月进行了油浆捕获沉降剂（KOD CK2704A）的工业试验，以解决FCC油浆中高灰分的问题。

1 工业应用试验

1.1 工业应用装置

兰州石化公司300 万吨/年重油催化裂化装置由中国石化北京设计院设计，2003年7 月1 开工一次成功。装置以加工减压蜡油和减压渣油原料为主，设计渣油掺炼比为50%，设计加工规模为年处理量300 万吨。

1.2 油浆捕获沉降剂

油浆捕获沉降剂（KOD CK2704A，以下简称A剂）是具有有效降低油浆灰分含量的助剂产品[4]，其理化性质见表1。

1.3 油浆体系特点

1.3.1 油浆的理化性质（表2）

1.3.2 油浆中催化剂颗粒的粒度分布（表3）

1.3.3 油浆体系相学与理化特征

油浆是典型的多相和非均相粗分散体系（悬浮液），其中的催化剂颗粒受重力作用会沉降，但在工艺操作条件下会表现出明显的布朗运动特征，分散系统相对稳定，催化剂颗粒沉降时受到油浆的阻力，当重力与阻力相等时达到沉降平衡，沉降速度极慢；另一方面，油浆中的催化剂颗粒本身具有一定极性，带负电荷，会吸附油浆中的极性成分，颗粒沉降好似带着降落伞，沉降缓慢，同时催化剂颗粒因吸附、晶格取代和摩擦等使颗粒带电并在固-液界面处形成双电层（图1），催化剂颗粒相互接近时首先是反离子相接触。带相同电荷离子的静电斥力阻止了颗粒的靠近与聚结，从而使含催化剂颗粒的油浆相当稳定。因此从动力学特征和电学特征，都反映出油浆中的催化剂都是处于稳态，自然沉降速度缓慢，见图1。

表1 油浆捕获沉降剂（KODCK2704A）理化性质

表2 油浆理化性质（试验期间）

表3 油浆中催化剂颗粒的粒度分布

1.4 油浆捕获沉降剂工业应用原理

油浆捕获沉降剂的主要功能有：①消电功能，破坏和压缩双电层，减小和消除反离子相，使催化剂颗粒的热运动克服颗粒间的静电排斥而发生聚结成为可能；②絮凝功能，由于消除了催化剂颗粒的电荷，使颗粒从油浆的活性成分中解脱出来，沉降剂与颗粒的界面亲合力更强，颗粒絮凝成为可能；③为催化剂颗粒的加速沉降创造条件(颗粒的半径增大)。加入油浆捕获沉降剂的油浆是一个非常复杂的非均相粗分散体系，由于油浆捕获沉降剂破坏和压缩了双电层，并具有较强的絮凝能力，因此催化剂颗粒变得容易长大和沉降。沉降速度理论计算如 式（1）。

图1 双电层示意图

影响沉降的因素有：混合温度、沉降温度、两相的密度差、连续相与分散相的黏度、催化剂颗粒的浓度、沉降剂添加量、混合方式与强度、沉降 环境。

1.5 工业应用试验过程

本次试验用油浆捕获沉降剂编号为 KOD CK2704A（简称A 剂），试验用剂共2.5t，一次加入装置油浆捕获沉降剂缓冲罐。本次工业试验要求：2013年11 月5 日起，油浆捕获沉降剂按计划开始进行工业试验，试验以500μg/g 油浆捕获沉降剂加注量进行了3 个阶段，为期26 天，11 月5～30 日，300 万吨/年重催外甩油浆加注油浆捕获沉降剂（KOD CK2704A），加剂油浆走正常外甩线（图2），控制油浆流量15～25t/h，沉降剂加注量为500μg/g，加剂油浆温度控制在130～150℃，加剂油浆进满52#、54#罐后，暂停加剂，正常外甩油浆进51#罐中转。52#、54#罐在满罐时，沉降24h、沉降48h 和沉降72h，分别采样分析，收集2 组数据；待52#、54#罐分析完成，倒空后重复上述步骤2 次，再收集4组数据，共计6 组数据。

图2 油浆捕获沉降剂加注工艺流程

2 试验期间数据统计及分析

2.1 油浆空白标定

2013年11 月5 日，油浆捕获沉降剂混合泵（P220）投用，装置外甩油浆通过正常外甩线出装置，油浆捕获沉降剂工业试验通过油浆正常外甩线出装置，进入罐区储存，控制油浆正常外甩量在15～25t/h，在试验前通过罐区对油浆正常外甩量标定流量，油浆捕获沉降剂混合泵出入口温度（以现场实测为主）控制在115～135℃。车间对油浆捕获沉降剂加注进行标量，控制加注量在10kg/h 左右后投用正常。

