煉廠催化油漿脫灰技術(shù)研究

劉秋梅(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

催化油漿因灰分含量高，難以有效利用，導(dǎo)致產(chǎn)品附加值低。隨著煉化企業(yè)對產(chǎn)品附加值重視度的不斷提升，催化油漿作為煉化企業(yè)的最后一塊價(jià)值洼地，目前是各大煉廠及科研院所的研究熱點(diǎn)。催化油漿是催化裂化裝置分餾塔塔底的重質(zhì)產(chǎn)物，產(chǎn)量在3%～8%左右，油漿中含有大量的芳烴、稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，若能將其有效地分離，進(jìn)行深度加工，可以提升巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但由于油漿中含有大量的固體催化劑粉末，以往不能直接深加工，成為煉油廠的“雞肋”。因此，用好油漿的關(guān)鍵是如何有效地脫除油漿中的催化劑粉末，即油漿脫灰。

成熟的油漿脫灰技術(shù)長期被國外把持，設(shè)備投資基本都在3 000 萬元以上，且需要每三年產(chǎn)生1 000 萬元的后續(xù)服務(wù)費(fèi)用。國內(nèi)部分煉廠也進(jìn)行了部分油漿脫灰技術(shù)的攻關(guān)，但存在著設(shè)備投資大、運(yùn)行狀況不佳、維護(hù)費(fèi)用高等突出問題。

通過前期化驗(yàn)分析，某煉廠催化裝置所產(chǎn)的油漿硫含量非常低，只是灰分含量偏高，通過外部手段將DCC 裝置所產(chǎn)的油漿進(jìn)行脫灰處理，脫后的油漿可作為優(yōu)質(zhì)的船用燃料油調(diào)和原料；借助公司加工低硫海洋原油的原料優(yōu)勢和低硫船用燃料油政策轉(zhuǎn)變的契機(jī)，可以大大增加產(chǎn)品的附加值，根據(jù)市場調(diào)查情況，脫后油漿附加值可增加100～300 元/噸。

某煉廠借助國家船燃政策調(diào)整的契機(jī)，從國家和行業(yè)出發(fā)進(jìn)行攻關(guān)，以便找到一條成熟的油漿脫灰技術(shù)并加以工業(yè)應(yīng)用。通過油漿脫灰研究，打破國際油漿脫灰技術(shù)的壟斷、減少設(shè)備投資，在當(dāng)前的工藝以及設(shè)備條件下進(jìn)行創(chuàng)新，找出最佳的、切實(shí)可行的油漿脫灰工藝模式進(jìn)行推廣，提高產(chǎn)品產(chǎn)量增加效益，突破生產(chǎn)瓶頸，確保企業(yè)效益最大化[1]。

1 裝置背景

某煉廠根據(jù)重蠟油裂解制烯烴項(xiàng)目的總流程安排，需建設(shè)一套DCC 聯(lián)合裝置(包括220 萬噸/年催化裂解、產(chǎn)品精制、100 萬噸/年氣體分餾、15 萬噸/年MTBE)。此次新建的220 萬噸/ 年催化裂解裝置是上述聯(lián)合裝置的組成部分，主要包括反應(yīng)- 再生、分餾、吸收穩(wěn)定、富氣壓縮機(jī)組、煙氣能量回收三機(jī)組、備用主風(fēng)機(jī)組、余熱鍋爐、再生煙氣脫氮除塵部分以及裝置邊界以內(nèi)的公用工程部分。再生煙氣脫氮除塵部分包括SCR 脫硝系統(tǒng)、文丘里洗滌除塵系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)(PTU)三部分。

220 萬噸/年催化裂解裝置公稱規(guī)模為220 萬噸/年，開工時(shí)數(shù)按8 400 h 計(jì)，設(shè)計(jì)彈性為70%～110%。220 萬噸/年催化裂解裝置原料為潿洲/西江常壓渣油和加氫尾油的混合原料，主要產(chǎn)品為液化氣、裂解石腦油、柴油、C5 組分，同時(shí)副產(chǎn)干氣及油漿。干氣送至產(chǎn)品精制裝置脫硫后送往乙苯回收裝置進(jìn)一步處理；液化氣送至產(chǎn)品精制裝置脫硫脫硫醇后送往氣體分餾裝置進(jìn)一步分離；裂解石腦油送往裂解石腦油加氫裝置進(jìn)行處理；C5 作為產(chǎn)品裝車外送；油漿送往延遲焦化裝置。該裝置所產(chǎn)的油漿約7 t/h，正常送往儲罐再直接轉(zhuǎn)輸至焦化裝置進(jìn)行摻煉，油漿的附加值比較低。

