CN112592735A - 催化油浆离线填料电吸附脱固系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化油浆离线填料电吸附脱固系统，包括顺次连接的加热器、脱水塔、原料油缓冲罐、填料分离器装置、化学沉降罐和澄清油罐；所述原料油缓冲罐还并联有反冲洗油缓冲罐，所述原料油缓冲罐和反冲洗油缓冲罐分别串联原料油泵和反冲洗油泵；各组成部分通过管道连接。与现有技术相比，本发明结合电泳和介电电泳原理的高梯度电场填料吸附分离，实现了催化油浆的有效脱固，为催化裂化油浆清洁化、规模化、产业化和高附加值应用起到积极的推动作用。

Description

催化油浆离线填料电吸附脱固系统及方法

技术领域

本发明属于催化油浆脱固技术领域，具体涉及一种填料高梯度电场分离器和催化油浆离线脱固处理系统，主要应用于生产高品质针状焦、炭纤维材料的催化油浆原料脱固处理。

背景技术

针状焦是现代工业的战略原料，主要应用于制作碳素制品，针状焦的碳素制品具有高结晶度、低烧蚀量、低热膨胀系数等优良特性，在工业、医疗、航天、国防和原子能等领域都有广泛应用，高品质针状焦制成的石墨电极具有耐热性好、机械强度高、抗氧化性好等特点，是作为炼钢业电弧炉电极的必备条件。中国针状焦(含高品质针状焦)消耗量为全球最大，每年进口高品质针状焦高达近10万吨，几十年以来一直在研发高品质针状焦工艺技术，目前还没有成功工业化案例。

催化油浆中富含多环芳烃，是国外针状焦垄断企业生产油系针状焦的原料，用油浆生产优质针状焦，需要去除油浆中的杂质，诸如胶质、沥青质、硫、催化剂细粉和金属颗粒，油浆杂质的去除程度直接影响针状焦的品质，生产高品质针状焦的催化油浆的固含量需低于100ppm，甚至更低。几十年来，中国针状焦企业一直没有找到有效脱固技术能稳定产出固含量低于100ppm的催化油浆，高效稳定的油浆脱固工艺是填补中国高品质针状焦产业空白的前提。

发明内容

本发明旨在提供一种催化油浆离线脱固的高效填料高梯度电场分离技术，以解决催化油浆稳定高效脱固的问题，为催化油浆生产高品质针状焦提供了可能。脱固系统在线再生，全系统采用免维护无人值守的全自动化操作，并从节约能源和能量综合利用角度尽可能地降低和优化系统能耗，以实现该技术安全、稳定和长周期处理催化油浆脱固。

催化油浆离线填料电吸附脱固系统，包括顺次连接的加热器、脱水塔、原料油缓冲罐、填料分离器装置、化学沉降罐和澄清油罐；所述原料油缓冲罐还并联有反冲洗油缓冲罐，所述原料油缓冲罐和反冲洗油缓冲罐分别串联原料油泵和反冲洗油泵；各组成部分通过管道连接。

所述加热器包括加热器本体及连接在加热器本体上的加热第一入口、加热第二入口、加热第一出口和加热第二出口。

所述脱水塔包括脱水器及连接在脱水器上的脱水第一入口、脱水第一出口和脱水第二出口。

所述原料油缓冲罐包括原料油缓冲罐本体及连接在原料油缓冲罐本体上的原料第一入口、原料第一出口和原料第二出口。

所述反冲洗油缓冲罐包括反冲洗油缓冲罐本体及连接在反冲洗油缓冲罐本体上的反冲洗第一入口、反冲洗第一出口和反冲洗第二出口。

所述填料分离器装置至少包括一个分离器，所述分离器包括电极、填料和调压器；所述电极高压端设置在所述分离器的内部，其设置方向与浆液流动方向一致；所述填料分布在所述电极之间；所述调压器设置在所述分离器的外部，其与所述电极电缆连接，与壳体接地极接触部位配置高压绝缘。

