催化裂化反再系統(tǒng)培訓(xùn)-資料

1、催化裂化反再系統(tǒng)培訓(xùn)2009年7月第一部分概述概述 催化裂化，就是將原油蒸餾或其他石油煉制過程中所得的重質(zhì)餾分油，在高溫、一定壓力和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生一系列裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦蓺?、液化氣、汽油和柴油等產(chǎn)品的石油煉制過程。概述催化裂化是目前我國最重要的二次加工工藝，是最重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化過程之一，在汽油和柴油等輕質(zhì)油品的生產(chǎn)中占有很重要的地位。原料: 重質(zhì)餾分油，主要是直餾減壓餾分油（VGO），焦化重餾分油（CGO）；還有常壓渣油（AR）、減壓渣油（VR）、脫瀝青油（DAO）等 第二部分催化裂化反應(yīng)特點(diǎn)催化裂化是在催化劑的作用下，原料在反應(yīng)期內(nèi)與高溫催化劑接觸，瞬間汽化并裂化成產(chǎn)品。催化劑

2、：能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)催化劑的催化作用：改變化學(xué)反應(yīng)的速度催化裂化反應(yīng)催化裂化進(jìn)料分解氣體和輕油縮合 沉積在催化劑上催化劑活性下降燒焦再生催化劑恢復(fù)活性催化裂化特征烴類在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)循環(huán)使用催化裂化反應(yīng)類型 (1)裂化反應(yīng) 催化裂化的主要反應(yīng)是裂化反應(yīng)，反應(yīng)速度快。各類烴的裂化反應(yīng)規(guī)律：烷烴：分子中間C-C鍵斷裂，分子越大，越易斷裂;碳數(shù)相同的鏈狀烴中，異構(gòu)比正構(gòu)易反應(yīng)烯烴：與烷烴類似，速度比烷烴高得多環(huán)烷烴：斷側(cè)鏈和開環(huán)芳烴：?jiǎn)苇h(huán)只能斷三個(gè)C以上的側(cè)鏈，不能開環(huán)。稠環(huán)都斷根部。 (2)、異構(gòu)化反應(yīng)分子量不變，分子結(jié)構(gòu)改變的反應(yīng)骨架異構(gòu)：五員環(huán)六員環(huán)；正構(gòu)異構(gòu)

3、烯烴的鍵位移：雙鍵位置的變化 空間結(jié)構(gòu)改變：空間位置變形 (3)氫轉(zhuǎn)移氫從一個(gè)分子加到另一個(gè)烯烴分子上使之飽和，但是伴隨著氫轉(zhuǎn)移的反應(yīng)便是大分子烯烴、環(huán)烷烴和芳烴的縮合的反應(yīng)，其反應(yīng)結(jié)果是生成焦炭 (4)芳構(gòu)化反應(yīng)鏈烴成環(huán)反應(yīng)： 烷烴 烯烴 環(huán)烴 芳烴 (5)疊合反應(yīng) 烯烴+烯烴大分子烯烴 (6)烷基化反應(yīng) 烯烴與芳烴的加和，烯烴主要加在稠環(huán)芳烴上，進(jìn)一步脫氫生成焦炭。催化裂化反應(yīng)步驟研究表明，催化裂化反應(yīng)屬于氣-固非均相催化反應(yīng) 氣-固非均相催化反應(yīng)過程- 七個(gè)步驟 外擴(kuò)散 原料分子由主氣流擴(kuò)散到催化劑外表面 內(nèi)擴(kuò)散 原料分子由催化劑外表面擴(kuò)散到內(nèi)表面 吸附 原料分子在催化劑內(nèi)表面吸附 反應(yīng)

