CN110938462B - 一种利用热处理离心沉降—静电法脱除油浆固体颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用热处理离心沉降—静电法深度脱除油浆固体颗粒的方法，主要包括如下两个步骤：(1)将催化裂化装置外甩油浆直接泵入离心沉降罐中进行热处理离心沉降；(2)将热处理离心沉降后的上层60～99％油浆直接泵入到静电塔中进行静电脱固。本发明使得静电处理之前油浆的性质得到初步改善，可有效提高静电脱固效率，从而达到油浆深度脱固的目的。经处理后的油浆固含量可降低至100μg·g^‑1以内，满足高附加值产品的原料固含量要求。

Description

一种利用热处理离心沉降—静电法脱除油浆固体颗粒的方法

技术领域

本发明提供一种深度脱除催化裂化(FCC)油浆固体颗粒的新工艺，特别是针对密度高，黏度大，固含量高等复杂性质的FCC油浆脱除其固含量的新方法。

背景技术

催化裂化是目前重质油轻质化比较常用的工艺技术，而催化裂化装置反应之后会产生大量的副产物，其中含量最多的就是催化裂化(FCC)油浆，据统计，我国每年的产量达900万吨以上。FCC油浆中含有较多的芳烃组分，其中3～5环的稠环芳烃含量最多，是生产炭黑、碳纤维和针状焦等高附加值化工产品的优质原料。然而由于油浆中含有较多的固体颗粒，使油浆的进一步加工及利用受到限制，使其只能被用作锅炉燃料油或者是延迟焦化原料的调合组分，因此，除去油浆中的固体颗粒有助于实现油浆的高附加值利用，将会带来很大的经济效益。

FCC油浆的性质与产地、催化进料以及加工工艺有关，不同的FCC油浆性质差别比较大。总的来说，大多数的FCC油浆具有密度大、黏度高、饱和分和芳香分含量高的特点，并且平均相对分子质量一般在300到400之间。我国的FCC油浆氢碳原子比比较低，另外油浆中还含有较多的固体颗粒以及少量的S、N等杂原子化合物和Ni、V等重金属化合物。

由于FCC油浆中的固体颗粒细小且在油浆中既是分散相又起胶体稳定剂的作用，所以固体颗粒的脱除较为困难。对FCC油浆中固体颗粒的分离方法主要有四种，即沉降法、过滤法、离心法以及静电法。沉降法方法简单，投资少，可通过加入沉降助剂来改善自然沉降的不足，可以达到初步脱固效果。但是由于沉降时间长，沉降设备占地面积大，沉降效果差等原因，限制了沉降法净化油浆的应用。例如专利CN106318440A公开了一种催化裂化油浆沉降剂来提高固体颗粒的沉降速度和脱固效率，但是此方法耗时较长，脱固效果一般，催化裂化油浆中绝大部分焦粉及粒径较小的固体杂质均无法脱除，不能满足高附加值产品原料的固含量要求。过滤法具有设备简单，操作成本低，其关键技术是选择适宜的过滤材料和有效的反冲洗方式，主要问题是设备投资大，滤芯保护和再生不易，目前在国内的发展处于停滞状态。离心法可分为离心沉降分离法和旋流分离法两种，利用离心机的离心沉降法对油浆的脱固效果较好。但其对油浆中较小颗粒的脱除能力有限，不能满足油浆高附加值产品对固含量的要求。方云进等系列文章系统的研究了静电脱固的机理，提出了沥青质与固体颗粒在填料玻璃珠活性位点的“竞争吸附”问题并对影响脱固效率的相关因素做了研究，随后又开发了油浆静电分离装置。在国外油浆静电分离器是由海湾科学技术公司(GulfScience Technology Co)发展、设计和制造的，并在1979年实现工业化，至今已应用于许多国家的炼油厂。然而由于我国的催化裂化原料中大量掺炼渣油，使得产物油浆具有沥青质含量较高，黏度较大等诸多复杂特性，导致引进的静电设备分离效果差，操作费用高，难以维护而停用。专利CN201810387577中主要是对静电脱固装置在原有的基础上进行了改进，仍然是单纯的静电脱固工艺。专利CN201610322705中涉及的方法是热处理与蒸馏相结合，其热处理温度>400℃，时间较短。高于400℃的温度时在反应釜里热处理必须搅拌，否则会结焦，而加压和加热同时进行时，搅拌在工业应用中受到限制。专利CN 201811530469中所提到的换热预处理，只是将油浆换热到100～200℃以降低黏度和使固体颗粒团聚长大而更容易留在后续工艺的脱除残渣中，无法降低油浆中的沥青质含量，不能解决后续静电脱固中填料活性位点有限及沥青质的“竞争吸附”问题。目前为止，针对催化裂化油浆中固体颗粒的脱除问题，国内还没有较理想的处理工艺，达不到理想的处理效果，催化裂化油浆固含量的高效脱除仍是国内的一大技术难题和研究热点。

