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1、82萬噸年常壓重油催化裂化工藝設(shè)計開題報告一、背景簡介FCC是重油催化裂化的縮寫。重油加工是把原油中的重質(zhì)部分,如常壓渣油和減壓渣油轉(zhuǎn)化為汽油。近年來,我國的原油產(chǎn)量一直上升幅度不大,但是燃料油的需求量上升很大,這樣的大背景下,需要我國的煉油工業(yè)將產(chǎn)能更多的投入到重油,特別是減壓渣油的深度加工。本題即是對催化裂化工藝的擬建。 催化裂化工藝簡介催化裂化的工藝原理: 蠟油、脫瀝青油、渣油等在催化劑的作用下發(fā)生裂化、異構(gòu)化、環(huán)化、芳化、脫氫化等諸多化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物為汽油、輕柴油、重柴油,副產(chǎn)物為干氣、焦碳、油漿等。催化裂化可以使蠟油、脫瀝青油、渣油與催化劑在適宜的溫度,壓力滯留時間條件下進行接觸,
2、以使原料的主要部分被轉(zhuǎn)換成汽油和液態(tài)烴,通常這是一個單程操作。在裂化反應(yīng)中,所產(chǎn)生的焦碳被沉積在催化劑上,它明顯地減少了催化劑的活性,所以除去沉積物是非常必要的,通常是通過燃燒方式使催化劑再生來重新恢復(fù)其活性。 重油催化裂化的特點 焦炭產(chǎn)率高。重油催化裂化的焦炭產(chǎn)率高達812wt%,而餾分油催化裂化的焦炭產(chǎn)率通常為56wt%。 重金屬污染催化劑。與餾分油相比,重油含有較多的重金屬,在催化裂化過程中這些重金屬會沉積在催化劑表面,導(dǎo)致催化劑受污染或中毒。 硫、氮雜質(zhì)的影響。重油中的硫、氮等雜原子的含量相對較高,導(dǎo)致裂化后的輕質(zhì)油品中的硫、氮含量較高,影響產(chǎn)品的質(zhì)量;另一方面,也會導(dǎo)致焦炭中的硫、氮
3、含量較高,在催化劑燒焦過程中會產(chǎn)生較多的硫、氮氧化物,腐蝕設(shè)備,污染環(huán)境。 催化裂化條件下,重油不能完全氣化。重油在催化裂化條件下只能部分氣化,未氣化的小液滴會附著在催化劑表面上,此時的傳質(zhì)阻力不能忽略,反應(yīng)過程是一個復(fù)雜的氣液固三相催化反應(yīng)過程。二、國內(nèi)外現(xiàn)狀與前景預(yù)期我國FCC 工藝及工程的技術(shù)水平 我國由于在催化劑細粉流化態(tài)技術(shù)的發(fā)展,兩器結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多種形式的組合:帶外循環(huán)管的燒焦罐高效再生、帶預(yù)混合管的燒焦高效再生、帶預(yù)混合管的燒焦罐再生、管式燒焦、后置燒焦罐兩段再生、高速床兩段串聯(lián)再生、并列式兩段再生、同軸式兩段再生。與此同時,高效霧化原料油注入系統(tǒng)及急冷油控制提升管中部溫度(MTC)
4、技術(shù)、新型Y 型結(jié)構(gòu)的提升管出口快速分離結(jié)構(gòu)、新的汽提段結(jié)構(gòu)和分段汽提也相繼應(yīng)用于工業(yè)裝置,另外還研制了靈敏度高、推動力大的耐磨冷壁式電液控制滑閥,高熱阻單層和雙層耐熱耐磨襯里、無泄漏盤式三旋單管,臥管式三級旋風分離器,高效旋風分離器,油漿旋風除塵和煙氣能量回收機組等一系列具有先進水平的新設(shè)備。1我國催化裂化技術(shù)的發(fā)展計劃和前景 基于我國原油資源的特點和FCC 在二次加工能力中占絕對比重的現(xiàn)狀,未來FCC 仍然是我國重油輕質(zhì)化和生產(chǎn)汽油的主要加工技術(shù)。加強技術(shù)創(chuàng)新,注重現(xiàn)有工藝、催化劑、工程技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的改進以及現(xiàn)有裝置的改造。FCC 裝置將會在高苛刻度下運轉(zhuǎn),盡可能摻煉更多的渣油,實現(xiàn)煉油