4、 原料分子反應(yīng)生成產(chǎn)物 脫附 產(chǎn)物分子從催化劑內(nèi)表面脫附 內(nèi)擴(kuò)散 產(chǎn)物分子從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面 外擴(kuò)散 產(chǎn)物分子由催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流構(gòu)成表面化學(xué)反應(yīng)FCC反應(yīng)的控制步驟反應(yīng)先決條件催化劑上的微孔模型反應(yīng)特點(diǎn)1、各類烴之間的競(jìng)爭(zhēng)吸附和對(duì)反應(yīng)的阻滯作用從以上分析看出，吸附能力強(qiáng)的烴分子將首先占據(jù)催化劑活性中心進(jìn)行反應(yīng)。但若吸附能力強(qiáng)，反應(yīng)能力卻差，則會(huì)阻礙其它烴分子反應(yīng)。在一定反應(yīng)條件下，各種烴類在催化劑上的吸附能力和反應(yīng)能力有很大差別吸附能力： 稠環(huán)芳烴稠環(huán)環(huán)烷烴烯烴單烷基側(cè)鏈單芳環(huán)烷烴烷烴 反應(yīng)能力： 烯烴大分子單烷基側(cè)鏈單芳異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴正構(gòu)烷烴稠環(huán)芳烴稠環(huán)芳烴吸附力最強(qiáng)，反應(yīng)

5、速率最差，易生焦，不是理想催化原料。環(huán)烷烴吸附力和反應(yīng)速率都不錯(cuò)，是催化比較理想的原料。 2、催化裂化催化裂化過程另一特點(diǎn)就是該過程是一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)過程。反應(yīng)可同時(shí)向幾個(gè)方向進(jìn)行，中間產(chǎn)物又可繼續(xù)反應(yīng)，這種反應(yīng)屬于平行-順序反應(yīng)。 平行-順序反應(yīng)的重要特征重質(zhì)油 中間餾分 汽油 氣體 縮合產(chǎn)物 焦炭提升管內(nèi)催化反應(yīng)有一次反應(yīng)和二次反應(yīng)。一次反應(yīng)完成的初產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)行二次反應(yīng)。有利的：烯烴異構(gòu)化、烯烴和烷烴氫轉(zhuǎn)移生成穩(wěn)定的烷烴和芳香烴。不利的：烯烴分解成干氣、丙稀和丁烯氫轉(zhuǎn)移飽和、烯烴和高分子芳烴縮合成焦。平行-順序反應(yīng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是反應(yīng)深度對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率分配有重大影響。隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化率提高

6、，氣體和焦炭產(chǎn)率一直增加。汽油產(chǎn)率開始時(shí)增加，經(jīng)過一最高點(diǎn)后又下降。這是因?yàn)榈揭欢ǚ磻?yīng)深度后，汽油分解成氣體的反應(yīng)速度超過汽油的生成速度，即二次反應(yīng)速度超過了一次反應(yīng)速度。因此要根據(jù)原料的特點(diǎn)選擇合適的轉(zhuǎn)化率，這一轉(zhuǎn)化率應(yīng)選擇在汽油產(chǎn)率最高點(diǎn)附近。 第三部分催化裂化反應(yīng)基本概念和影響因素催化裂化反應(yīng)重要參數(shù)1、單程轉(zhuǎn)化率與總轉(zhuǎn)化率催化裂化的反應(yīng)深度用轉(zhuǎn)化率表示。若以原料油為100，則： 100-未轉(zhuǎn)化的原料 轉(zhuǎn)化率（W）= -100% 100 式中“未轉(zhuǎn)化的原料”中指沸程與原料相當(dāng)?shù)哪遣糠钟土?，?shí)際上它的組成及性質(zhì)已不同于新鮮原料。由于未轉(zhuǎn)化的原料在生產(chǎn)中很難確定，所以在科研和生產(chǎn)中常用下式表