发明内容

考虑到目前各种油浆脱固方法所存在的问题，为达到高效脱除脱固含物的目的，本发明以静电法可以有效脱除油浆中粒径极小的固体颗粒的独特优势出发，采用组合工艺的手段，对催化裂化油浆进行最简单有效的预处理手段，改善静电前油浆的性质，从而提高静电装置的脱固效率。为解决现有静电脱固技术存在的不足和难以适应我国催化油浆的复杂性质的现状，本发明公开了一种高效脱除催化裂化油浆固体颗粒的新工艺。采用本发明所述的油浆脱固方法，可有效的降低油浆中固体颗粒，包括油浆中粒径小于10μm的小颗粒固体杂质，极大程度地降低了催化裂化油浆的固含量，使得油浆脱固效率达到98％以上，可满足作为生产高附加值产品原料的固含量要求，从而提高油浆的经济价值。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种深度脱除催化裂化油浆固体颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)将催化裂化装置外甩油浆直接泵入离心沉降罐中进行热处理离心沉降；

(2)将步骤(1)中高温离心沉降后得到分层后的油浆60％～99％(优选90％)的上层部分直接泵入到静电塔中进行静电脱固，而将剩余1％～40％(优选10％)的下层油浆泵入到焦化装置中进行焦化。

所述步骤(1)在离心沉降罐中的热处理离心沉降是在惰性气体的保护下进行的，惰性气体的压力为1～2MPa，离心沉降罐的温度维持在80～400℃(优选320～380℃)，热处理离心沉降的离心力为不大于5000×g(优选离心力为1000～2000×g)，热处理离心沉降时间为1～72h(优选8～12h)。

所述步骤(2)将步骤(1)得到的上层60％～99％(优选90％)的油浆泵入到静电塔中进行静电脱固。静电分离温度为80～220℃(优选140～180℃)，处理电压为5～100kV(优选12～16kV)直流高压电，处理时间为5～50min(优选20～30min)。

所述步骤(2)将步骤(1)得到的沉降下层1％～40％(优选10％)的油浆泵入到焦化装置中进行焦化，使得油浆得到充分利用。

本发明热处理条件是温度400℃以下(优选为300℃左右)，惰性气体保护下不用搅拌直接离心沉降。此预处理的创新点及优势是①将催化裂化装置外甩出来的油浆(此时油浆温度在350℃左右)直接泵入一个大的保温离心沉降罐中进行离心沉降，不需要再进行加热升温或者冷却降温，极大地节约了成本，且装置与操作都简单，易于工业生产；②该热处理离心沉降与其他普通沉降(温度100℃左右，无需惰性气体保护)相比，优势在于较高温度下离心沉降，促进固体颗粒及沥青质的团聚，极大地缩短了离心沉降时间且提高了离心沉降脱固效率。

本发明有以下优点：通过本发明技术对催化裂化油浆进行净化处理，油浆中的固含量可有效降低，脱固效率可以达到98％以上，达到了深度脱除油浆固含物的目的，可满足作为生产高附加值产品原料的固含量要求，从而提高油浆的经济价值。预处理方法不需要加入任何溶剂，也不需要进行加热或冷却降温，没有能耗，而是直接利用催化裂化装置外甩油浆本身的温度，所提供的组合工艺，设备简单，操作方便，能耗低，沉降时间大幅度降低，工业应用前景广阔。

