催化裂化歷史的回

1、1 催化裂化歷史的回顧催化裂化的研究可以追溯到19世紀90年代，當時Gulf石油公司的煉油界先驅(qū)者McAfee在實驗室發(fā)現(xiàn)采用三氯化鋁作催化劑可以促進裂化反應，從而提高汽油產(chǎn)率。Gulf石油公司據(jù)此于1915年建立了第一套工業(yè)化裝置，可能是由于催化劑昂貴以及回收困難等原因而沒有在工業(yè)上廣泛采用。采用固體酸性催化劑的Houdry催化裂化工藝的開發(fā)是煉油技術中的一個空前成就。這一成果很快引起一些大的石油公司的注意。當時美國的Vacuum石油公司（即后來的Mobil公司）將Houdry工程師從法國請來組建了HPC公司（Houdry),并于1931年在Paulsboro煉廠建成3500t/a的中型裝置

2、，取得了工業(yè)化數(shù)據(jù)。1936年4月6日，第一套100kt/a的固定床催化裂化工業(yè)裝置在Paulsboro開始運轉(zhuǎn)，這是具有歷史意義的事件。圖1-1 固定床催化裂化反應原則流程圖固定床催化裂化存在一系列無法克服的缺點：設備結構復雜，操作繁瑣，控制困難。為克服固定床工藝的缺點，實現(xiàn)催化劑在反應和再生操作之間的循環(huán)，移動床催化裂化工藝應運而生。圖1-2 移動床催化裂化反應原則流程圖1.1 中國催化裂化技術的發(fā)展我國的催化裂化技術是新中國建立以后發(fā)展壯大起來的。第一套移動床催化裂化裝置是由前蘇聯(lián)設計并于1958年投產(chǎn)的,1964年建成第二套，僅此兩套，而且這兩套裝置在80年代都已改成流化催化裂化裝置。

3、1965年5月5日，我國第一套流化催化裂化裝置在撫順石油二廠建成投產(chǎn)，處理量為0.6Mt/a，兩器型式采用同高并列式。有了這從無到有的飛躍，以后的大力發(fā)展更是非常之快，在兩套0.6Mt/a同高并列式裝置投產(chǎn)之后，立即開始了1.2Mt/a帶有管式反應器的三器流化循環(huán)、具有創(chuàng)造性的催化裂化裝置設計，并于1967年在齊魯石化公司煉油廠投產(chǎn)。圖1-3 流化床催化裂化反應原則流程圖1.2 產(chǎn)品的地位催化裂化提供的產(chǎn)品有汽油組分、輕柴油（輕循環(huán)油）組分和液化石油氣等。在國外，大多數(shù)裝置按多產(chǎn)汽油的方案生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化率在75%80%，只是根據(jù)季節(jié)變化略作調(diào)整，汽油產(chǎn)率50%（重）左右。如果把液化氣中的丁烯全部烷

4、基化，不足的異丁烷外購或從加氫裂化裝置提供，那么還可生產(chǎn)相當?shù)耐榛妥鳛楦咝镣橹到M分，兩者合計可達催化裂化原料的60%65%（重），稱為催化裂化的潛在汽油產(chǎn)率。今后隨著高辛烷值汽油需求比例的增加，催化裂化汽油和潛在汽油所占比重還將上升。1.3 催化裂化關鍵設備催化裂化裝置設備較多，本節(jié)只介紹幾個主要設備。 提升管反應器及沉降器.1 提升管反應囂提升管反應器是進行催化裂化化學反應的場所，是本裝置的關鍵設備。隨裝置類型不同 提升管反應器類型不同，常見的提升管反應器類型有兩種：(1)直管式：多用于高低并列式提升管催化裂化裝置，示意圖見圖1-4。(2)折疊式：多用于同軸式和由床層反應器改為提升管的

5、裝置示意圖見圖1-5。圖1-4 直管式提升管反應器及沉降器示意圖 圖1-5 提升管預提升段提升管反應器是一根長徑比很大的管子，長度一般為3036米，直徑根據(jù)裝置處理量決定，通常以油氣在提升管內(nèi)的平均停留時間14秒為限確定提升管內(nèi)徑。由于提升管內(nèi)自下而上油氣線速不斷增大，為了不使提升管上部氣速過高，提升管可作成上下異徑形式。在提升管的側(cè)面開有上下兩個(組)進料口，其作用是根據(jù)生產(chǎn)要求使新鮮原料、回煉 油和回煉油漿從不同位置進入提升管，進行選擇性裂化。進料口以下的一段稱預提升段，其作用是：由提升管底部吹入水蒸氣(稱預 提升蒸汽)，使由再生斜管來的再生催化劑加速，以保證催化劑與原料油相遇時均勻接觸。