所述分离器包括分离器本体和连接在分离器本体上的分离器第一入口、分离器第二入口、分离器第三入口、分离器第一出口和分离器第二出口，所述分离器第一入口与原料油泵出口浆液直接或间接连接，所述分离器第一出口与澄清油罐第一入口直接或间接连接，所述分离器第二入口与反冲洗油泵出口浆液直接或间接连接，所述分离器第二出口与沉降第一入口直接或间接连接，所述分离器第三入口与进入装置的轻油直接或间接连接。

所述化学沉降罐包括沉降器、清液泵和浓浆液泵，沉降器包括沉降器本体和连接在沉降器本体上的沉降第一入口、沉降第二入口、沉降第一出口、沉降第二出口和沉降第三出口，清液泵包括清液入口和出口，清液出口与加热器第一入口直接或间接连接，浓浆液泵包括浓浆液入口和出口。

所述澄清油罐包括澄清油罐本体和连接在澄清油罐本体上的澄清油第一入口、澄清油第一出口和澄清油第二出口，所述澄清油第一入口与分离器第一出口直接或间接连接；所述澄清油罐连接有澄清油泵，所述澄清油泵上设有澄清油泵入口和澄清油泵出口。

上述催化油浆离线填料电吸附脱固系统的脱固方法，包括如下步骤：

步骤a)低温的催化油浆经加热器(1)加热至160-230℃，再经脱水塔(2)脱水至催化油浆含水量≯0.02％(v)，脱水后的催化油浆进入原料油缓冲罐(3)；

步骤b)步骤a中原料油缓冲罐(3)中的催化油浆经原料油泵(4)泵入填料分离器装置(7)，所述填料分离器装置(7)中极化的填料(77)在高梯度电场的作用下，对催化油浆吸附脱固，使催化油浆中的催化剂等颗粒吸附在填料(77)上，得澄清油；

步骤c)步骤b中填料(77)吸附饱和后切断电源，催化油浆通过反冲洗油缓冲罐(5)后泵入填料分离器装置(7)，在温度160-230℃和压力0.2-1.0MPa(G)下对填料分离器装置(7)进行反冲洗，使填料(77)内吸附的颗粒脱附后，反冲洗所得反冲洗浆液送至化学沉降罐(8)；

步骤d)步骤c所得反冲洗浆液经化学沉降后得清液和浓浆，清液经加热和脱水后继续回流至原料油缓冲罐(3)进行脱固回收，浓浆作为沥青料调和或出厂。

根据本发明的填料分离器装置，所述分离器装置可以包括两个、三个或更多个分离器模块。优选地，当所述分离器的模块数量≥2时，其采用并联模式。分离器的数量可以根据浆液流量和浆液的性质计算确定。进一步地，所述分离器还可以与控制器连接，可以实现单模块分离器运行或多模块分离器运行的切换，模块自动切换可以实现连续脱固和澄清油出料。采用填料高梯度电场分离技术的多模块分离器，可单模块运行，也可多模块运行，分离过程流量连续、稳定。当上下游装置或系统出现问题，多模块分离器可方便地根据装置实际运行情况，采用内部循环运行(即启动反冲洗油泵和清液泵，反冲洗油从反冲洗缓冲罐用泵输送至填料分离器装置，经沉降罐、清液泵和加热器后返回反冲洗缓冲罐，实现系统内部循环)保持分离器装置的运行状态，在紧急状态下或处理单个模块故障时，可将该分离模块中的浆液排净后，切出分离器装置来处理。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，所述电极为高压电极。优选地，所述填料的材质为非导电材料，例如玻璃珠、陶瓷微球、沸石微球等填料。所述调压器与电源连接，其可控制电源的开启与关闭，也可将380V低压电源升压至0.5-45kV不同档位的高压电源。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，所述各装置之间采用管路连接，根据需要，管路上可以设置泵和阀门等。优选地，所述泵选用高温泵，例如，泵的操作温度在160-230℃之间，扬程不低于65m。

