催化裂化物料平衡和熱平衡計算方法

1、催化裂化物料平衡和熱平衡計算方法前 言 催化裂化過程是石油二次加工的重要過程之一。監(jiān)測一個催化裂化裝置，唯一正確的方法就是定期考察裝置的物料平衡、熱平衡和壓力平衡。通過經(jīng)常收集和研究裝置運(yùn)行的物料平衡和熱平衡，才能更好地了解和理解裝置運(yùn)行的歷史和現(xiàn)狀，予期其未來，并為優(yōu)化裝置操作奠定基礎(chǔ)。進(jìn)料質(zhì)量、操作條件、催化劑和設(shè)備狀況的任何變化，都將影響裝置的物料平衡及熱平衡。要想深入了解和理解裝置運(yùn)行的物料平衡和熱平衡，首先就必須正確做好物料平衡和熱平衡計算。為此目的，本文首先介紹了催化裂化物料平衡和熱平衡的計算方法。 第一節(jié) 計 量1油品計量油品計量一般有二種方法：油罐檢尺/輸油體積法和在線差壓式流

2、量計測定法。1.1 油罐檢尺/輸油體積法：油罐檢尺/輸油體積法是煉廠中應(yīng)用最廣泛，計量也較為準(zhǔn)確的方法之一。在通過油罐檢尺/輸油體積而對油量進(jìn)行計量時，應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 18851998石油計量表計算。石油計量表按原油、產(chǎn)品和潤滑油分類建立。現(xiàn)已為世界大多數(shù)國家采用，在石油貿(mào)易中更具通用性。催化裂化所用原料及產(chǎn)品均應(yīng)使用石油計量表產(chǎn)品部分。石油計量所采用的密度計為玻璃密度計。gb/t 18851998石油計量表產(chǎn)品部分的簡要說明及使用方法如下：1.1.1 石油計量表的組成 標(biāo)準(zhǔn)密度表 表59a 表59b 表59d 體積修正系數(shù)表 表60a 表60b 表60d 其他石油計量表 表e1 表e

3、2 表e3 表e4 表59b產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)密度表和表60b產(chǎn)品體積修正系數(shù)表是gb/t 18851998石油計量表的組成部分之一。 表59b用于潤滑油以外的石油產(chǎn)品，由已知試驗溫度下的視密度（密度計讀數(shù)）查取標(biāo)準(zhǔn)密度（20溫度下的密度）。表60b用于潤滑油以外的石油產(chǎn)品，由標(biāo)準(zhǔn)密度和計量溫度查取由計量溫度下體積修正到標(biāo)準(zhǔn)體積（20溫度下體積）的體積修正系數(shù)（vcf20）。1.1.2 產(chǎn)品計量 產(chǎn)品按空氣中的質(zhì)量計算數(shù)量。 當(dāng)在非標(biāo)準(zhǔn)溫度下使用石油密度計測得產(chǎn)品的視密度時，應(yīng)該用表59b查取該產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度（20）。 在計算產(chǎn)品數(shù)量時，產(chǎn)品在計量溫度下的體積，通常要換算成標(biāo)準(zhǔn)體積，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)體積（v2

4、0）用計量溫度下的體積（vt）乘以計量溫度下的體積修正到標(biāo)準(zhǔn)體積的體積修正系數(shù)（vcf20）獲得，見公式（1），而體積修正系數(shù)是用標(biāo)準(zhǔn)密度和計量溫度查表60b獲得的。 v20=vt vcf20（1） 計算產(chǎn)品在空氣中的質(zhì)量（商業(yè)質(zhì)量）時，應(yīng)進(jìn)行空氣浮力修正，將標(biāo)準(zhǔn)密度（kg/m3）減去空氣浮力修正值1.1kg/m3，再乘以標(biāo)準(zhǔn)體積，就得到產(chǎn)品質(zhì)量（m），見公式（2）。 m =v20（201.1）（2） 1.1.3 產(chǎn)品數(shù)量計算舉例 某一產(chǎn)品測得輸油溫度為40，輸油體積為1240.62m3，用石油密度計測得該產(chǎn)品40下的視密度為753.0 kg/m3,計算輸油質(zhì)量。 由產(chǎn)品在試驗溫度40下的視密

5、度753.0 kg/m3 ，查表59b，得 20=770.0 kg/m3 由標(biāo)準(zhǔn)密度770.0 kg/m3和輸油溫度40，查表60b得 vcf20=0.9775 v20=1240.620.9775 1212.706 m3 輸油質(zhì)量=1212.706（770.01.1） 932449.6 kg 932.45 t 在對油罐檢尺/輸油體積法進(jìn)行計量時，除應(yīng)采用gb/t 18851998外，還應(yīng)注意以下幾點： 為了獲取較正確的油罐或輸油管線中油品溫度及油品密度，應(yīng)對油罐上、中、下和所輸油品不同時間分別取樣，等量混合后，測其溫度、視密度及測視密度時的溫度； 視密度是在非標(biāo)準(zhǔn)溫度下獲得的玻璃石油密度計讀數(shù)

6、； 根據(jù)國家質(zhì)檢部門的要求，定期由油罐檢測部門檢測油罐大小或校正輸油計量表。1.2 差壓式流量計測量法 有些物料量不能用油罐檢尺/輸油體積法，只能依靠流量計計量。例如，為了節(jié)約能量，常常采用常壓渣油、減壓渣油等熱進(jìn)料。在這種情況下，只能用流量計計量。流量計有多種：采用孔板流量計、靶式流量計、橢圓齒輪流量計、渦輪流量計等差壓式流量計，其表示的數(shù)值均為瞬時流量，即單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量大小，常以體積流量（m3/h）或質(zhì)量流量（t/h）表示。1.2.1 校正公式差壓式流量計采用下式計算所通過的液體體積流量： 式中 v液體在操作條件下的體積流量，m3/h p孔板前后壓差，pa （mmh2