为了提供试验结果的可比性，试验过程中从300 万吨/年重油催化裂化装置采取未加剂油浆分析，以油浆灰分含量的平均值作为空白数据，见 表4。

表4 300 万吨/年重油催化装置加剂前空白油浆分析数据

2.2 油浆加A 剂试验数据统计及分析

2.2.1 油浆捕获沉降剂试验第一批次试验（2013年11 月5～12 日）

油浆捕获沉降剂试验第一批次期间控制油浆外甩量20t/h（平均值），沉降剂加注量500μg/g，加剂油浆温度控制在130～150℃。罐区52#、54#罐共进加剂油浆1459.7t，平均油浆量为17.6t/h，52#、54#罐共加注油浆捕获沉降剂为740.5kg，平均油浆捕获沉降剂量为8.92kg/h，52#、54#罐油浆捕获沉降剂加注量为507μg/g ，油浆进52#、54#罐温度平均值控制在133.05℃，试验数据如表5。

（1）52#罐72h 油浆灰分平均0.070%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了89.23%；

（2）54#罐72h 油浆灰分平均0.080%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了87.69%。

表5 油品车间52#、54#罐加A 剂油浆样品分析数据 （第一批次）

2.2.2 油浆捕获沉降剂试验第二批次试验（2013年11 月14～21 日）

油浆捕获沉降剂试验第二批次期间控制油浆外甩量20t/h（平均值），沉降剂加注量500μg/g，加剂油浆温度控制在130～150℃。罐区52#、54#罐共进加剂油浆1353t，平均油浆量为18.79t/h，52#、54#罐共加注油浆捕获沉降剂为690.5kg，平均油浆捕获沉降剂量为9.58kg/h，52#、54#罐油浆捕获沉降剂加注量为510μg/g，油浆进52#、54#罐温度平均值控制在121.7℃，试验数据如表6。

（1）52#罐72h 油浆灰分平均0.067%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了89.69%；

（2）54#罐72h 油浆灰分平均0.073%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了8877%。

表6 油品车间52#、54#罐加A 剂油浆样品分析数据 （第二批次）

2.2.3 油浆捕获沉降剂试验第三批次试验（2013年11 月23～30 日）

油浆捕获沉降剂试验第三批次期间控制油浆外甩量20t/h（平均值），沉降剂加注量500μg/g，加剂油浆温度控制在130～150℃。罐区52#、54#罐共进加剂油浆1375t，平均油浆量为19.1t/h，52#、54#罐共加注油浆捕获沉降剂为726.5kg，平均油浆捕获沉降剂量为10.09kg/h，52#、54#罐油浆捕获沉降剂加注量为528μg/g，油浆进52#、54#罐温度平均值控制在124.8℃，试验数据如表7。

（1）52#罐72h 油浆灰分平均0.064%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了90.15%；

（2）54#罐72h 油浆灰分平均0.062%，相比未加剂油浆灰分下降，油浆灰分下降了90.46%。

2.3 油浆加A 剂试验结论

通过对油浆捕获沉降剂试3 个批次数据分析可以得出表8 数据。

表7 油品车间52#、54#罐加A 剂油浆样品分析数据 （第三批次）

表8 油浆捕获沉降剂试验数据分析

通过油浆捕获沉降剂试验结果可以看出，油浆捕获沉降剂试验3 批次灰分数据平均为0.069%，可得出油浆捕获沉降剂（KOD CK2704A）对兰州石化公司300 万吨/年重油催化裂化装置油浆灰分的下降有明显的效果，油浆灰分最低下降至0.062%，油浆平均脱灰率达到了88.01%。

3 结 论

通过采用加入油浆捕获沉降剂（KOD CK2704A）可以对中国石油兰州石化公司 300 万吨/年重油催化裂化装置油浆作为原料进行改质，可使加剂油浆灰分下降至0.069%，灰分脱除率达88.01%。通过这项技术可以使中国石油兰州石化公司300 万吨/年重油催化裂化装置油浆完全具备作为生产炭、黑油、针状焦及橡胶填充油的原料，经济效益明显。

[1] 王峰. 催化裂化油浆的加工工艺及进展[J]. 当代化工，2003，3（1）：46-47.

[2] 董群，善世文，张国甲，等. 催化裂化外甩油浆的净化与综合利用[J]. 化工进展，2010，12（s2）：28-32．

[3] 张兆前，李正，朱根权，等. 催化裂化油浆利用的技术进展[J]. 化工进展，2007，26（11）：1559-1563．

[4] 段华山. 有加速沉降催化剂固体粉末的添加剂专利技术：中国，200910190490.5[P]. 2010-03-17．