CN112592736A - 催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，包括如下步骤：催化油浆经提升管反应器、沉降器后进入分馏塔进行分馏，分馏后的催化油浆经冷却后泵入分离器装置进行在线脱固，填料上的固体颗粒脱附后，在分离器装置中通过原料油进行反冲洗，反冲洗浆液经换热升温后返回至提升管反应器继续重复脱固。与现有技术相比，本发明提供的方法能长期稳定地处理油浆，处理后的油浆固含量低于50ppm，使用特殊工艺处理模式能达到5ppm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，又可以满足高端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。

Description

催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法及系统

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

催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质馏分油和渣油的核心技术之一。催化油浆是炼油厂催化裂化装置反应后分馏塔的塔底抽出的残渣油，性质随加工原料油和催化反应等因素影响而不太稳定，该油浆中含有30％～50％左右的饱和烃，40％～60％的芳烃或多环芳烃，10％的胶质和沥青质，以及含有1％左右的催化剂粉尘。随着原油资源的紧缺和品质的劣质化，而炼油厂片面追求轻油收率的提高，造成催化油浆劣质化。同时随着全球对环境保护的要求越来越严，劣质的催化油浆由受市场欢迎的副产品(低价燃料油)逐渐成为了液体危险废物，同时成为了炼化企业的负担。而造成催化裂化油浆成为危险液体废物的主要原因是反应器中催化剂粉末和金属夹带，其有害物质含量远远超出正常工业油品标准。因此，将催化油浆脱固，使其成为正常的工业油品，使其附加值大幅增加，拓宽催化油浆的用途已经成为炼化行业极为迫切的课题。

目前，催化裂化油浆一般作为掺炼作为焦化原料、掺炼作为减压原料、掺炼作为溶剂脱沥青原料(分离出沥青组分作为调和生产道路沥青)等处理方式，其附加值较低，且油浆中催化剂细粉造成炉管结焦，以及沉积在分馏塔底堵塞过滤器等原因造成装置能耗增加，因此，油浆清洁化和高值化利用迫切需要对其进行脱固。

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，脱固系统在线再生，实现了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。

催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，包括如下步骤：

步骤a)催化油浆经提升管反应器、沉降器后进入分馏塔进行分馏；

步骤b)步骤a所得的分馏后的催化油浆经冷却后泵入分离器装置，分离器装置内的填料在高电压梯度电场作用下对催化油浆进行在线脱固，得澄清油；

步骤c)步骤b所得澄清油泵出系统；

步骤d)步骤b中吸附后的填料断电，使附着在填料上的固体颗粒自动脱落，在分离器装置中通过原料油进行反冲洗，反冲洗浆液经换热升温后返回至提升管反应器继续重复步骤a～d。

优选地，步骤a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。

优选地，步骤a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。

优选地，步骤a中，所述填料可以在高梯度电场中极化，极化的填料能够有效吸附金属离子、中性粒子和催化剂颗粒。

优选地，所述催化剂为现有技术中催化裂化已知可以使用的催化剂，所述催化剂的粒径为微米级，例如粒径为1-120μm。

优选地，步骤a中，所述分离器装置的温度为160-230℃，所述分离器装置的压力为0.2-1.0MPa。

优选地，步骤a中，分馏工序中分馏塔的操作温度为280-370℃，分馏塔的压力约为0.1MPa(G)。

优选地，步骤b中，所述反冲洗液的温度为160-230℃，所述反冲洗液的流量为10-50m³/h。

优选地，步骤b中，分离器分离、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。

炼油厂催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统，包括顺次连接的提升管反应器、沉降器、分馏塔、分离器装置、澄清油罐和澄清油泵，所述提升管反应器还单独设置有一再生器；

所述提升管反应器包括第一入口、第二入口、第三入口和第一出口；

所述沉降器包括第一入口、第一出口和第二出口；

所述再生器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；

所述分馏塔包括第一入口、第一出口、第二出口、第三出口、第四出口和第五出口；

所述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；

所述分离器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口，所述分离器第一入口与所述分馏塔第五出口浆液冷却降温后间接连接，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，第二入口与所述提升管反应器第一入口直接或间接连接，第二出口与所述提升管反应器第二入口直接或间接连接；

所述澄清油罐包括第一入口、第一出口和第二出口，所述澄清油罐第一入口与所述分离器第一出口连接；

所述澄清油罐泵包括入口和出口，入口与澄清油罐第二出口直接或间接连接，出口将澄清油输送出装置。

根据本发明的分离器装置，所述分离器装置可以包括两个、三个或更多个模块分离器。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(即启动澄清油泵，反冲洗油从储存罐用泵输送至分离器，后又返回储存罐，实现内部循环)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填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，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填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，所述油存储装置出口与所述分离器第一出口的连接管路上，可以设置泵，用于给反冲洗液(原料油，如：分馏塔的塔底油、回炼油或回炼油浆等))的输送提供动力。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45m。进一步地，所述澄清油罐可以作为澄清油存储罐或开工用油存储罐。