7、示轉(zhuǎn)化率： 轉(zhuǎn)化率=氣體產(chǎn)率+汽油產(chǎn)率+焦炭產(chǎn)率工業(yè)上為了提高輕質(zhì)油收率，經(jīng)常采用回?zé)挷僮?。因此，轉(zhuǎn)化率又分為單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率。單程轉(zhuǎn)化率是指總進(jìn)料（新鮮原料+回?zé)捰?回?zé)捰蜐{）一次通過反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率。即： 氣體+汽油+焦炭 單程轉(zhuǎn)化率（W）= -100% 總進(jìn)料總轉(zhuǎn)化率是以新鮮原料為基準(zhǔn)計(jì)算的轉(zhuǎn)化率： 氣體+汽油+焦炭 總轉(zhuǎn)化率（W）= -100% 新鮮原料2、劑油比催化劑在兩器之間的循環(huán)量與總進(jìn)料量之比 催化劑循環(huán)量(t/h) 劑油比（C/O）= - 總進(jìn)料(t/h)催化裂化反應(yīng)依賴于催化劑活性中心的存在，可以大大提高反應(yīng)速度。因此，提高劑油比就是相對(duì)增加了活性中心，也就相應(yīng)提高了反應(yīng)

8、速度，從而使得原料油和催化劑接觸更充分，使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化深度得到提高。 影響催化裂化反應(yīng)的主要因素1、催化劑活性：提高催化劑活性有利于提高反應(yīng)速度，得到較高的轉(zhuǎn)化率，可提高反應(yīng)器處理能力；并有利于促進(jìn)氫轉(zhuǎn)移和異構(gòu)化反應(yīng)，裂化產(chǎn)品飽和度較高、含異構(gòu)烴較多。 催化劑上焦炭的沉積量主要與催化劑在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間有關(guān)，同時(shí)與劑油比亦有關(guān)。劑油比大時(shí)，單位催化劑上的積炭量較少，催化劑活性下降的程度相應(yīng)地要少些，并且原料與催化劑的接觸機(jī)會(huì)也更充分。這有利于提高反應(yīng)速度 。 劑油比的大小受裝置總熱平衡特別是反應(yīng)溫度控制2、反應(yīng)溫度：提升管出口溫度 提高反應(yīng)溫度可使 反應(yīng)速度加快，轉(zhuǎn)化率提高；氣體中C1和C2增

9、多，產(chǎn)品的不飽和度增大；在轉(zhuǎn)化率不變的情況下，汽油產(chǎn)率降低，氣體產(chǎn)率增加，焦炭產(chǎn)率降低；并且汽油中烯烴和芳烴含量增加，汽油的辛烷值提高。反應(yīng)溫度是調(diào)節(jié)反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率的主要工藝參數(shù)，不同的產(chǎn)品方案選擇不同的反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度靠催化劑循環(huán)量來調(diào)節(jié)。3、原料性質(zhì)沸點(diǎn)范圍相似時(shí)，含芳烴多的原料則較難裂化 K12的原料屬高裂化性能的烷烴類；K=11.312.0的原料，屬中等裂化性能的環(huán)烷烴類；K11.3的原料，則屬難裂化的芳烴類 堿性氮化物會(huì)引起催化劑中毒而使其活性下降。裂化原料中的含硫化合物對(duì)催化裂化反應(yīng)速度影響不大。 4、反應(yīng)壓力，指反應(yīng)器內(nèi)的油氣分壓 油氣分壓的提高意味著反應(yīng)物濃度提高，反應(yīng)速度

10、加快，使轉(zhuǎn)化率提高。提高反應(yīng)壓力有利于縮合反應(yīng)，焦炭產(chǎn)率明顯增高提升管催化裂化裝置的壓力采用0.130.27MPa（表）；對(duì)有煙氣能量回收設(shè)施的裝置，可到0.250.29MPa（表）。反應(yīng)壓力受再生器燒焦能力的制約。反應(yīng)壓力一般是固定的，不作為調(diào)節(jié)變量提高壓力可以提高原有裝置的生產(chǎn)能力 5、反應(yīng)時(shí)間：油氣在提升管中的停留時(shí)間 降低空速就是延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，有利于提高轉(zhuǎn)化率反應(yīng)時(shí)間要根據(jù)原料油的性質(zhì)、催化劑性能和產(chǎn)品方案來確定，一般為14s。汽油方案，一般采用高溫和短反應(yīng)時(shí)間（23s）；柴油方案，則以較低的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間（34s）為宜；渣油催化裂化一般控制在2s左右。7、回?zé)挶?： 指回?zé)?/p>

