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脱除催化裂化油浆中催化剂粉末的实验研究

2021-02-16 来源:榕意旅游网
2010年第1期 第37卷总第2O1期 www.gdchem con] 1 81 脱除催化裂化油浆中催化剂粉末的实验研究 牛彻’,万昆 ,余国贤 ,周晓龙 (1.华东理工大学化工学院,上海200237;2.江汉大学化学与环境工程学院,湖北武汉430056) 【摘要]文章采用破乳一絮凝沉降分离工艺处理高桥催化裂化油浆,在实验室考察了破乳剂和絮凝剂类型及加量、水相pH、沉降温度及沉降时间对催 化裂化油浆中催化剂粉末脱除的影响。选择PR一3复配物为破乳剂,添加量100 gg.g~,聚丙烯酰胺为絮凝剂,用量1000 lag.g一,加入质量浓度30%的葡 萄糖水溶液,水溶液pH为7,沉降温度9O℃,时间i2 h,可以有效地脱出油浆中催化剂粉末,油浆灰分含量可降低到100lag g。。以下。 [关键词]催化裂化油浆;破乳;絮凝;催化剂粉末;灰份含量 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007.1865(2010)01—018】一()3 Investigation on Removal of Catalyst Fines from Fluid Catalytic Cracking Slurry Niu Che ,Wang Kun ,Yu Guoxian ,Zhou Xiaolong (1.School ofChemical Engineering,East China University of Science&Technology,Shanghai 200237;2.School of Chemistry and Environmental Engineering,Jianghan University,Wuhan 430056,China) Abstract:The s】urry ojl疗om nuid catalytic cracking fFcc)was treated with demulsificatiou—lfocculating settl Jrlg separation Experiments wore conducted to investigate the effect of di rent kinds and dosages of demulsifier and flocculants.the PH value of aqueous phase.the settling temperature and time on the remox al of catalyst ifnes什on]FCC It is demonstrated that under a moderate condition of settling temperature of 9O℃fnr 1 2 h.when Complex PR一3 with the dosage of 1 O0 Pg g~chosen as the demulsiifer、polyacrylamide with the dosage of 1000 gg g~as the flocculant,30%(wt%)glucose solution added,the PH value ofaqueous phase eqHal to 7.the catalyst ifnes were effectively renloved frOITI the slurry oil with the ash content down to 10O ug g Keywords:catalytic cracking slurry;demulsifica/ion;flocculation;cataNst powder;ash content 油浆中含有大量重芳烃,是有价值的化工原料,但其中含 将试样直接加人已恒重的坩埚中,用无灰滤纸作引芯,点燃并 有2 g/L以上的催化剂固体颗粒,严重影响其深加工产品的质 燃烧到只剩下灰分和残留的碳质。碳质残留物再在775℃的 量。油浆中大量的带短侧链稠环(3~5环)芳烃是生产炭黑、针 马弗炉中加热转化为灰分,然后冷却并称重。催化裂化油浆的 状焦、碳纤维、橡胶软化剂及填充油、塑料增塑剂、重交通道 灰分含量(%)= 2一m1)/m×l()(J(%);式中:ml为已恒重的坩埚 路沥青及导热油等高附加值产品的优质原料,但对其固体含量 重量,g; 2为煅烧冷却后坩埚重量,g;,”为试样的重量,g。 有严格要求。生产炭黑或橡胶填充剂要求油浆中固粒含量不大 于500 Pg.g一;生产针状焦要求固粒含量不大于lO0 Pg g~;生 表1 高桥油浆的主要性质 产碳纤维要求同粒含量为10~20 gg.g~。过高的固粒含量,限 Tab.1 The main properties of FCC slurry 制了油浆的利用…。因此,FCC油浆的净化处理成为亟需解决 项目 测定结果 的课题。 密度/(g cm 。)(25 C) l 0747 通常情况F脱除催化裂化油浆中催化剂粉末的方法有:自 粘度/(mm S。) 然沉降、过滤、离心分离、静电分离、沉降剂脱除法 。