根据本发明的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，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。

本发明的有益效果：

本发明在深入考察催化裂化装置的反应特性基础上，结合电泳和介电电泳原理的高梯度电场填料吸附分离器，实现了浆液的有效脱固，同时重点考虑回收活性催化剂细粉，为活性催化剂细粉在线回收利用提供了可能，从而为催化裂化油浆清洁化、规模化、产业化推广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：分离缓冲罐和分离器的中温和低压工艺，有效保障了装置安全、稳定和长周期运行。

本发明的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，分离器反冲洗浆液全部回收至提升管反应器内，有效降低了活性催化剂细粉流失率，提高了吨催化剂产油率，同时也避免催化剂细粉流失所带来的废催化剂处理的问题，大大降低了装置废催化剂的排放。

本发明在催化裂化装置内增设在线回收和分离的分离器装置，由催化裂化装置分馏塔底部流出的催化裂化油浆进入分离器在线回收和分离，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，澄清油产品由分离器底部排出。

本发明的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，在线完成催化剂脱固、回收和利用，实现了活性催化剂细粉的脱除和回收，既提高了产品催化剂脱固的质量，又有效回收了活性催化剂细粉，同时也解决了催化剂细粉流失所带来的环境污染问题，更为重要的是本发明提供的方法再生能力强，再生容易，在线再生，有效解决了催化剂浆液系统堵塞和不稳定等问题，为催化裂化装置催化剂浆液长周期稳定操作提供了可能，真正实现催化裂化装置五年一大修，从而大幅度提高催化裂化装置的生产周期；同时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，从而也为下游加工工序长周期运转提供了有力的保障。

本发明经过了中试装置的验证，达到了活性催化剂细粉回收率达到98％以上，产品固含量不大于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，将为活性催化剂细粉在线回收利用和浆液脱固探索了一种可行方法。

所述系统包括催化油浆分离系统，反冲洗油(催化裂化原料油，如：分馏塔的塔底油、回炼油或回炼油浆等)的反冲洗系统，静置清洗系统，稳定的梯度电场系统和外围配套系统等。

所述分离器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吸粉和油品中金属离子等杂质。

本发明提供的方法充分考虑填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统能量优化利用、合理选择炼油厂催化裂化装置原料油作为反冲洗油、反冲洗油回收再利用和零排放系统。

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5ppm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，又可以满足高端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。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固工艺的流程示意图；

图2是本发明提供的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固工艺分离器的内部结构及工作原理示意图；

图3是本发明中所述催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固工艺分离器装置运行示意图；

图4是本发明提供的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固分离器装置工艺的示意图；

其中，各组成部分标记及组成部分内的物料如下：

1、提升管反应器；11、提升管反应器第一入口(原料油)；12、提升管反应器第二入口(反冲洗浆液)；13、提升管反应器第三入口(再生催化剂)；14、提升管反应器第一出口(反应油气)；2、沉降器；21、沉降器第一入口(反应油气)；22、沉降器第一出口(待生催化剂)；23、沉降器第二出口(反应油气)；3、再生器；31、再生器第一入口(空气)；32、再生器第二入口(待生催化剂)；33、再生器第一出口(再生催化剂)；34、再生器第二出口(再生烟气)；4、分馏塔；41、分馏塔第一入口(反应油气)；42、分馏塔第一出口(干气)；43、分馏塔第二出口(汽油)；44、分馏塔第三出口(轻油)；45、分馏塔第四出口(重油)；46、分馏塔第四出口(催化油浆)；5、分离器装置；51、分离器装置第一入口(催化油浆)；52、分离器装置第一出口(澄清油)；53、分离器装置第二入口(原料油)；54、分离器装置第二出口((反冲洗浆液)；55、填料；56、调压器；57、高压电极；6、澄清油罐；61、澄清油第一入口(澄清油)；62、澄清油罐第一出口(放空线)；63、澄清油罐第二出口(澄清油)；7、澄清油泵；71、澄清油泵入口(澄清油)；72、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所示的炼油厂催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统，其包括提升管反应器1、沉降器2、再生器3、分馏塔4、分离器装置5、澄清油罐6和澄清油泵7；