7、o柱或 mmhg柱） 實操作條件下液體的密度 k常數(shù)，與孔板大小、形狀等有關(guān) 用差壓式流量計所測定的液體質(zhì)量流量可表示為： 式中 g液體質(zhì)量流量，t/h 在實際使用時，儀表人員會根據(jù)設(shè)計條件（設(shè)計孔板大小，設(shè)計液體密度等）給出儀表指示流量表，供操作人員使用。但是，在生產(chǎn)過程中，由于液體的實際密度和設(shè)計時所選用的密度（液體的性質(zhì)及液體通過節(jié)流裝置時的溫度）不同，因此，實際流量與儀表指示流量值會有差別，需進(jìn)行校正。校正方法如下： 式中 v實、g實、實 分別為操作條件下體積流量（m3/h）、質(zhì)量流量（t/h）和液體密度（kg/m3） v表讀數(shù)、g表讀數(shù)、設(shè) 分別為設(shè)計條件下的體積流量（m3/h）、質(zhì)

8、量流量（t/h）和液體密度（kg/m3）1.2.2 操作條件下液體密度的計算在不是很高的壓力下（例如催化裂化物流計量的條件），壓力對液體密度的影響很小，一般可以忽略不計。但溫度對其影響則很大，必須予以校正。一般可以測得實際液體在20時的密度，將其校正到操作溫度下液體密度的方法有三種。1.2.2.1 使用gb/t 18851998石油計量表，查出操作溫度下的油品密度。1.2.2.2 查圖法：由圖可以通過液體的比重和操作溫度，查出液體在操作溫度下的比重。圖見附錄。 由圖可以看出，油品比重與溫度的關(guān)系不是直線關(guān)系。因此，當(dāng)操作溫度高于石油計量表所給出的溫度時，應(yīng)使用圖表。 1.2.2.3 公式法：該

9、公式適用于50以下。 式中 t為操作溫度， d4t 為操作溫度t時液體密度與4 時水的密度之比。r可由附錄查得。1.2.3 舉例：回?zé)捰土髁績x表指示值為150 m3/h，設(shè)計密度為630kg/m3現(xiàn)在操作溫度為360，20=850kg/m3 求在操作溫度下的體積流量是多少？ 20 = 850kg/m3 查附錄圖 360 = 574 kg/m3 g = 90.1 t/h若采用儀表指示值，則相對誤差為 （157150）/157 = 4.46%（體積） 橢圓齒輪流量計適用于測量高粘度的液體，但被測介質(zhì)中不能含有固體顆粒，更不能夾雜有機(jī)械雜質(zhì)，否則會引起齒輪磨損以至損壞。 靶式流量計適用于測量含有固體

10、顆粒易于結(jié)晶的液體流量。當(dāng)液體流量較小或液體粘度較大時，仍有較高的測量精度。在操作過程中，流量計的孔板、靶、齒輪等均會因磨損、沖刷等發(fā)生變化，同時，設(shè)計密度與操作密度相差較遠(yuǎn)時，都會造成設(shè)計表讀數(shù)出現(xiàn)較大的偏差。因此，應(yīng)定期校驗流量計，調(diào)整設(shè)計密度，給出校驗后的設(shè)計表讀數(shù)。2 液化石油氣（液態(tài)烴）計量 液化石油氣計量目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)。一般用球罐檢尺/累積流量計或差壓式流量計計量，當(dāng)使用球罐檢尺/累積流量計計量時先求得在球罐或累積流量計處溫度下的體積，用求得的體積，乘以球罐溫度下的液化石油氣密度，即為液化石油氣量。 液化石油氣液態(tài)下密度的測量，可按照中華人民共和國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sh/t 022

11、192 液化石油氣密度或相對密度測定法（壓力密度計法）在壓力下測得。如無條件，可采用計算方法求得。2.1 液化石油氣密度測定2.1.1 壓力密度計法2.1.2 液化石油氣組成測定和計算法2.1.2.1 液化石油氣組成測定： 用中華人民共和國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sh/t 023092 液化石油氣組成測定法（色譜法）測定。2.1.2.2 液化石油氣20密度計算屬性相近的液體和油品，其混合物比重可按加和法則計算。液化石油氣中各組分屬性相近。可按式（1）計算液化氣比重和密度。 式中m液化石油氣密度 ， kg/m3 ii組分液體密度，kg/m3 xmii組分重量分率。 注意液化石油氣組成分析是根據(jù)石化行業(yè)標(biāo)

12、準(zhǔn)進(jìn)行的。測定時將液化石油氣樣品全部氣化，在氣相色譜儀（gc）上測定其組成。其組成分析以體%表示時，是指液化石油氣樣品全部氣化后，各組分所占的體積百與數(shù)。其組成分析以重%表示時，則不論液化石油氣是液相還是氣相，是指液化石油氣樣品各組分所占的重量百分?jǐn)?shù)。因此，在計算液化石油氣液相密度時，如果組成分析數(shù)據(jù)以體積百分?jǐn)?shù)表示時，應(yīng)先將體積百分?jǐn)?shù)變?yōu)橹亓堪俜謹(jǐn)?shù)，再按（1）式計算。液態(tài)條件下液化石油氣各組分的密度見表。2.1.3 球罐及累積流量計處溫度下液化石油氣密度的求取當(dāng)液化石油氣球罐或累積流量計處溫度不是20時，應(yīng)使用sh/t 022192 中的附錄b中的表b2，利用液化石油氣20密度20 和球罐溫