6、 這種作用叫預提升。為使油氣在離開提升管后立即終止反應，提升管出口均設有快速分離裝置，其作用是使油氣與大部分催化劑迅速分開。快速分離器的類型很多，常用的有：傘帽型，倒L型、T型、粗旋風分離器、彈射快速分離器和垂直齒縫式、快速分離器。(如圖16中a、b、c、d、e、f所示)。圖1-6 快速分離裝置類型示意圖為進行參數(shù)測量和取樣，沿提升管高度還裝有熱電偶管、測壓管、采樣口等。除此之外，提升管反應器的設計還要考慮耐熱，耐磨以及熱膨脹等問題。為進行參數(shù)測量和取樣，沿提升管高度還裝有熱電偶管、測壓管、采樣口等。除此之外，提升管反應器的設計還要考慮耐熱，耐磨以及熱膨脹等問題。.2沉降器沉降器是用碳鋼焊制成

7、的圓筒形設備，上段為沉降段，下段是汽提段。沉降段內(nèi)裝有數(shù)組旋風分離器，頂部是集氣室并開有油氣出口。沉降器的作用是使來自提升管的油氣和催化劑分離，油氣經(jīng)旋風分離器分出所夾帶的催化荊后經(jīng)集氣室去分餾系統(tǒng)；由提升管快速分 離器出來的催化劑靠重力在沉降器中向下沉降，落入汽提段。汽提段內(nèi)設有數(shù)層人字擋板和蒸汽吹入口，其作用是將催化劑夾帶的油氣用過熱水蒸氣吹出(汽提)，并返回沉降段，以便減少油氣損失和減小再生器的負荷。沉降器多采用直筒形，直徑大小根據(jù)氣體(油氣、水蒸氣)流率及線速度決定，沉降段線速一般不超過0.50.6米秒。沉降段高度由旋風分離器科腿壓力平衡所需料腿長度和所需沉降高度確定，通常為912米。

8、汽提段的尺寸一般由催化劑循環(huán)量以及催化劑在汽提段的停留時間決定，停留時間一般是1.53分鐘。 再生器再生器是催化裂化裝置的重要工藝設備，其作用是為催化劑再生提供場所和條件。它的結構形式和操作狀況直接影響燒焦能力和催化劑損耗。再生器是決定整個裝置處理能力的關鍵設備。圖17是常規(guī)再生器的結構示意圖。再生器由簡體和內(nèi)部構件組成。.1筒體再生器筒體是由A3碳鋼焊接而成的，由于經(jīng)常處于高溫和受催化劑顆粒沖刷，因此筒體內(nèi)壁敷設一層隔熱、耐磨樹里以保護設備材質(zhì)。筒體上部為稀相段，下部為密相段，中間變 徑處通常叫過渡段。1)密相段。密相段是待生催化劑進行流化和再生反應的主要場所。在空氣(主風)的作用下，待生催

9、化劑在這里形成密帽流化床層，密相床層氣體線速度一般為O.61.O米秒，采用較低氣速叫低速床，采用較高氣速稱為高速床。密相段直徑大小通常由燒焦所能產(chǎn)生的濕煙氣量(可計算得到)和氣體線速度確定。密相段高度一般由催化劑藏量和密相段催化劑密度確定，一般為67米。2)稀相段。稀相段實際上是催化劑的沉降段。為使催化劑易于沉降，稀相段氣體線 速度不能太高，要求不大于0.60.7米秒，因此，稀相段直徑通常大于密相段直徑。稀相段高度應由沉降要求和旋風分離器料腿長度要求確定，適宜的稀相段高度是911米。圖1-7 再生器結構示意圖 圖1-8 旋風分離器示意圖.2 旋風分離器旋風分離器是氣固分離并回收催化劑的設備，它