11、油量與新鮮原料量之比 工業(yè)裝置常采用回?zé)挷僮饕愿纳飘a(chǎn)品分布，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率回?zé)捰秃紵N多，較難裂化，需較苛刻的反應(yīng)條件 回?zé)挶鹊拇笮∫鶕?jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品方案來確定。采用汽油方案時(shí)，可選較低的回?zé)挶?；?dāng)還要同時(shí)考慮多產(chǎn)柴油時(shí)，可選較高的回?zé)挶??；責(zé)挶纫话阈∮? 第四部分催化裂化再生過程催化裂化催化劑催化劑：能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)催化劑能有選擇性地促進(jìn)某些反應(yīng)催化劑不僅對(duì)裝置的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品產(chǎn)率及質(zhì)量好壞、經(jīng)濟(jì)效益起主要影響，而且對(duì)操作條件、工藝過程和設(shè)備型式的選擇有重要影響。裂化催化劑的失活與再生催化劑的失活 ：在反應(yīng)過程中，裂化催化劑的活性和選擇性不斷下降的現(xiàn)象稱為催

12、化劑的失活。失活原因主要有：高溫或高溫與水蒸氣的作用；裂化反應(yīng)生焦；毒物的毒害。水熱失活 表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，比表面積減小、孔容減小、分子篩的晶體結(jié)構(gòu)破壞結(jié)焦失活 催化裂化反應(yīng)生成的焦炭沉積在催化劑的表面上，覆蓋催化劑表面的活性中心，使催化劑的活性和選擇性下降毒物引起的失活 裂化催化劑的毒物主要是某些金屬(鐵、鎳、銅、釩等重金屬及鈉)和堿性氮化物 重金屬在裂化催化劑上的沉積會(huì)降低催化劑的活性和選擇性催化劑的再生：指用空氣燒去焦炭的過程。裂化催化劑的再生過程決定著整個(gè)裝置的熱平衡和生產(chǎn)能力。 通過再生可以恢復(fù)由于結(jié)焦而喪失的活性，但不能恢復(fù)由于結(jié)構(gòu)變化及金屬污染引起的失活。催化劑的再生反應(yīng)就是用空

13、氣中的氧燒去沉積的焦炭。再生反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而且熱效應(yīng)相當(dāng)大，足以提供本裝置熱平衡所需的熱量。在有些情況下還可以提供相當(dāng)大量的剩余熱。影響再生（或燒焦）反應(yīng)速度的主要因素，有再生溫度、再生壓力和催化劑的含碳量。必須保證催化劑在兩器間按正常流向循環(huán)： 反應(yīng)器沉降器待生斜管再生器再生斜管 第五部分反再系統(tǒng)主要設(shè)備1、提升管反應(yīng)器提升管是催化裂化反應(yīng)的主要場(chǎng)所，完成整個(gè)反應(yīng)過程和油氣與催化劑分離的過程。提升管反應(yīng)器主要有提升管、沉降器、汽提段、旋分器、待生斜管等部分組成提升管是進(jìn)行催化裂化反應(yīng)的場(chǎng)所。在提升管側(cè)面開有四組進(jìn)料口，自下至上分別是六組原料油噴嘴、二組回?zé)捰蛧娮?、二組油漿回?zé)拠娮?、兩組中止

14、劑噴嘴。提升管底部是預(yù)提升段，作用是催化劑從再生斜管進(jìn)入提升管的預(yù)提升段，提升段的作用就是通入一定量干氣（蒸汽），加速催化劑，使其在進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)有一定的線速和催化劑在軸相有良好的分布。 提升管下部進(jìn)料段的油劑接觸狀況對(duì)重油催化裂化的反應(yīng)有重要影響。通過原料油霧化噴嘴來實(shí)現(xiàn)，在蒸汽作用下，減小原料油的霧化粒徑，可增大傳熱面積，從而提高了原料的氣化率，且可以改善產(chǎn)品產(chǎn)率的分布提升管的上端出口處設(shè)有氣-固快速分離裝置（四葉快分），用于使催化劑與油氣快速分離以及抑制反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行沉降器反應(yīng)沉降器在提升管反應(yīng)器的上部，沉降器分為兩部分，上部為沉降段，下部為汽提段。沉降段內(nèi)設(shè)有四組單級(jí)旋分器，頂部為集氣室