2 流程簡介

某煉廠催化裝置循環(huán)油漿由油漿泵(120-P-208A/B)從分餾塔底抽出，其中一小部分油漿直接返回提升管回?zé)挘蟛糠诌M(jìn)原料-油漿換熱器(120-E-201A～D)，與原料換熱后，再進(jìn)油漿蒸汽發(fā)生器(120-E-202A～D)，發(fā)生中壓飽和蒸汽后，溫度降為275 ℃，該部分油漿分為三部分，一部分返回人字擋板上部，另一部分返回人字板下部，為提高人字擋板對催化劑的洗滌作用，設(shè)置油漿熱回流直接返回人字檔板上部。第三部分經(jīng)油漿產(chǎn)品泵(120-P-208C/D) 加壓后，經(jīng)油漿冷卻器(120-E-212)冷卻至120 ℃送出裝置。

該方案在油漿出裝置線的合適位置加注適量的脫灰劑，脫灰劑與油漿進(jìn)行充分混合進(jìn)罐(簡稱“A罐”)。當(dāng)有調(diào)和需求時(shí)，接到調(diào)和指令后，提前將油漿改至另一儲罐(簡稱“B 罐”)收油。A 罐中的油漿進(jìn)行充分的沉降脫灰，并進(jìn)行分析，安排出廠，具體流程如圖1 所示。

圖1 油漿脫灰裝置流程示意圖

催化裝置在油漿出裝置調(diào)節(jié)閥放空處由新增的撬裝設(shè)施按比例加注脫固劑，油漿與助劑在管路充分混合后，在儲罐沉降。脫灰劑加注裝置包括用于儲存脫灰劑的脫灰劑儲罐以及控制脫灰劑添加量的計(jì)量泵。計(jì)量泵能夠?qū)⒚摶覄﹥蘩锏拿摶覄┚珳?zhǔn)添加，從而保證將催化油漿精準(zhǔn)脫灰。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 優(yōu)質(zhì)脫灰劑篩選的研究

該煉廠根據(jù)油漿性質(zhì)，從消電功能、絮凝功能、聚集功能、助劑自身對產(chǎn)品質(zhì)量的影響等四個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)，與吉林鉅潤環(huán)?？萍加邢薰尽⒅泻Ｓ吞旖蚧ぱ芯吭O(shè)計(jì)院有限公司合作篩選了JR-SA06 型和TH-CJ101 型油漿脫灰劑，并進(jìn)行了化驗(yàn)小試及工業(yè)試運(yùn)用，脫后油漿灰分可降至0.075%、脫灰率可達(dá)96.51%，鋁和硅含量可降至1.86 mg/L。

油漿脫灰劑為有機(jī)表面分散劑，主要成分為C、H、N 元素，對環(huán)境無不利影響，催化油漿脫灰劑能夠減小油漿表面張力、增加極性分子之間的凝聚力、使催化劑粉末較小的堆比重變成較大的真比重、減小油漿的黏度，加快粉末的沉降速度。

3.2 合理的加注量

該煉廠脫灰劑的加注量采用了根據(jù)脫前油漿灰分分析數(shù)據(jù)調(diào)整加注量的方案：當(dāng)油漿中灰分≤0.3%時(shí)，脫灰劑加注量應(yīng)≤300 μg/g 油漿外甩量；當(dāng)油漿中灰分含量在0.3%～0.4%時(shí)，脫灰劑加注量應(yīng)≤400 μg/g 油漿外甩量；當(dāng)油漿中灰分含量0.4%～0.5%時(shí)，脫灰劑加注量應(yīng)≤500 μg/g 油漿外甩量。

因該煉廠通過長期化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)脫前油漿灰分性質(zhì)穩(wěn)定，基本維持在0.2%～0.3% 之間。因此該煉廠正常脫灰劑加注量設(shè)置為300 μg/g 油漿外甩量；并經(jīng)長期數(shù)據(jù)跟蹤脫后油漿，灰分和金屬等關(guān)鍵指標(biāo)均滿足調(diào)和要求。根據(jù)前面灰分調(diào)整加注量的方法既保證了脫灰效果又避免了三劑浪費(fèi)。

3.3 合理的沉降時(shí)間

如表1 所示，可以看出：添加脫灰劑的油漿在罐區(qū)靜置沉降24 h 就有明顯的脫灰效果，沉降后平均灰分0.009%、平均脫灰率95.81%。在罐區(qū)靜置沉降48、72 h后平均灰分0.007 5%、平均脫灰率96.51%。