13、度（-25到50），求出球罐溫度下液化石油氣密度t。2.2 液化石化油氣重量g的求取 g = vtt式中 g液化石油氣重量 vt液化石油氣在t下的體積，m3 t液化石油氣在t下的密度 ， kg/m32.3 用差壓式流量計計量液化氣時，其體積或質(zhì)量校正公式同油品流量計。3 干氣計量。在催化裂化過程中，由于催化劑從反應(yīng)器循環(huán)到再生器，又從再生器循環(huán)到反應(yīng)器，在此循環(huán)過程中，會將再生器中的煙氣攜帶到反應(yīng)器，混合到反應(yīng)產(chǎn)物中，最終進(jìn)入干氣里。因此，在干氣計量時，應(yīng)先求出混合干氣量，再減去非烴量。非烴量包括干氣中的全部非烴，即n2o2、co2 及 co等。3.1 混合干氣體積流量校正混合干氣一般用差壓流

14、量計計量。其節(jié)流裝置多為孔板。由于混合干氣是可以被壓縮的，因此，混合干氣的體積流量應(yīng)按下式校正： 式中：p實、t實、實分別為實際條件下混合干氣絕對壓力mpa、溫度k、密度kg/m3 p設(shè)、t設(shè)、設(shè) 分別為設(shè)計條件下混合干氣絕對壓力mpa、溫度k、密度kg/m3 v實、v表讀數(shù)分別為實際條件及設(shè)計條件下混合干氣的體積流量（以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為基礎(chǔ)），m3/h3.2 混合干氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0，0.1013mpa）下的密度計算混合干氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，是利用混合干氣的組成分析（體%）進(jìn)行計算求得的?；旌细蓺獾慕M成，是根據(jù)石油科學(xué)研究院分析方法在氣相色譜儀（gc）上分析得到的，其中包括精確的h2分析。 式中h

15、為混合干氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度 vi為混合干氣i組分所占的體% mi為混合干氣i組分的分子量 n為混合干氣的組分總數(shù)3.3 混合干氣的質(zhì)量流量 g混=v實 h ， kg/h 3.4 干氣的質(zhì)量流量干氣的質(zhì)量等于混合干氣質(zhì)量減去混合干氣中非烴質(zhì)量流量。 式中g(shù)ft 為混合干氣中非烴的質(zhì)量流量，kg/h vi 混合干氣中非烴組分之占混合干氣的體% mi 混合干氣中非烴組分的分子量 n 混合干氣中非烴組分總數(shù) g干氣= g混 gft kg/h3.5 干氣中各組分的質(zhì)量流量 式中g(shù)i 干氣中i組分的質(zhì)量流量 ， kg/h 3.6 例題 某干氣表的設(shè)計條件為：壓力0.7mpa(表)，40， 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度

16、1.036 kg / m3?，F(xiàn)實際條件為：壓力0.6mpa(表)，56，干氣表讀數(shù)為5500 m3 /h?；旌细蓺饨M成及計算過程見表。 3.6.1 混合干氣密度 混 = 2602.01/（22.4100） = 1.162 kg / m33.6.2 混合干氣體積流量較正 3.6.3 混合干氣質(zhì)量流量 g混 = 47401.162 = 5508 kg/h 3.6.4 非烴質(zhì)量流量 gft = 4731/22.4（13.19%293.73%442.46%28） = 1302 kg/h 3.6.5 干氣質(zhì)量流量 g干 = 55081302 = 4206 kg/h3.6.6 干氣中各組分的質(zhì)量流量見表。

17、 干氣計算結(jié)果組 分 vi（%） mi mivi mivi/mivi 質(zhì)量流量 （m%） （kg/h）h2 24.0 2 48 24 101n2+o2 13.19 29 382.51 ch4 11.89 16 190.24 9.6 404c2h6 6.65 30 199.5 10.0 422c2h4 7.19 28 201.32 10.1 425c3h8 3.20 44 140.8 7.1 296c3h6 16.31 42 685.02 34.6 1454i-c4h10 2.19 58 127.02 6.4 270n-c4h10 0.31 58 17.98 0.9 381- c4h8 i-c4

18、h8 1.33 56 74.48 3.7 156反-2-c4h8 0.72 56 40.32 2.0 84順-2-c4h8 0.43 56 24.08 1.2 51i-c5h12 0.53 72 38.16 1.9 80h2s 5.87 34 199.58 10.1 425 co2 3.73 44 164.12 - -co 2.46 28 68.88 - -合計 100.00 2602.01 100.0 42124 焦炭量計量計算 焦炭量的計算是根據(jù)主風(fēng)流量和干煙氣組成計算得到的。主風(fēng)流量一般以差壓式流量計測量。其節(jié)流裝置為文丘里管。干煙氣組成 分析是使用奧氏氣體分析儀進(jìn)行的。該方法簡便易行，

19、但需經(jīng)常注意o2和co分析溶液的質(zhì)量。目前已有在線co、co2 的紅外分析儀及氧分析儀，使用方便，同時可得到在線的干煙氣組成分析，不過應(yīng)定期使用co、co2 及o2的標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行儀器的標(biāo)定。其他使用的儀器分析還有氣相色譜儀。同時，從再生煙氣出口到分析儀之間的管線易被s、n化合物水溶液腐蝕，或被催化劑粉塵堵塞，應(yīng)予注意。4.1 主風(fēng)量校正 va 在實際條件下的濕主風(fēng)量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），m3/h q表讀數(shù) 在設(shè)計條件下的主風(fēng)表讀數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），m3/h p實、t實 分別為實際條件下主風(fēng)壓力（絕）mpa、溫度k p設(shè) 、t設(shè) 分別為設(shè)計條件下主風(fēng)壓力（絕）mpa、溫度k4.2 焦炭量計算使用煙氣組成求

20、焦炭量，需采用氮平衡將主風(fēng)流量計算為煙氣流量，考慮空氣分子濕度，求出干煙氣量。 k= cw+hw式中va校正后濕主風(fēng)量，m3/h co2、co、2 、n2干煙氣組成（體） n2=100co2coo2j（空氣分子濕度（kgmol ho/lkgmol干空氣）由表查得cw碳量，k/hw氫量，k/k焦碳量，k/4.3 煙風(fēng)比、耗風(fēng)指標(biāo)及總濕煙氣量的計算 煙風(fēng)比 耗風(fēng)指標(biāo) a / k 總濕煙氣量 4.4 實例已知干煙氣組成為co2=9.6%，co=10%，o2=0%；濕空氣流量10000nm3/h；j =0.03，求焦碳量。 k= 1001+116=1117kg/h5 汽油中氣體的計量穩(wěn)定汽油中氣體（一