本发明的有益效果：

本发明在深入考察催化油浆特性的基础上，结合电泳和介电电泳原理的高梯度电场填料吸附分离，实现了催化油浆的有效脱固，为催化裂化油浆清洁化、规模化、产业化和高附加值应用起到积极的推动作用。

本发明保障了装置安全、稳定和长周期运行：全系统的中温低压工艺，以及中段油的余热利用等，既有效保障了装置安全、稳定和长周期运行，又降低了系统能耗。

本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，将催化剂脱固、化学沉降清液回收和浓浆液作为沥青料，既提高了产品催化剂脱固的质量，又有效解决了浓浆液出路，更为重要的是此分离器再生能力强，可在线再生，极大地降低了脱固成本，为催化裂化浆液的下游加工工序提供了更好的质量稳定的原料，最终为下游加工工序长周期运转提供了有力的保障。

此脱固系统经过了中试装置的验证，与催化油浆化学沉降有效结合后，催化油浆脱固的澄清油总回收率不低于95％(v)，催化剂脱除率不低于98％(m)，澄清油固含量不大于50ppm，产品中金属总含量不高于5ppm，有力地证实了该方法的优良效果，为催化油浆离线脱固探索了一种可行方法。

本发明针对中国催化油浆的特殊性，在填料吸附基础上，应用非线性电场理论，研发了高效填料高梯度电场分离技术，成功完成了催化油浆分离系统的设计和测试，该系统能长期稳定地处理油浆，处理后的油浆(澄清油)固含量低于50ppm，使用特殊工艺处理模式能达到10ppm以下。油浆经填料电吸附分离后得到的澄清油，既可以作为优质的船用燃料油调和组分，又可以满足高品质针状焦或炭纤维规模化生产原料预处理的需求，极大地提高催化油浆的经济价值。

分离出的催化剂等固体杂质采用催化油浆(温度为160-230℃，压力为0.2-1.0MPa(G)，流量为10-50m3/h)反冲洗，反冲洗油浆经化学沉降罐沉降后，约500-800ppm的清液经加热、脱水后，经填料分离器装置脱固至固含量≯50ppm的澄清油回收，化学沉降后浓浆作为沥青料调和或出厂

采用减压蒸馏或超临界萃取的中段油作为热源将催化油浆加热。

设置中温催化油浆原料油缓冲罐，经泵将温度为160-230℃，压力为0.2-1.0MPa(G)催化裂化油浆输送至填料分离器装置，利用电泳和介电电泳原理将活性催化剂细粉在高梯度电场的作用下被极化的填料有效吸附，得到固含量≯50ppm的澄清油产品由分离器底部排出；

所述分离器装置充分考虑填料高梯度电场分离吸附的高效和长周期安全稳定运行，附图2展示了壳体接地极和中心接地极，中间隔板是高压电极，既有效保证了分离设备可靠运行，又保证了分离设备的安全运行；非导电填料在高梯度电场下有效地激活吸附，安全稳定的高梯度电场保证了填料的高效稳定吸附，从而有效吸附活性催化剂细粉和油品中金属离子等杂质。

所述脱固系统充分考虑填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统合理选择催化油浆作为反冲洗油、反冲洗油回收至沉降罐，经化学沉降后，沉降清液作为油浆继续脱固，沉降浓缩的浆液作为沥青料出厂，从而实现全系统零排放，同时催化剂脱除率不低于98％(m)，澄清油总收率不低于95％(v)(以催化油浆原料量为基准)。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，步骤b)中，所述高梯度电场的强度为2×104～5×105V/m。进一步地，所述高梯度电场由高压电源产生，所述高压电源的电压为0.5-45kV。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，步骤b)中，所述澄清油可以进入下游加工工序或进入澄清油罐储存；作为产品，可以满足调和船用燃料油灰分要求，直接调和成船用燃料油商品出厂；也可以满足作为生产针状焦、炭纤维等原料要求作为其生产原料出厂。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，步骤b)和步骤c)中，分离器模块的分离、反冲洗和清洗等工序(见图3)，由控制器采用顺序控制模式，利用各工序运行时间的设定和调整，实现无人值守的自动化运行模式。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，步骤c)中分离器反冲洗浆液反冲洗油浆经化学沉降罐沉降后，清液脱固回收，浓浆作为沥青料调和或出厂，全过程无“三废”产生，实现了全系统零排放。

