催化裂化技術(shù)

催化裂化技術(shù)第一章概述一、催化裂化技術(shù)二、催化裂化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r三、催化裂化反應(yīng)類型四、催化裂化的方法五、催化裂化的目的及意義第二章工藝敘述一、反應(yīng)-再生系統(tǒng)二、分餾系統(tǒng)三、吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)四、余熱鍋爐系統(tǒng)五、反應(yīng)系統(tǒng)主要設(shè)備第一章概述

一、催化裂化技術(shù)

催化裂化（FluidCatalyticCracking）是石油煉制過程之一，是在熱和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等的過程。催化裂化原料是原油通過原油蒸餾（或其他石油煉制過程）分餾所得的重質(zhì)餾分油;或在重質(zhì)餾分油中摻入少量渣油,或經(jīng)溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油；或全部用常壓渣油或減壓渣油。在反應(yīng)過程中由于不揮發(fā)的類碳物質(zhì)沉積在催化劑上，縮合為焦炭，使催化劑活性下降，需要用空氣燒去（見催化劑再生），以恢復(fù)催化活性，并提供裂化反應(yīng)所需熱量。催化裂化是石油煉廠從重質(zhì)油生產(chǎn)汽油的主要過程之一。所產(chǎn)汽油辛烷值高（馬達(dá)法80左右），裂化氣（一種煉廠氣）含丙烯、丁烯、異構(gòu)烴多。

二、催化裂化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r催化裂化技術(shù)由法國(guó)E.J.胡德利研究成功，于1936年由美國(guó)索康尼真空油公司和太陽石油公司合作實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，當(dāng)時(shí)采用固定床反應(yīng)器，反應(yīng)和催化劑再生交替進(jìn)行。由于高壓縮比的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)需要較高辛烷值汽油，催化裂化向移動(dòng)床（反應(yīng)和催化劑再生在移動(dòng)床反應(yīng)器中進(jìn)行）和流化床（反應(yīng)和催化劑再生在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行）兩個(gè)方向發(fā)展。60年代，出現(xiàn)分子篩催化劑，因其活性高，裂化反應(yīng)改在一個(gè)管式反應(yīng)器（提升管反應(yīng)器）中進(jìn)行，稱為提升管催化裂化。中國(guó)1958年在蘭州建成移動(dòng)床催化裂化裝置，1965年在撫順建成流化床催化裂化裝置，1974年在玉門建成提升管催化裂化裝置。1984年，中國(guó)催化裂化裝置共39套，占原油加工能力23%。

三、催化裂化反應(yīng)類型石油餾分是由烷烴、環(huán)烷烴、芳烴所組成。在催化劑上，各種單體烴進(jìn)行著不同的反應(yīng)，有分解反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、芳烴化反應(yīng)等，其中，以分解分解反應(yīng)為主，催化裂化這一名稱就是因此而得。各種反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，相互影響。

1.烷烴烷烴主要發(fā)生裂化反應(yīng)，大分子烷烴裂化成小分子烷烴和烯烴。nC16H34--→nC8H16+nC8H18

2.烯烴烯烴的裂化反應(yīng)是大分子烯烴裂化成兩個(gè)小分子烯烴。烯烴的裂化反應(yīng)速度比烷烴快得多，大分子烯烴的裂化速度比小分子快，異構(gòu)烯烴的裂化速度比正構(gòu)烯烴快。nC16H32--→2nC8H16

3.環(huán)烷烴環(huán)烷烴發(fā)生裂化反應(yīng)時(shí)既可以斷裂側(cè)鏈，又可以開環(huán)裂化生成烯烴，烯烴再繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