21、般稱為油中氣）是指穩(wěn)定汽油中碳四以及更輕部分的含量，采用石油化工科學(xué)研究院分析方法，用氣相色譜（gc）分析，并以占穩(wěn)定汽油中的重量百分?jǐn)?shù)表示。 gi=g*wi/100 式中g(shù)i 油中氣中i組分的質(zhì)量，t或t/h wi 油中氣中i組分占穩(wěn)定汽油的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) g 穩(wěn)定汽油總量，t或t/h 第二節(jié) 物 料 平 衡 由于催化裂化裝置的進(jìn)料、催化劑和操作條件都在不斷地變化，因此有必要經(jīng)常進(jìn)行物料平衡計算。例如每周一次，并積累數(shù)據(jù)，以便對比及深入研究。對裝置的分析需要有可靠的數(shù)據(jù)，一般而言，合理的物料平衡數(shù)據(jù)（以重量為基準(zhǔn)）應(yīng)在98102%。1 確定物料平衡的系統(tǒng)在催化裂化物料平衡計算時，有二種系統(tǒng)可供選

22、擇（如圖1所示）。1.1反應(yīng)再生系統(tǒng)，以圖1所示的催化裂化反應(yīng)再生系統(tǒng)（內(nèi)環(huán)）為物料平衡系統(tǒng)。1.1.1 反應(yīng)再生系統(tǒng)物料平衡計算的優(yōu)點是可以隨時取得不同條件下的數(shù)據(jù)，而不需要等待產(chǎn)品回收系統(tǒng)（分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)等）達(dá)到平衡狀態(tài)；不需要考慮從其他裝置進(jìn)入產(chǎn)品回收系統(tǒng)（分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)等）的物流量和組成；不需要考慮產(chǎn)品切割點所引起的產(chǎn)品變化。1.1.2 反應(yīng)再生系統(tǒng)物料計算的缺點也較多： 取樣時可能發(fā)生泄漏； 測量氣體體積和液體產(chǎn)品重量困難；需要有經(jīng)驗的操作人員進(jìn)行試驗； 需要不同的試驗室進(jìn)行樣品分析；需要特殊的分析方法；較高的費用且不易經(jīng)常進(jìn)行。由于上述缺點，通過反應(yīng)再生系統(tǒng)的物料平衡計算方

23、法很少選用。1.2催化裂化全裝置作為物料平衡計算系統(tǒng)以 圖1所示的催化裂化全裝置為物料平衡系統(tǒng)（外環(huán)），是最常用的方法。1.2.1 方法的主要優(yōu)點是：方法簡便，不需要特別的取樣系統(tǒng)和計量系統(tǒng)；采用通常的運(yùn)行數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行物料平衡計算，因此可以隨時進(jìn)行。不需要特殊的費用。 圖1 催化裂化物料平衡系統(tǒng)1.2.2 方法的主要缺點是： 由于產(chǎn)品的分析與計量是從裝置出料取得的，即反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后出裝置時，方進(jìn)行分析與計量。因此，當(dāng)原料、催化劑、操作條件、產(chǎn)品切割方案等發(fā)生變化時，需等待一段時間，使反應(yīng)再生和產(chǎn)品回收系統(tǒng)都達(dá)到穩(wěn)定時，才能取得較為可靠的數(shù)據(jù)；由于從進(jìn)料到產(chǎn)品出裝置的過程較長

24、，各個塔、罐、容器的液面難免有波動（雖然在操作過程中是允許的），這些會影響物料平衡計算的準(zhǔn)確性；最后還必須考慮從其他裝置進(jìn)入產(chǎn)品回收系統(tǒng)的物流量和組成。為此，物料平衡計算的時間段，一般在812小時以上。2 進(jìn)、出物料的確定2.1 進(jìn)料：見圖1所示的催化裂化全裝置物料平衡計算系統(tǒng)圖。 凡是從這個計算系統(tǒng)圖外進(jìn)入系統(tǒng)的均為進(jìn)料，即凡是從催化裂化裝置外進(jìn)入催化裂化裝置的全部物流（除水蒸氣、水、空氣外）均為進(jìn)料。例如，有的物流進(jìn)入催化裂化裝置分餾或吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，其目的并不是為了進(jìn)行裂化反應(yīng)，而是進(jìn)行分離，在進(jìn)行催化裂化物料平衡計算時，也應(yīng)將其計入催化裂化裝置進(jìn)料中。2.2 出料：包括所有出裝置的產(chǎn)品及

25、在再生器燒去的沉積在催化劑上的焦碳。3 物料平衡計算方法3.1 物料平衡是指在某一時刻進(jìn)出催化裂化裝置的進(jìn)料和出料相等。但由于在某一時刻的計量難于準(zhǔn)確，因此，在進(jìn)行物料平衡計算時，采用一定的時間段（如812小時或更長），即規(guī)定計算的起始時間和終了時間。3.2 在物料平衡計算的時間段里，要有所有進(jìn)料與出料的計量數(shù)據(jù)。對于裂化原料的產(chǎn)品必須有整個時間段的計量數(shù)據(jù)，而對于非裂化進(jìn)料，則有可能只在其進(jìn)入催化裂化裝置的時間里有計量數(shù)據(jù)。3.3 凡在催化裂化裝置里循環(huán)的物流，均不列在物料平衡的進(jìn)料、出料中。例如回?zé)捰?、回?zé)捰蜐{、急冷油、提升干氣等。3.4 催化裂化物料平衡計算的目的，是了解裂化原料經(jīng)催化裂