根据本发明的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，壳体接地极和中心接地极有效解决在催化裂化防火防爆装置高压电源的安全保护和安全使用问题。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的催化油浆离线填料电吸附脱固系统的工艺流程示意图；

图2是本发明提供的催化油浆离线填料电吸附脱固系统的填料分离器装置内部结构及工作原理示意图；

图3是本发明提供的催化油浆离线填料电吸附脱固系统的填料分离器装置运行示意图；

图4是本发明提供的催化油浆离线填料电吸附脱固系统的填料分离器装置并联运行示意图；

其中，各组成部分标记及组成部分内的物料如下：

1、加热器；11、加热第一入口(催化油浆)；12、加热第一出口(加热后的催化油浆)；13、加热第二入口(中段油或导热油或其它热媒)；14、加热第二出口(冷却后的中段油或导热油或其它热媒)；2、脱水塔；21、脱水第一入口(催化油浆)；22、脱水第一出口(催化油浆)；23、脱水第二出口(含水油气)；3、原料油缓冲罐；31、原料第一入口(催化油浆)；32、原料第一出口(催化油浆)；33、原料第二出口(油气)；4、原料油泵；41、原料油泵入口(催化油浆)；42、原料油泵出口(催化油浆)；5、反冲洗油缓冲罐；51、反冲洗第一入口(催化油浆)；52、反冲洗第一出口(催化油浆)；53、反冲洗第二出口(油气)；6、反冲洗油泵；61、反冲洗油入口(反冲洗油)；62、反冲洗油出口(反冲洗油)；7、填料分离器装置；71、分离器第一入口(催化油浆)；72、分离器第一出口(澄清油)；73、分离器第二入口(反冲洗油)；74、分离器第二出口(反冲洗浆液)；75、分离器第三入口(分离器浸泡和清洗用轻油)；76、高压电极；77、填料；78、调压器；8、化学沉降罐；81、沉降第一入口(反冲洗浆液)；82、沉降第二入口(化学药剂)；83、沉降第一出口(油气)；84、沉降第二出口(沉降清液)；85、沉降第三出口(沉降浓浆)；9、浓浆泵；91、浓浆泵入口(浓浆)；92、浓浆泵出口(浓浆)；10、沉降清液泵；101、清液泵入口(清液)；102、清液泵出口(清液)；110、澄清油罐；111、澄清油第一入口(澄清油)；112、澄清油第一出口(油气)；113、澄清油第二出口(澄清油)；120、澄清油泵；121、澄清油泵入口(澄清油)；122、澄清油泵出口(澄清油)。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1

如图1所示的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其包括催化油浆加热器1、脱水塔2、原料油缓冲罐3、原料油泵4、反冲洗油缓冲罐5、反冲洗油泵6、填料分离器装置7、化学沉降罐8、浓浆泵9、沉降清液泵10、澄清油罐110和澄清油泵120；