本发明的脱固方法，对油浆进行的热预处理，可使固含物与沥青质发生絮凝，形成“固含物-沥青质”絮凝体，使得沥青质和部分固含物在离心沉降过程中更加容易脱除。离心沉降后油浆中的大部分固含物和沥青质富集在沉降罐底部中，可达到初步脱固的目的，并有效的脱除了油浆中的沥青质，改善了油浆静电分离前油浆的性质，降低了沥青质与固体颗粒在静电填料上的“竞争吸附”，并解决了静电装置填料吸附点有限的不足，可使得在静电脱固中将油浆中粒径小于10μm的固体颗粒也有效脱除。本发明工艺对油浆处理后，可将油浆的固含量降低至100μg·g^-1以内，脱固效率可达到98％以上。该方法操作简单，能耗低，脱固效率高，对原料的适应性强，易于工业化。

附图说明

图1：处理前后X油浆中固体颗粒的分散状态。A原油浆B处理后的油浆

图2：油浆灰分测定图片对比。A直接静电后的X油浆灰分B经本发明处理后的X油浆灰分

图3：处理后Y油浆中固体颗粒的分散状态。A原油浆B处理后的油浆

图4：油浆灰分测定图片对比。A直接静电后的Y油浆灰分B经本发明处理后的Y油浆灰分

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1.选用某炼厂催化裂化油浆甲进行本发明的脱固研究，油浆X的基本性质如表1所示。

表1原料油浆X性质表

(1)在离心沉降罐中冲入1MPa的氮气，离心沉降罐的温度维持在350℃左右，离心力为1000×g，将油浆X在离心沉降罐中热处理离心沉降10小时左右。

(2)将热处理离心沉降后得到的上层90％的油浆泵入到静电塔中进行静电处理。静电分离温度为160℃，处理电压为15kV直流高压电，处理时间为25min。

经本发明方法处理后油浆X的性质变化情况如表2所示。

表2油浆X处理前后部分性质变化情况

由表2可知，经本发明处理后的油浆X中的主要金属含量均明显减少，固含量降低至80μg·g^-1，脱固效率达到了98％以上，油浆中的沥青质含量也得到明显的降低。

经本发明处理前后油浆X中的固体颗粒在光学显微镜下的分散状态如图1所示。

由图1同样可以清晰看出经本发明处理后的油浆X中的固体颗粒明显降低，达到了深度脱除油浆中固含物的目的。

对比例1.对X油浆不进行本发明所提出的高温离心沉降预处理操作，直接进行静电脱固。静电脱固的实验条件为静电分离温度为160℃，处理电压为15kV直流高压电，处理时间为25min。实验结果如表3所示。

表3油浆X直接静电脱固前后部分性质变化情况

由表3中的数据可以清晰看出，对油浆X不做本发明的高温离心沉降预处理直接静电脱固的效率仅为66.8％，静电后油浆的固含量仍然高达2520μg·g^-1，远远不能达到预期的脱固效果，同时油浆中的沥青质含量也没有明显的降低，静电后的油浆仍是固含量高，沥青质含量高的劣质油浆，不能满足生产要求。

按照国标《石油产品灰分测定法》对经本发明处理后的油浆和直接静电脱固后的油浆进行灰分测定，试验后坩埚中的灰分图片如图2所示。

由图2更加可以直观的看到，X油浆经过本发明处理后灰分含量明显低于直接静电脱固后油浆的灰分。直接静电脱固是不能深度脱固的，静电装置受到原料油浆中高沥青质含量及固含量过高而玻璃珠活性位点有限的影响，导致其脱固效率极其有限，而经本发明处理后的油浆极大地改善了静电前油浆的性质，避免了直接静电的诸多缺陷，极大地提高了静电装置的脱固效率。