26、化后所得產(chǎn)品的分布。因此，當(dāng)有非裂化原料（例如焦化富氣）進(jìn)入裝置時，因其產(chǎn)品與裂化產(chǎn)品混在一起，因此應(yīng)從各產(chǎn)品中扣除非裂化原料的相應(yīng)值，例如，應(yīng)從計量所得的h2c2、c3c4和c5+組分中，分別減去焦化富氣中的h2c2、c3c4和c5+組分，從而得到催化裂化原料裂化所得的h2c2、c3c4和c5+組分。3.5 油品計量采用油罐檢尺/輸油體積法時，在物料平衡計算時間段內(nèi)所使用的進(jìn)料或得到的產(chǎn)品，是使用該油罐前后檢尺量或輸油體積的差。當(dāng)采用流量計對油品、裂化氣、干氣、主風(fēng)進(jìn)行計量時，在物料平衡計算時間段內(nèi)所使用的進(jìn)料、得到的產(chǎn)品、焦碳等，均應(yīng)多次記錄及分析，進(jìn)行加權(quán)平均后求出實際數(shù)量。3.6 物料

27、平衡計算以質(zhì)量為基準(zhǔn)，并求出產(chǎn)品占新鮮裂化原料的重量百分?jǐn)?shù)。 產(chǎn)品占新鮮裂化原料的重量百分?jǐn)?shù)，總和應(yīng)在98102%之間。物料平衡計算有時也以體積為基準(zhǔn)，并求出產(chǎn)品（除干氣和焦炭外）占新鮮原料的體積百分?jǐn)?shù)，由于催化裂化的主要產(chǎn)品密度比原料輕，相應(yīng)體積較大，所以除干氣和焦炭外的產(chǎn)品體積百分?jǐn)?shù)之和大于100。3.7 根據(jù)不同的需要，物料平衡的表示方法有多種，其中三種最為常用。3.7.1 粗物料平衡：粗物料平衡是指按實際所得產(chǎn)品計算所得物料平衡，即按干氣、液態(tài)烴、穩(wěn)定汽油、輕柴油、焦碳等作為產(chǎn)物，但在有外裝置氣體（例如焦化富氣）進(jìn)入裝置時，無法分出干氣和液態(tài)烴，只得計作裂化氣。 3.7.2 細(xì)物料平衡

28、：由于有時干氣和液態(tài)烴的分離不好，且干氣和液態(tài)烴中不同組分有不同的用途，因此經(jīng)常做細(xì)物料平衡，即通過干氣和液態(tài)烴各組分的組成求出h2 c4各組分的產(chǎn)率。3.7.3 細(xì)物料平衡（考慮汽油中的氣體）：穩(wěn)定汽油作為一個產(chǎn)品，為了得到較高的質(zhì)量（如辛烷值等）和數(shù)量，壓入了不少碳四組分。為了了解穩(wěn)定汽油中有多少碳四組分，也常做細(xì)物料平衡。在做此細(xì)物料之前，先分析 汽油中碳四及比碳四輕的氣體含量，再將這些氣體組分歸并到干氣、液態(tài)烴相應(yīng)組分中，而干氣、液態(tài)烴中的碳五及更重的部分則并入汽油中。這時所做出的細(xì)物料平衡中，氣體是催化裂化所得的真實氣體量，但汽油是c5+汽油，不符合商用汽油的規(guī)格。3.8 催化裂化物

29、料平衡（以質(zhì)量為基準(zhǔn)）的歸一化在3.7節(jié)中所做的物料平衡（以質(zhì)量為基準(zhǔn)），列出了損失項，即產(chǎn)品和新鮮裂化原料的差。為了便于比較，在知道損失主要來源于原料的計量或不知道損失來源的情況下，假設(shè)損失是均勻分布在所有產(chǎn)品中，此時可將所有的產(chǎn)品產(chǎn)率歸一化，即使產(chǎn)品產(chǎn)率之和計算為100。3.9 調(diào)整汽油和輕柴油的切割點： 汽油和輕柴油的產(chǎn)率是與其沸點范圍（即切割點）密切相關(guān)的。在不同的生產(chǎn)季節(jié)、生產(chǎn)方案和生產(chǎn)裝置中，汽油和輕柴油的沸點范圍是不同的。為了便于比較，常常通過計算將它們的沸點范圍調(diào)整到相同范圍。一般將汽油的干點定在4300f(221)實沸點（tbp），輕柴油干點定在6500f（343）實沸點（t

30、bp）。但是一般的常規(guī)分析不包括實沸點蒸餾，而是進(jìn)行恩氏蒸餾分析。實沸點蒸餾數(shù)據(jù)一般是通過恩氏蒸餾數(shù)據(jù)估算的。調(diào)整干點的方法如下： l 輕柴油加穩(wěn)定汽油中430of+（221+）的組分，減去輕柴油中430of-（221-）的組分。再加上油漿（澄清油）中650of-(343-)的組分，減去輕柴油中650of+(343+)的組分，即為430of-650of （221-343）組分量。l 穩(wěn)定汽油加上輕柴油中430of-（221-）的組分，減去穩(wěn)定汽油中430of+（221+）的組分，減去穩(wěn)定汽油中 c5 的組分即為 c5 - 430of （c5-221）組分量。l 油漿（澄清油）加上輕柴油中650

31、of+(343+)的組分。減去油漿（澄清油）中650of-(343-)的組分即為 650of (343)組分量。將astm d-86恩氏蒸餾數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為tbp實沸點蒸餾數(shù)據(jù)的方法見附錄。3.8 例題某催化裂化裝置的進(jìn)料為減壓蠟油和減壓渣油，產(chǎn)品為干氣、液化石油氣、穩(wěn)定汽油、輕柴油、油漿和焦碳。該裝置有二個再生器，第一再生器中有取熱設(shè)施。求其物料平衡。催化裂化方法練習(xí)5 損失分析由上面敘述的物料平衡計算過程物料平衡是通過計量和計算得到的，同時催化裂化裝置也比較復(fù)雜，不僅包括反應(yīng)再生系統(tǒng)，還包括產(chǎn)品回收系統(tǒng)。為了得到較為可靠的物料平衡數(shù)據(jù)，盡量減少損失，應(yīng)注意以下幾個方面：全裝置是否處在穩(wěn)定、平衡運(yùn)