15、。提升管反應(yīng)器出來的反應(yīng)油氣和催化劑進(jìn)入反應(yīng)沉降器進(jìn)行催化劑和油氣的自由沉降分離，沒有沉降下來的催化劑隨油氣進(jìn)入設(shè)在沉降器頂部的旋風(fēng)分離器進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行分離，分離后油氣經(jīng)集氣室去分餾單元。汽提段設(shè)在沉降器的下部，內(nèi)部設(shè)有蒸汽管和汽提擋板，作用是對(duì)從沉降器落到汽提段的催化劑用水蒸汽進(jìn)行汽提，汽提出催化劑顆粒間和空隙內(nèi)的油氣。減少油氣損失提高油品的收率，降低焦炭產(chǎn)率，減少再生器燒焦負(fù)荷。汽提效果受水蒸氣用量和汽提段的結(jié)構(gòu)影響。 2、再生器再生器是催化劑進(jìn)行燒焦再生的場(chǎng)所主要作用是使用主風(fēng)燒去結(jié)焦劑上的焦炭以恢復(fù)其活性，同時(shí)也提供裂化反應(yīng)所需的熱量再生器上部為稀相段，下部為密相段。密相段是待生催化劑進(jìn)

16、行流化和再生反應(yīng)的主要場(chǎng)所 ，稀相段實(shí)際上是催化劑的沉降段 。再生器主要設(shè)備有旋分器、主風(fēng)分布管、輔助燃燒室。旋分器再生旋風(fēng)分離器作用：氣體離開密相床進(jìn)入稀相段時(shí)必然攜帶部分催化劑，氣體線速大于某些細(xì)粉的終端速度，且由密相床層中上升的氣泡在界面處破裂時(shí)將一些較大的催化劑顆粒帶入稀相段，有相當(dāng)數(shù)量的催化劑沉降不下來，用旋風(fēng)分離器回收煙氣中的催化劑細(xì)粉。工作原理：含固體微粒的氣流以切線方向進(jìn)入，在升氣管和殼體之間形成旋轉(zhuǎn)的外渦流，由上而下直達(dá)錐體底部。懸浮在氣流中的固體微粒在離心力作用下，一面被甩至器壁，一面隨氣流旋轉(zhuǎn)至下方，最后落入灰斗。凈化的氣體形成上升的內(nèi)渦流，通過升氣管排出。 主風(fēng)分布管主

17、風(fēng)分布管的主要作用就是使主風(fēng)均勻分布在床層中，為催化劑提供了良好的起始流化狀態(tài)，保證催化劑正常流化，不出現(xiàn)偏流和溝流，影響燒焦和流化。一再為環(huán)狀分布管（大小環(huán)），二再為樹枝狀分布管。 輔助燃燒室輔助燃燒室在第二再生器底部。輔助燃燒室作用：在開工時(shí)用來加熱主風(fēng)和再生器內(nèi)的催化劑；一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，提供燃料燃燒需要的氧，二次風(fēng)進(jìn)入筒體夾層起冷卻作用，以防鋼板超溫。正常生產(chǎn)時(shí)只作為主風(fēng)通道。 3、外取熱器外取熱器是在再生器外部設(shè)置催化劑流化床，取熱管浸沒在床層中，按催化劑的移動(dòng)方向外取熱器又分為上流式和下流式兩種，作用是取出再生燒焦產(chǎn)生的多余熱量。將一再密相700左右的高溫再生催化劑引出一部分進(jìn)入取熱