表1 灰分與封罐時(shí)間的關(guān)系

綜合考慮生產(chǎn)周轉(zhuǎn)及充分的沉降時(shí)間，該煉廠在正常生產(chǎn)中選擇了72 h 作為沉降時(shí)間，沉降時(shí)間到位，分析合格后安排后路。

3.4 儲罐優(yōu)化改造

該煉廠將油漿的抽出口合理進(jìn)行提升，使脫灰油漿與沉降的高灰分油漿進(jìn)行科學(xué)合理的分離，保障抽出的油漿指標(biāo)合格。其次，儲罐脫灰后油漿抽出口設(shè)置有防止油漿沉降儲罐底部高灰分催化油漿卷入防旋渦板，防旋渦板為十字形。

3.5 脫后油漿的后路優(yōu)化

該煉廠對脫后油漿按低硫GB 17411—2015 《船用燃料油》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全分析，分析數(shù)據(jù)如表2 所示。可以看出，脫后油漿在運(yùn)動黏度、硫含量、灰分、金屬等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于低硫船用燃料油RMG380，脫后油漿可以作為優(yōu)質(zhì)的低硫船用燃料油調(diào)和原料[2]。同時(shí)，該煉廠借助加工低硫海洋原油的原料優(yōu)勢和低硫船用燃料油政策轉(zhuǎn)變的契機(jī)，設(shè)定了將脫后油漿調(diào)和至低硫船用燃料油工藝路線，每噸可增效100 元。

表2 脫后油漿分析數(shù)據(jù)與低硫船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)對比

但是其中的碳芳香度指數(shù)、密度分析數(shù)據(jù)超過低硫船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)，因此該股物料不能直接作為船用燃料產(chǎn)品，只能作為優(yōu)質(zhì)的調(diào)和料，與其他物料調(diào)和，保證所有指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 罐底沉積物的后續(xù)優(yōu)化

該煉廠借助加工裝置種類齊全的優(yōu)勢，創(chuàng)造性地將罐底沉積物定期調(diào)和至煉廠的焦化裝置，將罐底沉積物進(jìn)一步“吃干榨凈”，提高煉廠的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)節(jié)省沉積物的處理費(fèi)用。

3.7 解決脫灰劑與油漿充分混合的難題

原脫灰劑廠家要求為保障脫灰劑與油漿充分混合，需加裝混合器，需在裝置停工檢修時(shí)進(jìn)行處理，中間效益大大流失。該煉廠從現(xiàn)場流程出發(fā)，利用加劑點(diǎn)與油漿沉降儲罐之間的3 km 的管路進(jìn)行混合，不再加設(shè)混合器；實(shí)施后脫灰效果良好，且油漿出裝置流量及壓力經(jīng)長久運(yùn)行無變化，表明脫灰后油漿未在管路內(nèi)沉積。該方法減少設(shè)備投資及裝置停工改造及動火的風(fēng)險(xiǎn)。

3.8 解決常規(guī)工藝投資大、維護(hù)成本高的難題

常規(guī)脫灰過濾工藝，投資約3 000～5 000 萬元；需定期更換過濾膜，每次更換約1 000 萬元，投資巨大；且人員、維護(hù)成本較高。該煉廠開發(fā)的新工藝固定投資僅25 萬元，且基本不需維護(hù)。

3.9 解決常規(guī)脫灰工藝反沖洗嚴(yán)重、經(jīng)常更換過濾膜的難題

常規(guī)的脫灰工藝，在壓差高時(shí)，需脫后油漿進(jìn)行反沖洗，沖洗非常頻繁且產(chǎn)生大量的高灰分的反沖洗油，難以處理。當(dāng)壓差過高時(shí)，需要定期更換過濾膜，操作難度大。該煉廠的工藝不需要無過濾器，不需要反沖洗，解決了此項(xiàng)難題。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目為油漿的綜合利用提供了一種新思路，作為優(yōu)質(zhì)的低硫船燃調(diào)和物料；因其脫灰灰分低、硫含量低、金屬低、黏度低，可以加大渣油等低附加值物料的調(diào)和比例，進(jìn)一步增加企業(yè)效益。

同時(shí)該項(xiàng)目投資省(總投資只有25 萬元)、見效快，不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，還兼具安全、環(huán)保效益。該項(xiàng)目為油漿的綜合利用提供了一種開創(chuàng)性的思路，一定程度上突破了國際上對該技術(shù)的壟斷，打破了油漿脫灰投資動輒幾千萬的限制，為油漿脫灰方法提供了一種低成本的思路。目前國內(nèi)大多數(shù)煉油企業(yè)均建有催化裝置，且存在催化油漿脫灰的潛力。因此，油漿脫灰項(xiàng)目在中國煉油行業(yè)具有較好的推廣價(jià)值和意義。