32、轉(zhuǎn)中；計量儀表、裝置是否按規(guī)定進(jìn)行校驗；進(jìn)出裝置的物料量是否沒有遺漏；盡可能同時采用較多的計量方法和計算方法，并互相對照； 采用瞬時流量計時應(yīng)盡可能多地取點（尤其是操作波動時），以便更具代表性；估計污水、污油等各處可能發(fā)生的損失，并盡可能地計量；為了減少系統(tǒng)誤差，盡可能地將計量時間段加長。 第三節(jié) 熱平衡計算方法 一個催化裂化裝置連續(xù)不斷地進(jìn)行自我調(diào)整，以達(dá)到熱平衡狀態(tài)。裝置熱平衡狀態(tài)既受裝置進(jìn)料質(zhì)量和數(shù)量、催化劑性質(zhì)、操作條件及設(shè)備狀況的影響，同時它又引起裝置操作條件、產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的變化。熱平衡是指裝置某一時點的狀況，它意味著在任一時點反應(yīng)器和再生器熱量的流動必須相等。簡單地說，通過在再生

33、器燃燒焦碳所產(chǎn)生的熱量，應(yīng)能足以提供：l 新鮮原料及回?zé)捰?、霧化蒸汽從它們?nèi)胩嵘苤盃顟B(tài)升溫、汽化到提升管出口的溫度、狀態(tài)所需要的熱量；l 催化裂化反應(yīng)熱；l 主風(fēng)從入再生器前的溫度升溫到再生器煙氣溫度所需要的熱量；l 進(jìn)入反應(yīng)再生系統(tǒng)的各種水蒸汽及其他物流升溫、汽化所需的熱量；l 反應(yīng)產(chǎn)物焦碳從反應(yīng)器汽提段到再生器升溫所需的熱量；l 從反應(yīng)器、再生器散熱到環(huán)境所需的熱量；l 其他熱量，如焦碳脫附熱等。l 當(dāng)催化裂化反應(yīng)所生成的焦碳過多時，還包括從再生器取出的熱量。 熱平衡計算也必須根據(jù)其目的，選擇熱平衡系統(tǒng)，一般包括反應(yīng)再生系統(tǒng)；再生系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)三部分，如圖2。 通過熱平衡計算，可以了解

34、：l 所選系統(tǒng)熱量分布狀況；l 催化劑在反應(yīng)器、再生器之間的循環(huán)量和劑油比；l 催化裂化反應(yīng)熱。 圖2 反應(yīng)-再生熱平衡系統(tǒng) 在催化裂化過程中，存在原料催化裂化反應(yīng)和反應(yīng)所生成焦碳的燃燒反應(yīng)，這二個反應(yīng)所需要和供給的熱量，是熱平衡中的重要部分。雖然上述二個反應(yīng)各是在某一溫度范圍內(nèi)發(fā)生的，但由于在任何二狀態(tài)間熱量的變化與過程路徑無關(guān)，因此為簡化計算，必須確定反應(yīng)的基準(zhǔn)溫度。在催化裂化熱平衡計算中，裂化反應(yīng)溫度定為提升管出口溫度，燒焦溫度定為再生器煙氣溫度。如有二個再生器，則在某一再生器所燒焦的溫度，為該再生器的煙氣溫度。1 熱平衡計算方法簡述熱平衡計算方法有多種，目前有二種使用較多，其區(qū)別處為：

35、1.1. 裂化反應(yīng)所生成的焦炭被吸附在催化劑上，而在再生時被吸附在催化劑上的焦碳被解吸而后燃燒。這部分焦碳吸附熱和脫附熱在數(shù)值上相等，但在處理上有不同： 埃索研究工程公司在上世紀(jì)5060年代，將焦炭吸附熱和脫附熱定為焦炭燃燒總放熱的11.5%。另有報道，焦碳脫附熱按3372.7kj/kg焦（805.6kcal/kg焦）計算。近來國外有文獻(xiàn)未單獨考慮焦炭吸附熱和脫附熱，而在再生器方面使用輻射熱及其他熱損失（radiation and miscellaneous losses），占焦碳總?cè)紵?7%。在反應(yīng)器方面，僅考慮反應(yīng)系統(tǒng)熱損失。1.2 熱損失熱損失應(yīng)按實際測定計算。但實際測定較為復(fù)雜且不易

36、可靠，因此可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。1.2.1埃索研究工程公司給出再生器表面積熱損失系數(shù)約為11354.6kj/m2h（2712kcal/ m2h）或按582kj/kg碳（139kcal/kg碳）估算。反應(yīng)系統(tǒng)熱損失為46.56kj/kg碳（11.12kcal/kg碳）。1.2.2文獻(xiàn)報道：再生系統(tǒng)方面，輻射熱及其他熱損失占焦碳總?cè)紵裏艧崃康?7%；反應(yīng)系統(tǒng)方面，熱損失占催化劑從再生器帶到反應(yīng)器熱量的2.5%。1.2.3文獻(xiàn)報道：再生器汽提段熱損失占焦碳燃燒總放熱量的4%。反應(yīng)系統(tǒng)熱損失占催化劑從再生器帶到反應(yīng)器熱量的2%。 由上可見，熱平衡計算方法的原理相同，但對一些數(shù)據(jù)的處理不同，如焦炭吸