18、器，使其在取熱器列管間隙中自上而下流動(dòng)，列管內(nèi)走水。在取熱器內(nèi)進(jìn)行熱量交換，在取熱器底部通入適量空氣，維持催化劑很好地流化，通過換熱后的催化劑溫降一般約為100150，然后通過斜管返回二下部 。第六部分反應(yīng)再生系統(tǒng)工藝流程反應(yīng)部分工藝流程混合蠟油和常(減)壓渣油分別由罐區(qū)原料罐送入裝置內(nèi)的靜態(tài)混合器(D-214)混合均勻后，進(jìn)入原料緩沖罐(D-203/1)，然后用原料泵(P-201/1.2)抽出，經(jīng)流量控制閥（8FIC-230）后與一中回流換熱(E-212/1.2)，再與油漿(E-201/1.2)換熱至170220，與回?zé)捰鸵黄疬M(jìn)入靜態(tài)混合器（D-213）混合均勻。在注入鈍化劑后分三路(三路設(shè)

19、有流量控制)與霧化蒸汽一起經(jīng)六個(gè)進(jìn)料噴嘴進(jìn)入提升管，與從二再來的高溫再生催化劑接觸并立即汽化，裂化成輕質(zhì)產(chǎn)品(液化氣、汽油、柴油)并生成油漿、干氣及焦炭。 常壓熱渣油流程：為實(shí)現(xiàn)裝置間的熱聯(lián)合，降低裝置能耗，由南常減壓裝置分出一路熱常渣（約350），經(jīng)8FIQC530直接進(jìn)入D-213（原料油與回?zé)捰突旌掀鳎┣?，與原料混合均勻后進(jìn)入提升管原料噴嘴。南?；旌蠠嵯炗土鞒蹋簽閷?shí)現(xiàn)裝置間的熱聯(lián)合，降低裝置能耗，由南常減壓裝置分出一路熱蠟油（約100），經(jīng)8FIQ529進(jìn)入D-214（新鮮原料混合器）前，與罐區(qū)混蠟、混渣混合均勻后進(jìn)入D-203/1（原料油緩沖罐）。 新鮮原料換熱后與回?zé)捰头謩e由原料油噴

20、嘴噴入提升管反應(yīng)器與高溫再生催化劑相遇，立即汽化反應(yīng)，與催化劑一起沿提升管向上流動(dòng)，在470510的反應(yīng)溫度下停留約24s，到達(dá)提升管出口，經(jīng)快速分離器進(jìn)入沉降器，攜帶少量催化劑的油氣與蒸汽的混合氣經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器，進(jìn)入集氣室，通過沉降器頂部出口進(jìn)入分餾系統(tǒng)。 反應(yīng)油氣、水蒸汽、催化劑經(jīng)提升管出口快分器分離出大部分催化劑，反應(yīng)油氣經(jīng)過沉降器稀相沉降，再經(jīng)沉降器(C-101)內(nèi)四組單級(jí)旋風(fēng)分離器分離出絕大部分催化劑，反應(yīng)油氣、蒸汽、連同微量的催化劑細(xì)粉經(jīng)大油氣管線至分餾塔人檔下部。分餾塔底油漿固體含量控制6g/L。旋分器分出的催化劑通過料腿返回到汽提段，料腿裝有翼閥并浸沒在汽提段床層中，保證具有正壓密封，防止氣體短路，汽提蒸汽經(jīng)環(huán)形分布器進(jìn)入汽提段的上中下三個(gè)部位使催化劑不僅處于流化狀態(tài)，并汽提掉催化劑夾帶的烴油氣，汽提后的催化劑通過待生滑閥進(jìn)入一再催化劑分布器。 再生部分工藝流程第一再生器在比較緩和的條件下進(jìn)行部分燃燒，操作壓力為0.150.25MPa(表)，溫度660690，在床層中燒掉焦炭中絕大部分氫和部分碳。由于有水蒸汽存在，一再溫度要控制低一些，以減輕催化劑的水熱失活。燒焦用風(fēng)分別由一再主風(fēng)及過剩氧較高的二再煙氣