4.芳香烴烷基芳烴可以脫烷基裂化成芳烴和烯烴，其烷基側(cè)鏈也可以斷裂裂化成帶烯烴側(cè)鏈的芳烴和烷烴。四、催化裂化的方法1、固定床：反應(yīng)和再生過程是在同一設(shè)備中交替進(jìn)行，屬于間歇式操作。為了使整個(gè)裝置能連續(xù)生產(chǎn)，就要用幾個(gè)反應(yīng)器輪流的進(jìn)行反應(yīng)和再生。因此這種裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)能力小，鋼材耗量大，操作麻煩，工業(yè)上早已被淘汰。2、移動(dòng)床：移動(dòng)床催化裂化，使用直徑約3mm的小球催化劑，起初是用機(jī)械提升的方法在兩器間運(yùn)送催化劑，后來改為空氣提升，生產(chǎn)能力較固定床大為提高，產(chǎn)品質(zhì)量也得到改善。由于催化劑在反應(yīng)器和再生器內(nèi)靠重力向下移動(dòng)，速度緩慢，所以對(duì)設(shè)備磨損較小，不過移動(dòng)床的設(shè)備結(jié)構(gòu)仍比較復(fù)雜，鋼材耗量比較大。

3、流化床在石油催化裂化的反應(yīng)中，催化劑與原料油接觸越充分越有利于反應(yīng)的進(jìn)行。因此在催化裂化工藝中使用了狀催化劑，直徑為20~100微米。為了充分發(fā)揮催化劑在反應(yīng)中的作用和保證再生完全，現(xiàn)代催化裂化生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)使催化劑在反應(yīng)和再生兩個(gè)設(shè)備中呈“流化狀態(tài)”。同時(shí)，催化劑靠加熱的原料油氣或其他氣體攜帶，循環(huán)于兩器間。

a、流化床定義將大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使顆粒具有流體的某些表觀特征，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化，即流化床。

b、流化床主要特性充分流態(tài)化的床層表現(xiàn)出類似于液體的性質(zhì)。密度比床層平均密度小的流體可以懸浮在床面上；床面保持水平；床層服從流體靜力學(xué)關(guān)系，即高度差為L(zhǎng)的兩截面的壓差△p=ρgL；顆粒具有與液體類似的流動(dòng)性，可以從器壁的小孔噴出；兩個(gè)聯(lián)通的流化床能自行調(diào)整床層上表面使之在同一水平面上。上述性質(zhì)使得流化床內(nèi)顆粒物料的加工可以像流體一樣連續(xù)進(jìn)出料，并且由于顆粒充分混合，床層溫度、濃度均勻使床層具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得以廣泛的應(yīng)用。

c、流化床可分為散式流態(tài)化與聚式流態(tài)化：在床層內(nèi)的流體和顆粒兩相運(yùn)動(dòng)中，由于流速、流體與顆粒的密度差、顆粒粒徑及床層尺寸的不同，可呈現(xiàn)出不同的流化狀態(tài)，但主要分為散式流化態(tài)與聚式流化態(tài)兩類。①.散式流化態(tài):顆粒均勻地分布在整個(gè)流化床內(nèi)且隨著流速的增加床層均勻膨脹，床內(nèi)孔隙率均勻增加，床層上界面平穩(wěn)，壓降穩(wěn)定、波動(dòng)很小。因此，散式流化態(tài)是較理想的流化狀態(tài)。一般流-固兩相密度差較小的體系呈現(xiàn)散式流態(tài)化特征，如液-固流化床。②.聚式流化態(tài):顆粒在床層的分布不均勻，床層呈現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu)：一相是顆粒濃度與空隙率分布較為均勻且接近初始流態(tài)化狀態(tài)的連續(xù)相，稱為乳化相；另一相則是以氣泡形式夾帶少量顆粒穿過床層向上運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)的氣泡相，因此又稱為鼓泡流態(tài)化。