37、附熱、熱損失等。因此，在對裝置熱平衡進(jìn)行計算和比較時，應(yīng)注意采用相同的計算方法和數(shù)值選取。2 熱平衡計算的二種方法2.1 方法一（根據(jù)文獻(xiàn)報道）2.1.1再生系統(tǒng)熱平衡計算2.1.1.1入方 焦炭和燃燒油燃燒總放熱q入 ,mw1kg碳生成co2 的燃燒熱為33.913mj（8100 kcal）；1kg碳生成co 的燃燒熱為10.258mj（2450 kcal）；1kg氫生成h2o(氣相)的燃燒熱為119.743mj(28600kcal)。q入 =cw33.913co2 /（coco2）10.258co/（coco2）119.743hw/（3.6103） 2.1.1.2出方 主風(fēng)升溫?zé)幔òㄖ黠L(fēng)

38、中的水蒸氣）q 1 , mw 式中 1.409干空氣體積比熱，kj/m3（0.3366kcal/m3 ） 1.683水蒸氣體積比熱，kj/m3（0.402kcal/m3） 再生器各處注入水蒸氣升溫?zé)醧 2 ，mw 式中 2.093水蒸氣重量比熱，kj/kg（0.5kcal/kg） 通過內(nèi)外取熱器從再生器取走的熱量q 3 ， mw 焦碳升溫?zé)?q4 ,mw 式中 2.093焦碳比熱，kj/kg（0.5 kcal/kg） 輻射熱及其他熱損失 q5 ,mw 一般為焦碳總?cè)紵裏幔╭入）的57%q5 =（57%）q入 給催化劑的凈熱 qc , mw qc = q入q1q2q3q4q5 催化劑循環(huán)量 gc

39、 , t/h2.1.2反應(yīng)系統(tǒng)熱平衡計算 2.1.2.1入方 催化劑從再生器帶到提升管的熱量，即qc , mw 2.1.2.2出方 油品升溫?zé)醧7 , mw 此處所指的油品是指所有進(jìn)入提升管的油品（如總新鮮原料、回?zé)捰?、回?zé)捰蜐{、急冷油及提升干氣等）。 油品升溫?zé)嶂杆杏推窂倪M(jìn)入提升管前的狀態(tài)升溫汽化到提升管出口狀態(tài)（溫度，氣相）所需要的熱量。 q7 = （hv1hl1）g6（hv2hl2）g7（hv3hl3）g8（hv4hl4）g9g102.93（t6-t16）/（3.6103） 式中 2.93干氣比熱 ，kj/kg （0.7 kcal/kg） 注入提升管水蒸氣升溫?zé)?q8， mw 式中 2

40、.093水蒸氣比熱，kj/kg （0.5 kcal/kg） 反應(yīng)系統(tǒng)熱損失 q9, mw q9 = 2.5%qc 反應(yīng)熱 q10 , mw q10 = qcq7q8q9 kj/kg2.1.3反應(yīng)再生系統(tǒng)熱平衡計算 2.1.3.1入方 焦炭和燃燒油燃燒總放熱q入 2.1.3.2出方 主風(fēng)升溫?zé)醧1 水蒸氣升溫?zé)醧2+q8 通過內(nèi)外取熱器從再生器取走的熱量q3 焦炭升溫?zé)醧4 輻射熱及其他熱損失q5+q9 油品升溫?zé)醧7反應(yīng)熱q102.2方法二 2.2.1再生系統(tǒng)熱平衡計算 2.2.1.1入方 q入 2.2.1.2出方 主風(fēng)升溫?zé)醧1 再生器各處注入水蒸氣升溫?zé)醧2，mw通過內(nèi)外取熱器從再生器取走

41、的熱量q 3， mw焦碳升溫?zé)?q4 , mw 焦炭解吸熱q6 ,mw q6 = 11.5%q入 再生系統(tǒng)散熱損失 q6, mw 給催化劑的凈熱qc,mw qc= q入q1q2q3q4q6q6催化劑循環(huán)量 gc,t/h2.2.2 反應(yīng)系統(tǒng)熱平衡計算 2.2.2.1 入方 ： qc+ q6 反應(yīng)時焦炭吸附熱 = 再生時焦炭脫附熱q6 2.2.2.2 出方： q7 ,mw q8 , mw q9, mw mw反應(yīng)熱q10, mwq10= qc+q6（q7+q8+q9），mw單位新鮮原料反應(yīng)熱（q10*3.6*106）/(g6*103) kj/kg2.2.3 反應(yīng)再生系統(tǒng)熱平衡計算 2.2.3.1 入

42、方 q入 , mw 2.2.3.2 出方 q1 , mw q2+q8 , mw q3 , mw q4 , mw 散熱損失 q6+q9, mw q7 , mw q10, mw3 反應(yīng)再生系統(tǒng)熱平衡計算結(jié)果 3.1 反應(yīng)再生系統(tǒng)熱量分布表（方法一） 再生 系統(tǒng) 反應(yīng) 系統(tǒng)反 應(yīng)再生 系 統(tǒng) mw %mw%mw%入方 燒焦放熱q入qcq入出方 主風(fēng)升溫?zé)醧1q1 焦炭升溫?zé)醧4q4 水蒸氣升溫?zé)醧2q8q2+q8 輻射及散熱q5q9q5+q9 內(nèi)外取熱q3q3 油升溫?zé)醧7q7 反應(yīng)熱q10q10 給催化劑凈熱qc 合計3.2 反應(yīng)再生系統(tǒng)熱量分布表（方法二） 再 生 系 統(tǒng) 反 應(yīng) 系 統(tǒng)反應(yīng)再