5、工業(yè)盡可能低的投資把原油轉(zhuǎn)變成符合環(huán)保法規(guī)要求的石油產(chǎn)品。提高FCC 綜合技術(shù)水平,縮小同先進水平的差距,具有同國外大公司競爭的能力。以環(huán)保和市場為導(dǎo)向,繼續(xù)完善和開發(fā)重油催化裂化和FCC 家族技術(shù)的工藝和催化劑,提高FCC 裝置的重油加工能力,開發(fā)具有更高性能的渣油裂化催化劑,生產(chǎn)符合新環(huán)保標準的清潔汽油產(chǎn)品。到2015 年,隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格和對汽油中烯烴、芳烴含量的進一步限制,F(xiàn)CC在提高汽油辛烷值方面的作用將下降,將會發(fā)展成為生產(chǎn)汽油和組分以及為生產(chǎn)汽油調(diào)和組分提供生產(chǎn)原料的手段。逐步調(diào)整原油加工工藝的結(jié)構(gòu),為煉廠獲取最大經(jīng)濟效益,滿足我國實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。1三、 國外論文翻
6、譯I.2004年國際工作組對石油工業(yè)框架的研究利用經(jīng)濟模型預(yù)測石油產(chǎn)品及原有供應(yīng)需求的走勢1.研究背景和目的 1997年亞洲經(jīng)濟危機之前,除了日本以外的東亞地區(qū)對石油的需求增長速度為平均每年7%。從保證日本石油供應(yīng)的角度看這是一種增長。然而,在1998,直接反應(yīng)在危機爆發(fā)后,情況迅速惡化。亞洲的石油需求下降和石油產(chǎn)品供應(yīng)的過剩。近年來,伴隨著中國經(jīng)濟增長的需求迅速擴大,另一個產(chǎn)品供應(yīng)的緊縮引起憂慮。今年,包括創(chuàng)紀錄的高油價和伊拉克戰(zhàn)爭的繼續(xù)對石油行業(yè)的影響很大,氣候變化加劇,新能源和經(jīng)濟信息,東亞對石油產(chǎn)品的供應(yīng)和需求進行分析越來越重要,這對日本的供應(yīng)和需求的一個特別大的影響。此外,石油產(chǎn)品及
7、原油的大量需求在亞洲特別是中國有著長期前景在這種情況下,它肯定會影響日本能源安全如原油來源結(jié)構(gòu)變化的定量分析和相關(guān)的可能性,其次是日本的原油進口的影響和評估。這項研究是由日本能源經(jīng)濟學(xué)(IEEJ)委員會從經(jīng)濟部所實施的對石油行業(yè)的調(diào)查研究(石油產(chǎn)品的供應(yīng)和使用的計量經(jīng)濟模型的需求趨勢2004財年研究)。這項研究是由國際工作組(WG)晉升委員會的研究。2.2004財年國際工作組提出的問題(1)在未來的幾年里,中國預(yù)計將繼續(xù)實現(xiàn)經(jīng)濟增長8%。在其對應(yīng)的石油需求這塊,隨著其進入世界貿(mào)易組織的中取消了貿(mào)易限制預(yù)計將對所有東亞的石油產(chǎn)品需求量有重大影響。中國的石油產(chǎn)品需求預(yù)測的最重要的因素是煉油能力增加
8、的趨勢。因為所涉及的許多變量,預(yù)計這一趨勢是困難的。為此,在去年,WG在中國放置一個單獨的高CDU能力是我多元化的案例分析。(2)對于中國經(jīng)濟增長的可持續(xù)性前景的不確定性因素眾多,包括人民幣升值(人民幣)和國內(nèi)的差距貧富差距縮小。2010經(jīng)濟增長放緩約無疑會影響亞洲其他國家,伴隨經(jīng)濟增長的減速,亞洲的石油需求下降的程度成為一個關(guān)鍵點。由于這些原因,該工作組認為經(jīng)濟增長是重點。(3)也有關(guān)于中國和東亞其他地區(qū)的原油進口快速增長的憂慮。它也指出,俄羅斯的石油開發(fā)進軍中東和亞洲。WG因此認為作為一個整體在2020和2030間中東和非中東原油生產(chǎn)的長期趨勢可以預(yù)測世界原油供應(yīng)和需求的的長期趨勢,并探討
9、日本對原油進口的影響。(4)更具體地說,工作組集中在原油供應(yīng)和需求以及東亞地區(qū),由在中國和日本對中東的依賴程度供應(yīng)預(yù)期的變化和競爭分析,原油的走勢,如2030。這也影響全世界的API指數(shù),差異擴大和較高層次在原油生產(chǎn)的分析。這種背景下使WG對東亞未來石油產(chǎn)品供應(yīng)和需求形成興趣。6四、 設(shè)計方法與方案常壓塔設(shè)計 常壓塔設(shè)計主要是塔內(nèi)部汽液負荷的計算。汽液負荷可以通過熱平衡進行逐板計算,各參數(shù)的確定采用了諸多經(jīng)驗數(shù)據(jù),說明如下:1壓力 產(chǎn)品罐壓力為?atm,冷凝冷卻系統(tǒng)壓力降取?atm,則塔頂壓力為?atm。2溫度 塔頂溫度是塔頂產(chǎn)品在其本身油汽分壓下的露點溫度。側(cè)線油品抽出溫度是該層油氣分壓下未