实施例2.选用不同炼厂催化裂化油浆Y进行本发明的脱固研究，油浆Y的基本性质如表4所示。

表4原料油浆Y性质表

(1)在离心沉降罐中冲入1MPa的氮气，离心沉降罐的温度维持在350℃左右，离心力为1000×g，将油浆Y在离心沉降罐中热处理离心沉降10小时左右。

(2)将热处理离心沉降后得到的上层90％的油浆泵入到静电塔中进行静电处理。静电分离温度为160℃，处理电压为15kV直流高压电，处理时间为25min。

经本发明方法处理后油浆Y的性质变化情况如表5所示。

表5油浆Y处理前后部分性质变化情况

由表5可知，经本发明处理后的油浆Y中的主要金属含量均明显减少，固含量降低至62μg·g^-1，脱固效率达到了98％以上，沥青质含量也明显降低。

经本发明处理后油浆Y中的固体颗粒在光学显微镜下的分散状态如图3所示。

由图3同样可以清晰看出经本发明处理后的油浆Y中的固体颗粒明显降低，达到了深度脱除油浆中固含物的目的。

对比例2.对Y油浆不进行本发明所提到的高温离心沉降预处理操作，直接进行静电脱固。静电脱固的实验条件为静电分离温度为160℃，处理电压为15kV直流高压电，处理时间为25min。实验结果如表6所示。

表6油浆Y直接静电脱固前后部分性质变化情况

由表6中的数据可以清晰看出，对油浆Y不做本发明的高温离心沉降预处理直接静电脱固的效率仅为69.4％，静电后油浆的固含量仍然高达1580μg·g^-1，远远不能达到预期的脱固效果，同时油浆中的沥青质含量也没有明显的降低，静电后的油浆仍是固含量高，沥青质含量高的劣质油浆，不能满足生产要求。

按照国标《石油产品灰分测定法》对经本发明处理后的油浆和直接静电脱固后的油浆进行灰分测定，试验后坩埚中的灰分图片如图4所示。

同对比例1,图4可以直观的看到，Y油浆经过本发明处理后灰分含量明显低于直接静电脱固后油浆的灰分。直接静电脱固的效率极其有限，而经本发明处理后的Y油浆极大地改善了静电前油浆的性质，避免了直接静电的诸多缺陷，极大地提高了静电装置的脱固效率，可以达到深度脱固的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种催化裂化油浆固含物脱除的组合方法，主要包括以下步骤：

(1)将催化裂化装置外甩油浆直接泵入离心沉降罐中进行热处理离心沉降，离心沉降罐的温度维持在80～400℃；

(2)将步骤(1)中高温离心沉降后得到分层后的油浆60％～99％的上层部分直接泵入到静电塔中进行静电脱固，而将剩余1％～40％的下层油浆泵入到焦化装置中进行焦化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将催化裂化装置外甩油浆直接泵入到离心沉降罐中热处理离心沉降，热处理离心沉降时间为1～72h，热处理离心沉降的离心力为不大于5000×g。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)在沉降罐中的热处理离心沉降是在惰性气氛的环境下进行的，惰性气体为氮气、氩气、氦气或炼厂气，气体压力为0.1～10MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理离心沉降是在惰性气氛保护下不用搅拌直接离心沉降。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中将催化裂化装置外甩出来的油浆直接泵入保温离心沉降罐中进行离心沉降，不需要再进行加热升温或者冷却降温。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，催化裂化装置外甩出来的油浆温度为350℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)在离心沉降罐中的热处理离心沉降是在惰性气体的保护下进行的，惰性气体压力为1～2MPa，离心沉降罐的温度维持在320～380℃；热处理离心沉降时间为8～12h，热处理离心沉降的离心力为1000～2000×g。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离心沉降罐的温度维持在340～380℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的静电脱固为：静电分离温度为80～220℃，处理电压为5～100kV直流高压电，处理时间为5～50min。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，静电分离温度为140～180℃，处理电压为12～16kV直流高压电，处理时间为20～30min。

11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，油浆中的固含量降至100μg·g^-1以内，油浆的脱固效率可达到98％以上。

Images