J,这 45(90℃、.703(50℃1 些脱除方法不是脱固分离效率差就是脱除费用太高。中国专利 四组分含量/ ̄/oWt 报道采用破乳一絮凝法脱除油浆中的固体粒子,但没有给出具 饱和份 35 O3 体工艺条件对催化裂化油浆中固体粒子脱除的影响,同时存在 芳香份 51 64 沉降时间过长的问题。本文以高桥石化催化裂化油浆为对象, 考察了破乳剂、絮凝剂、水相pH、沉降温度及时间对油浆中 胶质 7 83 固体催化剂粉末脱除的影响,获得较为优化的工艺条件。 沥青质 5 50 1实验部分 催化剂粉末含量/( g g。。) 3948 1.1原料性质 S含N/( ̄g g。。) I2648 催化裂化油浆取自中国石化股份公司高桥石化分公司,其 主要性质见表l。 2结果与讨论 破乳剂均来自商业品,其中PR一3为实验室复配。 2.1破乳剂的筛选与量的选择 1.2实验流程 催化裂化油浆中不仅含有高度分散纳米级的固体催化剂 称取100 g高桥石化催化裂化油浆(灰份含量为 粉末,同时油浆中的胶质、沥青质以及硫、氮和金属化合物等 3948 lug.g )加热至85℃,加入适量的破乳剂、絮凝剂、及 成膜物质的存在,一方面对悬浮颗粒的分散有促进和稳定作 30%wt的葡萄糖水溶液在85℃下充分搅拌混合20 min,趁 用,另外还有利于在油水界面形成稳定的界面膜ll…,从而使 热把样品倒入沉降管中,在90℃下沉降I2 h,然后抽取油样 得单纯靠重力自然沉降分离是很困难的。但是,研究发现当加 按照 石油产品灰分测定法 (GB/T508—85)分析灰份含量。以 入某些化学助剂发生破乳絮凝作用,可以有效的促进油水分 灰份降低率表示催化裂化油浆脱固情况。 1.3评价指标及分析方法 离,加速催化剂粉末沉降 J。 以高桥油浆为试验用油浆,分别添加不同类型的破乳剂, 按照 石油产品灰分测定法 (GB/T508—85)的分析方法: 在85℃F充分混合,然后在9O℃下沉降12 h,比较沉降后效 【收稿日期】2009—12-1 5 【基金项目】中国石化技术开发项目(G2501—09 ZS一00257) f作者简介]牛彻(1985.),男,河南南阳人,在读硕士研究生,主要研究方向为催化裂化油浆脱固分离及利用。 2010年第1期 182 www.gdchem.com 第37卷总第201期 果见表2。由表2可以看出,PR一2和复配的PR一3不仅具有较好 的脱固效果,油浆灰分含量降低Ns00 gg.g。。以下,而且能将 水全部脱除,水相澄清;其中效果最好PR一3可使澄清油浆灰 分降低到7O gg.g‘。。因此实验选用PR一3作为试验用破乳剂。 表2 不同破乳剂对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Tab.2 Effect On removal of ifne catalysts from FCC slurry by demulsiifes 1)实验中絮凝N, ̄II量为1000 g g,质量百分比浓度为3O%wt的葡萄糖 水溶液加量为油浆重量的10%。 保持其他助剂加入量不变,选用沉降效果好的PR一3作为 考察对象,加入量为50 ̄300 Pg.g,沉降分离后取样分析, 试验结果见图1。图1给出了其加量对油浆灰份含量变化的影 响。由图1可以看出,随着破乳剂量由5O lag.g 增加到100 Pg.g 时,油浆中的灰分从151 lag.g 降低到69 Pg.g~;当破乳剂加量 从IO0 pg.g 增加到I50 Pg.g。。时,油浆中的灰份基本不变;当 破乳剂加量超过15O g.g 时,油浆中的灰份反而增加。由此 破乳剂用量1()0 Pg.g 为宜。另外,实验中发现,破乳剂加量 为50 ̄300 g.g。时,脱水率均为100%,且分出的水相澄清透 明。 由图l可见,随着破乳剂用量的增加,沉降后上层油浆的 灰分含量降低,净化效果明显。一定量的破乳助剂与油浆均匀 混合以后,破乳荆被吸附到油(催化剂颗粒)水界面上,因为破 YLN比沥青质、催化剂粉末等有更高的界面活性,从而可以取 代界面上的固体粉末,破坏界面膜和保护层,促进了分散相的 聚并,加速了破乳过程。但是当破乳剂加量过大时,可能催化 剂粉末表明被吸附的破乳剂包覆,这阻碍了絮凝剂吸附到催化 剂粉末表面,从而降低了催化剂粉末的絮凝沉降。 图1 破乳剂用量对脱除催化剂颗粒的影响 Fig.1 Effect O11 removal of ifne catalysts from FCC slurry by Demulsifies dosage 2_2絮凝剂的筛选及量的选择 在实验室选择不同类型的絮凝剂进行比较实验,添加剂同 油浆在85℃下充分混合,然后在9O℃下沉降12 h。实验结果 见表2。由表2可以看出,聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的作用效果 较好,用量为1000 Pg.g‘。,它们都属于有机高分子絮凝剂,絮 凝能力较强,不产生浮渣,效率高。选用无机高分子絮凝剂聚 合氯化铝,加剂量较多,效果不好,因为无机高分子絮凝剂在 燃烧后产生了灰分,从而使得测定的灰分结果增加。经比较, 实验选用聚丙烯酰胺作为催化裂化油浆脱固用絮凝剂。 