加热器1包括加热第一入口11、加热第一出口12、加热第二入口13和加热第二出口14；脱水器2包括脱水第一入口21、脱水第一出口22和脱水第二出口23；原料油缓冲罐3包括原料第一入口31、原料第一出口32和原料第二出口33；原料油泵4包括原料油泵入口41和原料油泵出口42；反冲洗油缓冲罐5包括反冲洗第一入口51、反冲洗第一出口52、反冲洗第二出口53；反冲洗油泵6包括反冲洗油入口61和反冲洗油出口62；填料分离器装置7包括分离器第一入口71(催化油浆)、分离器第一出口72(澄清油)、分离器第二入口73(反冲洗油)、分离器第二出口74(反冲洗油浆)和分离器第三入口75(轻油)；化学沉降罐8包括沉降第一入口81(反冲洗油浆)、沉降第二入口82(化学药剂)、沉降第一出口83(油气)、沉降第二出口84(沉降清液)和沉降第三出口85(沉降浓浆)；浓浆泵9包括浓浆泵入口91和浓浆泵出口92；清液泵10包括清液泵入口101和清液泵出口102；澄清油罐110包括澄清油第一入口111、澄清油第一出口112和澄清油第二出口113；澄清油泵120包括澄清油泵入口121和澄清油泵出口122。

该催化油浆离线填料电吸附脱固系统运行时，低温的催化油浆依次经加热器1(加热至160-230℃)、脱水塔2(油浆水分含量不得超过0.02％(wt))、原料油缓冲罐3，在160-230℃温度、0.2-1.0MPa(G)压力下，经原料油泵4泵入填料分离器装置第一入口71，分离器装置调压器78自动打开电源，填料77在高电压梯度电场作用下极化并吸附催化油浆中含有的金属离子和催化剂细粉等灰分后，得到的澄清油经分离器装置第一出口72排出，澄清油流入澄清油罐110，经澄清油泵120泵出装置，填料77吸附饱和后调压器78自动关闭电源，附着在填料77上的金属离子和催化剂细粉等自动脱落于填料分离器装置7内，另一通道内采用原料油经分离器装置第二入口7泵入填料分离器装置7内，在一定温度(160-230℃)、压力(0.2-1.0MPa(G))和流量(10-50m³/h)下对填料分离器装置7反冲洗，饱含了脱附后的固体颗粒的反冲洗浆液由分离器装置第二出口74流出，进入化学沉降罐8，经化学反应后所得沉降清液用清液泵10输送至催化油浆加热器第一入口11，经加热和脱水后继续回流至原料油缓冲罐3进行脱固回收分离得澄清油，经化学反应后所得沉降浓浆用浓浆泵9输送去沥青调和装置或作为沥青料出厂。

实施例2

提供一种催化油浆离线填料电吸附脱固系统并联运行示意图，与实施例1不同的是，该系统中分离器装置由N＝6个并联的分离器模块构成(如图4所示)。分离器模块数量N根据浆液流量、浆液的性质计算确定，模块自动切换以实现连续脱固和澄清液出料。

实施例3

采用实施例1提供的催化油浆离线填料电吸附脱固系统：

1)含有重油和催化裂化(FCC)催化剂经加热、脱水后由泵输送至填料分离器装置第一入口71；

2)在填料分离器装置中进行催化油浆脱固，分离器内装有玻璃珠填料，极化的玻璃珠填料在高梯度电场(2×10⁴～5×10⁵V/m)的作用下，对催化油浆吸附脱固，使催化油浆中的催化剂等颗粒吸附的填料上；吸附饱和后切断电源，催化剂细粉和金属离子等脱附，再用催化油浆用泵输送至填料分离器装置进行反冲洗，反冲洗浆液收集到化学沉降罐中；

3)反冲洗浆液经化学沉降后，清液用清液泵输送至加热器1第一入口11，经加热和脱水，回收脱固，浓浆用浓浆泵输送出装置。

其中，分离器装置的操作温度为200℃，压力为0.2MPa(G)；反冲洗液的温度为220℃，压力为0.4MPa(G)，流量为18m³/h。

分离精度为产品固含量不大于50ppm，产品中金属总含量不高于10ppm，该方法使活性催化剂细粉回收率可高达98％以上(具体见表1)。

实施例4

与实施例3不同的是，催化剂为深度催化裂化(DCC)重油催化剂分离精度为产品固含量不大于50ppm，产品中金属总含量不高于10ppm，该方法使活性催化剂细粉回收率可高达98％以上(具体见表1)。