10、經(jīng)汽提的油品泡點溫度, 汽化段溫度就是進料的絕熱閃蒸溫度,塔底溫度一般采用經(jīng)驗數(shù)值,比汽化段溫度低5-10。3汽提 本設(shè)計使用?atm、?過熱水蒸氣。4過汽化率 在能保證側(cè)線質(zhì)量的前提下,盡量減少汽化率,本設(shè)計???%(重)。5回流方式及取熱比 本常壓塔塔頂冷回流:一中循環(huán)回流:二中循環(huán)回流=50:20:30。其中段回流進出口溫度差為?。6塔頂冷卻系統(tǒng) 采用二級冷凝冷卻系統(tǒng)。7塔板型式和板間距。 采用浮閥塔板,板間距定為 mm。加熱爐的設(shè)計1爐型的選擇 采用空心圓筒爐。2過剩空氣系數(shù)的選取 輻射段為R=?,對流段為=?3爐效率 ? %4工藝上的設(shè)計(1)常壓爐對流室設(shè)置冷進料,降低排煙溫度,釘頭
11、管用在對流段。(2)利用常一線、常三線熱源與空氣換熱,設(shè)置空氣預(yù)熱器。(3)利用常一中、減二線、減一中回流,三臺換熱器的熱源發(fā)生低壓蒸汽,經(jīng)過常壓爐的對流室過流,作常壓塔減壓塔吹汽用。常壓塔計算部分1 產(chǎn)品收率和物料平衡油品產(chǎn)率處理量或產(chǎn)量體%重%萬噸/年噸/天公斤/時千摩/時原油汽油航煤輕柴重柴重油2汽提水蒸汽用量油品%(重 對油)公斤/時千摩/時一線航煤二線輕柴三線重柴塔底重油合計3塔板型式和塔板數(shù) 選用浮閥塔板汽油-航煤段層航煤-輕柴段層輕柴-重柴段層重柴-汽化段層塔底汽提段層采用兩個中間段回流,每個用 層換熱塔板,共 層,塔板數(shù)總計 層。4操作壓力塔頂產(chǎn)品罐壓力塔頂壓力一級抽出板(第
12、層)壓力二級抽出板(第 層)壓力三級抽出板(第 層)壓力汽化段壓力加熱爐出口壓力5汽化段溫度汽化段中進料的汽化率及過汽化度 eF=?(重)汽化段油汽分壓為:?atm 汽化段溫度為?。6塔底溫度 取塔底溫度比汽化段溫度(5-10)低77塔頂及側(cè)線溫度假設(shè)與回流熱分配假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度塔頂溫度航煤抽出板溫度輕柴抽出板溫度重柴抽出板溫度塔回流熱全塔熱平衡物料流率kg/h密度d420操作條件焓值kcal/kg熱量kcal/h壓力atm溫度氣相液相進料汽提蒸汽合計汽油航煤輕柴重柴重油水蒸氣合計全塔回流熱Q=Q入-Q出=?回流方式及回流熱分配塔頂取熱50%Qo= kcal/h一中回流取熱20%Qo= k
13、cal/h二中回流取熱30%Qc2= kcal/h8氣液相負荷8.1加熱爐計算部分加熱介質(zhì)為拔頭油G=?kg/h 比重d420=?e=?入口溫度1=? 出口溫度2=?燃料油為減壓渣油,其重量組成:(例如)C86.5% H12.56% O0% S0.17% W0.37%對流段對流管為釘頭管,Gs=?kg/h冷油為原料油的10%,由110加熱至2208.2輻射段計算選擇爐型計算全爐有效熱負荷Q燃燒過程計算確定輻射段的傳熱量QR輻射管表面熱強度qR輻射段管壁平均溫度估算輻射管加熱面積確定輻射管管徑、管心距和管程數(shù)確定爐的輻射室尺寸、爐管長度及管數(shù)確定對流管管徑、管心距、管長及對流室寬和每排管數(shù)計算當
14、量冷面積Acp求有效暴露磚墻表面積與當量冷平面之比 Aw/ Acp8.3對流段計算煙氣的未知溫度t, t, t,計算總傳熱膜系數(shù),爐管面積,管排數(shù),熱強度。反應(yīng)-再生系統(tǒng)的工藝設(shè)計計算在生氣物料平衡,決定空氣流率的煙氣流率。再生器燒焦計算,決定藏量。再生器熱平衡,決定催化劑循環(huán)量。反應(yīng)器物料平衡、熱平衡,決定原料預(yù)熱溫度。結(jié)合再生器熱平衡決定燃燒有兩或取熱設(shè)施。再生器設(shè)備工藝設(shè)計計算,包括殼體、旋風分離器、分布管(板)、淹流管、輔導(dǎo)燃燒室、滑閥、稀相噴水等。反應(yīng)器設(shè)備工藝設(shè)計計算,包括氣提段和進料噴嘴的設(shè)計計算。兩器壓力平衡,包括催化劑輸送管路。催化劑儲罐及抽空器。其他細節(jié),如松動點的布置、限流孔板的設(shè)計等。五、 進度規(guī)劃六、 參考資料與文獻1. 王雷 重油催化裂化技術(shù)的研究進展 1007-1865(2011)04-0042-022.于國慶, 高金森, 徐春明 重油催化裂化裝置 汽提段及汽提工藝研究進展 1671 0460( 2004) 02 0068 043.閆平祥, 劉植昌, 高金森, 徐春明, 于春光, 王殿芬 重油催化裂化工藝的新進展1671 0460( 2004) 03 0136 054.閏平祥高金森徐春明 重油催
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