表3 不同絮凝剂对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Tab.3 Effect 013 removal of ifne catalysts from FCC slurry by Flocculants 1)实验t}j破乳剂加量为100 Pg g,质量百分比浓度为30%wt的葡萄糖水 溶液加量为油浆重量的10%。 图2给出了聚丙烯酰胺加量对油浆灰份含量的影响。由图 2可以看出,随聚丙烯酰胺加量从0增加到2000 gg.g~,油浆 中的灰份含量先降低后增加,当其加量为1000 lag.g 时,油 浆的灰份含量达到最低。因为有机絮凝剂分子链中有效官能团 的吸附架桥作用,增大了絮体矾花的尺寸,并形成凝聚体,它 们相互靠近并聚结变大。有机高分子絮凝剂,通过自身的极性 或离子基团与质点形成氢键或离子对,加之范德华力,或者是 这几种作用力的结合而吸附在质点表面,在质点问进行桥连作 用,形成絮状沉淀_J1 1 2],从而从油浆中沉降分离。絮凝剂的加 入量过高后,由于其本身的粘性较大,溶解在水中,阻碍了催 化剂粉末的沉降。因此,较佳絮凝剂加量为1000 Pg.g~。 Flocculant dosage/(gg.g ) 图2絮凝剂加量对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Fig.2 Effect on removal of ifne catalysts from FCC slurry by flocculant dosage 2.3水相pH的影响 图3给出了水溶液pH对油浆灰份的影响。由图3可以看出, 在弱酸到弱碱条件F(I ̄ppH为6~8),灰份含量下降明显,在中 性条件下,脱除效果最好。絮凝剂极易受水溶液pH值的影响, 其分子链中特有一CONH 官能团在强酸性或强碱性介质中解离 受到限制,静电中和、吸附架桥的作用明显变弱,对油浆中催 化剂微粒的絮凝效果下降,甚至不产生絮凝_J 。同时,破乳 剂在极端条件F也会失去作用。因此,水相pH取7较为适宜。 2.4沉降条件的影响 图4给出了沉降温度对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影 响。从中可以看出,沉降温度从30℃增 ̄HN90℃,处理后油 浆灰分含量随着沉降温度的增加而降低,但沉降温度从100℃ 增加到l 30℃,处理后油浆灰分含量随着沉降温度的增加而增 加。升高沉降温度,可降低油浆的粘度,不仅有利于破乳,而 且有利于催化剂粉末沉降,但温度超过水沸点后,水汽化的强 2010年第1期 第37卷总第201期 www.gdchem.CON l 83 烈扰动,对催化剂粉末的沉降产生了阻碍作用,不利用油浆灰 份含量降低。图5沉降时间对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影 响。从中町以发现,延长沉降时间也有利于催化剂粉末的沉降 分离,当沉降时间为12 h ̄t]24 h时,灰分含量变化不大。采用 3结论 (1)破乳剂PR-3加量为50~300 Pg g 时,脱水率均为 1()(】%,且分出的水相澄清透明,灰分含量先降低后增加;有 机絮凝剂的脱固性能高于无机絮凝剂,在所选絮凝剂中聚丙烯 9O℃的沉降温度和12 h的沉降时问较佳。 Aqueous pH 图3水相pH对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Fig 3 Effect 011 romo' ̄ al of ifne catalysts from FCC slurry by aqueous pH Scttling temperature/℃ 图4沉降温度对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Fig.4 Effect Oil removal of ifne catalysts from FCC slurry by settling temperature Settling time/h 图5沉降时间对FCC油浆中催化剂粉末脱除的影响 Fig.5 Effect on removal of ifne catalysts from FCC slurry by settling time 酸胺的脱同性能最好;随聚丙烯酰胺加量从0增加到 2000 lag.g一,油浆巾的灰份含量先降低后增加,当其加量为 1000 lag.g 。时,油浆的灰份含量达到最低;水相pH I{,酸性或 碱性范围均不利于油浆脱固;适宜高的沉降温度和较为长的沉 降时间有利于油浆脱固。 (2)较为优化的工艺条件为:选择PR一3复配物为破乳剂, 添加量1O0 g.g~,聚丙烯酰胺为絮凝剂,用量l000 lag.g~, 加入质量百分比浓度为30%的葡萄糖水溶液,水溶液pH为7, 沉降温度9O℃,时间12 h,呵以有效地脱出催化裂化油浆中 催化剂粉末,油浆灰分含量可降低到1()(】Pg g 以下。 参考文献 [1]]三峰,赵德智.信化裂化油浆的加工工艺及进展[J1.当代化 :,2003, 32(1):45—47. 【21lg铁柱,邢学伟,李淑杰.催化裂化油浆液嘲体系分离技术探tq[J].百 油化工设备技术,2000,21(3):9—1 1. 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