表1

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于，包括顺次连接的加热器、脱水塔、原料油缓冲罐、填料分离器装置、化学沉降罐和澄清油罐；所述原料油缓冲罐还并联有反冲洗油缓冲罐，所述原料油缓冲罐和反冲洗油缓冲罐分别串联原料油泵和反冲洗油泵；各组成部分通过管道连接。

2.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述加热器包括加热器本体及连接在加热器本体上的加热第一入口、加热第二入口、加热第一出口和加热第二出口。

3.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述脱水塔包括脱水器及连接在脱水器上的脱水第一入口、脱水第一出口和脱水第二出口。

4.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述原料油缓冲罐包括原料油缓冲罐本体及连接在原料油缓冲罐本体上的原料第一入口、原料第一出口和原料第二出口。

5.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述反冲洗油缓冲罐包括反冲洗油缓冲罐本体及连接在反冲洗油缓冲罐本体上的反冲洗第一入口、反冲洗第一出口和反冲洗第二出口。

6.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述填料分离器装置至少包括一个分离器，所述分离器包括电极、填料和调压器；所述电极高压端设置在所述分离器的内部，其设置方向与浆液流动方向一致；所述填料分布在所述电极之间；所述调压器设置在所述分离器的外部，其与所述电极电缆连接，与壳体接地极接触部位配置高压绝缘。

7.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述分离器包括分离器本体和连接在分离器本体上的分离器第一入口、分离器第二入口、分离器第三入口、分离器第一出口和分离器第二出口，所述分离器第一入口与原料油泵出口浆液直接或间接连接，所述分离器第一出口与澄清油罐第一入口直接或间接连接，所述分离器第二入口与反冲洗油泵出口浆液直接或间接连接，所述分离器第二出口与沉降第一入口直接或间接连接，所述分离器第三入口与进入装置的轻油直接或间接连接。

8.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述化学沉降罐包括沉降器、清液泵和浓浆液泵，沉降器包括沉降器本体和连接在沉降器本体上的沉降第一入口、沉降第二入口、沉降第一出口、沉降第二出口和沉降第三出口，清液泵包括清液入口和出口，清液出口与加热器第一入口直接或间接连接，浓浆液泵包括浓浆液入口和出口。

9.根据权利要求1所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统，其特征在于：所述澄清油罐包括澄清油罐本体和连接在澄清油罐本体上的澄清油第一入口、澄清油第一出口和澄清油第二出口，所述澄清油第一入口与分离器第一出口直接或间接连接；所述澄清油罐连接有澄清油泵，所述澄清油泵上设有澄清油泵入口和澄清油泵出口。

10.采用权利要求1～9任一所述的催化油浆离线填料电吸附脱固系统的脱固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a)低温的催化油浆经加热器(1)加热至160-230℃，再经脱水塔(2)脱水至催化油浆含水量≯0.02％(v)，脱水后的催化油浆进入原料油缓冲罐(3)；

步骤b)步骤a中原料油缓冲罐(3)中的催化油浆经原料油泵(4)泵入填料分离器装置(7)，所述填料分离器装置(7)中极化的填料(77)在高梯度电场的作用下，对催化油浆吸附脱固，使催化油浆中的催化剂等颗粒吸附在填料(77)上，得澄清油；

步骤c)步骤b中填料(77)吸附饱和后切断电源，催化油浆通过反冲洗油缓冲罐(5)后泵入填料分离器装置(7)，在温度160-230℃和压力0.2-1.0MPa(G)下对填料分离器装置(7)进行反冲洗，使填料(77)内吸附的颗粒脱附后，反冲洗所得反冲洗浆液送至化学沉降罐(8)；

步骤d)步骤c所得反冲洗浆液经化学沉降后得清液和浓浆，清液经加热和脱水后继续回流至原料油缓冲罐(3)进行脱固回收，浓浆作为沥青料调和或出厂。

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