43、生 系 統(tǒng) mw %mw%mw%入方 燒焦放熱q入qcq入出方 主風(fēng)升溫?zé)醧1q1 焦炭升溫?zé)醧4q4 水蒸氣升溫?zé)醧2q8q2+q8 焦炭脫附熱q6 焦炭吸附熱 q6 內(nèi)外取熱q3q3 散熱損失q6q9q6+q9 油升溫?zé)醧7q7 反應(yīng)熱q10q10 給催化劑凈熱qc 合計3.3 當(dāng)反應(yīng)再生系統(tǒng)中有二個再生器和一個反應(yīng)器熱平衡計算方法基本同上，計算時將二個再生器當(dāng)成一個再生器處理。3.4 催化劑循環(huán)量和反應(yīng)熱4 例題5 符號說明cw焦炭和燃燒油中碳量，kg/h hw焦炭和燃燒油中氫量，kg/h va主風(fēng)量，m3/hco、co2分別為干煙氣組成中的co%、co2%（v）j（空氣分子濕度（kgm

44、ol ho/lkgmol干空氣）由附錄表查得cp催化劑比熱，kj/kg, 對原有催化劑為1.097kj/kg (0.262kcal/kg)t1再生煙氣出口溫度，t2主風(fēng)入再生器溫度，t3入再生器水蒸氣溫度，t4待生催化劑入再生器溫度，t5催化劑出再生器溫度，t6提升管出口溫度，t7入提升管水蒸氣溫度，t8入汽包（內(nèi)外取熱系統(tǒng)）水的溫度，t9汽包外排污水的溫度，t10內(nèi)外取熱系統(tǒng)發(fā)生蒸汽溫度，t11內(nèi)外取熱系統(tǒng)控制發(fā)生蒸汽溫度注入水的溫度，t12新鮮原料油入提升管前溫度，t13回?zé)捰腿胩嵘芮皽囟?，t14-回?zé)捰蜐{入提升管前溫度，t15急冷油/其他入提升管油品入提升管前溫度，t16提升干氣入提升

45、管前溫度，g1入再生器水蒸氣量，t/hg2汽包外排污水量，t/hg3入汽包總水量，t/hg4內(nèi)外取熱系統(tǒng)控制發(fā)生蒸汽溫度注入水量，t/hg5注入提升管水蒸氣量，t/hg6新鮮原料量，t/hg7回?zé)捰土?，t/hg8回?zé)捰蜐{量，t/hg9急冷油/其他入提升管油品量，t/hg10提升干氣量，t/hd1、d2、d3、d4、分別為新鮮原料油、回?zé)捰汀⒒責(zé)捰蜐{和急冷油的密度，kg/ m3k1、k2、k3、k4、分別為新鮮原料油、回?zé)捰?、回?zé)捰蜐{和急冷油的特性因數(shù)hv1、hv2、hv3、hv4分別為新鮮原料油、回?zé)捰?、回?zé)捰蜐{和急冷油在提升管出口溫度t6時氣相焓，kj/kghl1、hl2、hl3、hl4分別

46、為新鮮原料油、回?zé)捰汀⒒責(zé)捰蜐{和急冷油在入提升管前溫度t12時液相焓，kj/kg第四節(jié) 元素平衡1 氫平衡1.1 氫含量的測定和計算1.1.1裂化氣（干氣和液化氣）：裂化氣由較小的碳?xì)浠衔锝M成，且裂化氣組成分析是催化裂化過程的常規(guī)分析，因此裂化氣的氫含量可以通過裂化氣的組成和裂化氣各組分氫含量計算得到。h=hi*wi其中： h 裂化氣氫含量，重量 hi 裂化氣中i組分氫含量，重量 wi 裂化氣中i組分的重量裂化氣各組分的氫含量見附錄表。1.1.2油品： 油品的氫含量可以通過試驗測得，如果沒有試驗條件，也可以使用經(jīng)驗圖表或公式代替。1.1.2.1試驗分析：1.1.2.1.1 重量法 試驗時，把

47、盛有一定量油樣的瓷舟放在燃燒管里，通人氧氣，在800溫度下使樣品充分燃燒。為了使樣品完全燃燒成水和二氧化碳，燃燒管中還要填充適當(dāng)?shù)难趸瘎?，如線狀氧化銅等。燃燒生成的水和二氧化碳分別用吸水劑和二氧化碳吸收劑吸收。最后根據(jù)吸收劑的增重計算樣品中碳和氫的百分含量。 1.1.2.1.2 碳、氫、硫、氮元素儀分析法 使用碳、氫、硫、氮元素儀分析元素時所需要的樣品量很少，往往只需要若干毫克,，分析速度也很快。試樣的燃燒過程和重量法相近，然后使用熱導(dǎo)檢測氣相色譜儀或其他分析儀器檢測燃燒產(chǎn)物，經(jīng)計算求得樣品中碳、氫、硫、氮各元素的百分含量。 1.1.2.2經(jīng)驗公式和圖表法： 1.1.2.2.1圖表法：這一方法

48、僅利用油品的常規(guī)分析，就可以求出輕重油品的氫含量。催化裂化過程的常規(guī)分析如附錄表。 通過附錄 圖，用油品的astm蒸餾數(shù)據(jù)和比重求得石油餾份的特性因素k、分子量、苯胺點和碳?xì)渲亓勘龋部梢杂闷渲腥我舛€性質(zhì)數(shù)據(jù)求得其他的性質(zhì)數(shù)據(jù)。對于高沸點石油餾份，一般蒸餾數(shù)據(jù)難以測得，而在一般的試驗室都可以測得運(yùn)動粘度，使用運(yùn)動粘度和比重，在附錄圖中可求出高沸點石油餾份的分子量。對于高沸點石油餾份，有時也可測得苯胺點和比重，然后使用附錄圖求得高沸點石油餾份的特性因素k、分子量和碳?xì)渲亓勘?.1.2.2.2經(jīng)驗公式法:(1) 輕油品的常規(guī)分析中有密度和恩氏蒸餾數(shù)據(jù)，計算軽油品氫含量可用：汽油 式中 hw - 汽油氫含量， kuop k值 t中平均沸點，k。用此公式計算催化裂化汽油含氫量，