提升管反应器1包括提升管反应器第一入口11、提升管反应器第二入口12、提升管反应器第三入口13、提升管反应器第一出口14；

沉降器2包括沉降器第一入口21、沉降器第一出口22、沉降器第二出口23；

再生器3包括再生器第一入口31、再生器第二入口32、再生器第一出口33和再生器第二出口34；

分馏塔4包括分馏塔第一入口41、分馏塔第一出口42、分馏塔第二出口43、分馏塔第三出口44、分馏塔第四出口45和分馏塔第四出口46；

分离器装置5包括分离器装置第一入口51、分离器装置第一出口52、分离器装置第二入口53和分离器装置第二出口54；

澄清油罐6包括澄清油第一入口61、澄清油罐第一出口62和澄清油罐第二出口63；

澄清油泵7包括澄清油泵入口71和澄清油泵出口72。

该炼油厂催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统在进行工作时，在催化裂化装置中的浆液(含有重油和催化剂等)输入至提升管反应器1，提升管反应器1第一出口的催化油气14经沉降器2后，进入分馏塔第一入口41，经分馏塔2分离后，催化油浆自分馏塔2底部第五出口46管线连续出料，经冷却至分离器装置5操作温度(160-230℃)后进入分离器装置第一入口51，分离器装置调压器56自动打开电源，极化的玻璃珠填料55在高电压梯度电场作用下吸附催化油浆中的金属离子和活性催化剂等灰分后，得到的催化裂化澄清油经分离器装置第一出口52排出，澄清油流入澄清油罐6，经澄清油泵7出装置。填料55吸附饱和后调压器56自动关闭电源，附着在填料55上的金属离子和活性催化剂细粉等自动脱落，分离器采用原料油(如：分馏塔的塔底油、回炼油或回炼油浆等)经泵送入分离器装置第二入口53，开始反冲洗，反冲洗浆液由分离器装置第二出口54流出，经换热升温后经提升管反应器第二入口12连接的管线全部返回至催化裂化提升管反应器1。

实施例2

提供一种炼油厂催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固系统，与实施例不同的是，该系统中分离器装置由N＝10个并联的分离器构成(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提供的炼油厂催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法：

1)在分馏塔的塔底浆液(含有重油和催化裂化(FCC)催化剂)，底部排出进入分离器装置脱固；

2)在分离器装置中进行浆液脱固，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，对浆液吸附脱固，使浆液中的催化剂等颗粒吸附的填料上；吸附饱和后切断电源，催化剂等颗粒脱附，再用原料油(分馏塔的塔底油、回炼油或回炼油浆等)用泵送至分离器进行反冲洗，反冲洗浆液返回提升管反应器。

其中，分离器装置的操作温度为180℃，压力为0.3MPa；反冲洗液的温度为220℃，流量为20m³/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5ppm，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5ppm，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 (7)

1.一种催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a)催化油浆经提升管反应器(1)、沉降器(2)后进入分馏塔(4)进行分馏；

步骤b)步骤a所得的分馏后的催化油浆经冷却后泵入分离器装置(5)，分离器装置(5)内的填料(55)在高电压梯度电场作用下对催化油浆进行在线脱固，得澄清油；

步骤c)步骤b所得澄清油泵出系统；

步骤d)步骤b中吸附后的填料(55)断电，使附着在填料(55)上的固体颗粒自动脱落，在分离器装置(5)中通过原料油进行反冲洗，反冲洗浆液经换热升温后返回至提升管反应器(1)继续重复步骤a～d。

2.根据权利要求1所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于：步骤a中，所述高梯度电场的强度为2×10⁴～5×10⁵V/m。

3.根据权利要求2所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于：步骤a中，所述分离器装置的温度为160-230℃，所述分离器装置的压力为0.2-1.0MPa。

5.根据权利要求1所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于：步骤a中，分馏工序中分馏塔的操作温度为280-370℃，分馏塔的压力约为0.1MPa。

6.根据权利要求1所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法，其特征在于：步骤b中，所述反冲洗液的温度为160-230℃，所述反冲洗液的流量为10-50m³/h。

7.采用权利要求1～6任一所述的催化油浆填料高梯度电场分离吸附在线脱固方法的系统，其特征在于：包括顺次连接的提升管反应器、沉降器、分馏塔、分离器装置、澄清油罐和澄清油泵，所述提升管反应器还单独设置有一再生器；

所述提升管反应器包括第一入口、第二入口、第三入口和第一出口；

所述沉降器包括第一入口、第一出口和第二出口；

所述再生器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；

所述分馏塔包括第一入口、第一出口、第二出口、第三出口、第四出口和第五出口；

所述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；

所述分离器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口，所述分离器第一入口与所述分馏塔第五出口浆液冷却降温后间接连接，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，第二入口与所述提升管反应器第一入口直接或间接连接，第二出口与所述提升管反应器第二入口直接或间接连接；

所述澄清油罐包括第一入口、第一出口和第二出口，所述澄清油罐第一入口与所述分离器第一出口连接；

所述澄清油罐泵包括入口和出口，入口与澄清油罐第二出口直接或间接连接，出口将澄清油输送出装置。

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