10、的操作狀況好壞直接影響催化劑耗量大小，是催化裂化裝置中非常關鍵的設備。圖18是旋風分離器示意圖。旋風分離器由內(nèi)圓柱筒、外圓柱筒、圓錐筒以及灰斗組成?；叶废露伺c料腿相連，料腿出口裝有翼閥。旋風分離器的類型很多，常用的有杜康型，布埃爾型，PV型旋風分離器是我國新研制出的一種高效旋風分離器。旋風分離器的作用原理都是相同的，攜帶催化劑顆粒的氣流以很高的速度(1525米秒)從切線方向進入旋風分離器，并沿內(nèi)外圓柱筒間的環(huán)形通道作旋轉(zhuǎn)運動，使固體顆粒產(chǎn) 生離心力，造成氣固分離的條件，顆粒沿錐體下轉(zhuǎn)進入灰斗，氣體從內(nèi)圓柱筒排出，灰斗、料腿和翼閏都是旋風分離器的組成部分。灰斗的作用是脫氣，即防止氣體被催化 劑帶

11、入料腿；料腿的作用是將回收的催化劑輸送回床層，為此，料腿內(nèi)催化劑應具有一定的料面高度以保證催化劑順利下流，這也就是要求一定料腿長度的原因；翼閥的作用是密封，即允許催化劑流出而阻止氣體倒竄。翼閥的結構如圖19所示。圖1-9 翼閥結構圖.3 主風分布管主風分布管是再生器的空氣分配器，作用是使進入再生器的空氣均勻分布，防止氣流趨 向中心部位，以形成良好的流化狀態(tài)，保證氣固均勻接觸，強化再生反應。圖110為分布管結構示意圖。 (a)-同心圓式；(b)-樹枝式；(c)-噴嘴圖1-10 分布管結構示意圖.4 輔助燃燒室輔助燃燒室是一個特殊形式的加熱爐，設在再生器下面(可與再生器連為一體，也可分 開設置)，

12、其作用是開工時用以加熱主風使再生器升溫，緊急停工時維持一定的降溫速度。 正常生產(chǎn)時輔助燃燒室只作為主風的通道。其結構形式有立式和臥式兩種。圖111是立式輔助燃燒室結構簡圖。圖1-11 立式輔助燃燒室 單動滑閥及雙動滑閥.1 單動滑閥單動滑閥用于床層反應器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化裝置。對提升管催化裂化裝置，單動滑閥安裝在兩根輸送催化劑的斜管上，其作用是：正常操作對用來調(diào)節(jié)催化劑 在兩器間的循環(huán)量，出現(xiàn)重大事故時用以切斷再生器與反應沉降器之間的聯(lián)系，以防造成更 大事故。運轉(zhuǎn)中，滑閥的正常開度為4060%。單動滑閥結構見圖114。圖1-12 單動滑閥結構示意圖（側(cè)剖視）.2 雙動滑閥雙動滑

13、闖是一種兩塊閥扳雙向動作的超靈敏調(diào)節(jié)閥，安裝在再生囂出口管線上(煙囪)，其作用是調(diào)節(jié)再生器的壓力，使之與反應沉降器保持一定的壓差。設計滑閥時，兩塊閥板都 留一缺口，即使滑閥全關時，中心仍有一定大小的通道，這樣可避免再生器超壓。圖115是雙動滑閥結構示意圖。圖1-13 雙動滑閥結構示意圖（上視圖） 取熱器為保證能化裂化裝置的正常運轉(zhuǎn)，維持反應再生系統(tǒng)的熱量平衡是至關重要的。通常以餾分油為原料時，反應再生系統(tǒng)能基本維持熱量平衡；但加工重質(zhì)原料時，生焦率大，會使再生器提供的熱量超過兩器熱平衡的需要，必須設法取出再生器的過剩熱量。再生器的取熱方式有內(nèi)、外取熱兩種，各有特點，但原理都是利用高溫催化劑與水換熱 產(chǎn)生蒸汽達到取熱的目的。內(nèi)取熱是直接在再生器內(nèi)加設取熱管，這種方式投資少，操作簡便，傳熱系數(shù)高。但發(fā) 生故障時只能停工檢修，另外，取熱量可調(diào)范圍小。外取熱是將高溫催化劑引出再生器，在取熱器內(nèi)裝取熱水套管，然后再將降溫后的催化 劑送回再生器，如此達到取熱目的。外取熱器具有熱量可調(diào)范圍大、操作靈活和維修方便等 優(yōu)點。外取熱器又分上流式和下流式兩