4、提升管反應(yīng)催化裂化發(fā)展對(duì)催化裂化技術(shù)的不斷提高起著極大的推動(dòng)作用。20世紀(jì)60年代初期分子篩催化劑的問世，為了充分發(fā)揮分子篩催化劑高活性的特點(diǎn)，迫使流化床工業(yè)裝置采用提升管反應(yīng)器，以高溫短接觸時(shí)間的活塞流反應(yīng)代替原來的床層反應(yīng)，因而克服了反混的特點(diǎn)，使生產(chǎn)能力大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量和收率得到顯著改善。五、催化裂化的目的及意義我國(guó)原油偏重，輕質(zhì)油品含量低，為增加汽油、柴油、乙烯用裂解原料等輕質(zhì)油品產(chǎn)量。我國(guó)煉油工業(yè)走深度加工的道路，形成了以催化裂化（FCC）為主體，延遲焦化、加氫裂化等配套的工藝路線。2001年底全國(guó)有147套催化裂化裝置，總加工能力超過100.0Mt/a，比1991年增加58.4Mt/a，增長(zhǎng)137.16%，可以說是世界上催化裂化能力增長(zhǎng)最迅速的國(guó)家。催化裂化是重要的重質(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)占有很重要的地位。催化裂化過程在煉油工業(yè)，以至國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在我國(guó)，由于多數(shù)原油偏重，而H/C相對(duì)較高且金屬含量相對(duì)較低，催化裂化過程，尤其是重油催化過程的地位顯得更為重要。第二章工藝敘述工藝流程說明一、反應(yīng)-再生系統(tǒng)

原料油經(jīng)過加熱汽化后進(jìn)入提升管反應(yīng)器進(jìn)行裂化。提升管中催化劑處于稀相流化輸送狀態(tài)，反應(yīng)產(chǎn)物和催化劑進(jìn)入沉降器，并經(jīng)汽提段用過熱水蒸氣汽提，再經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)入分餾系統(tǒng)，催化劑沉降到再生器。在再生器中用空氣使催化劑流化，并且燒去催化劑表面的焦炭。煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和催化劑分離后離開裝置，使催化劑在裝置中循環(huán)使用。反應(yīng)系統(tǒng)主要由反應(yīng)器和再生器組成。原料油在裝有催化劑的反應(yīng)器中裂化，催化劑表面有焦炭沉積。沉積的焦炭的催化劑在再生器中燒焦進(jìn)行再生，再生后的催化劑返回反應(yīng)器重新使用。反應(yīng)器主要為提升管，再生器為流化床。

再生器的主要作用是：燒去催化劑上因反應(yīng)而生成的積炭，使催化劑的活性得以恢復(fù)。再生用空氣由主風(fēng)機(jī)供給，空氣通過再生器下面的輔助燃燒室及分布管進(jìn)入。在反應(yīng)系統(tǒng)中加入水蒸汽其作用為：（1）霧化——從提升管底部進(jìn)入使油氣霧化，分散，與催化劑充分接觸；（2）預(yù)提升——在提升管中輸送油氣；（3）汽提——從沉降器底部汽提段進(jìn)入，使催化劑顆粒間和顆粒內(nèi)的油氣汽提，減少油氣損失和焦炭生成量，從而減少再生器負(fù)荷。汽提水蒸氣占總水蒸氣量的大部分。（4）吹掃、松動(dòng)——反應(yīng)器、再生器某些部位加入少量水蒸氣防止催化劑堆積、堵塞。VQS快速分離器汽提擋板汽提蒸汽分布器待生滑閥酒杯口原料噴嘴翼閥分布環(huán)輔助燃燒室增壓機(jī)催化劑儲(chǔ)罐防倒錐反應(yīng)再生系統(tǒng)工藝原則流程圖以及主要設(shè)備二、分餾系統(tǒng)分餾系統(tǒng)的作用是將反應(yīng)?再生系統(tǒng)的產(chǎn)物進(jìn)行分離，得到部分產(chǎn)品和半成品。

由反應(yīng)?再生系統(tǒng)來的高溫油氣進(jìn)入催化分餾塔下部，經(jīng)裝有擋板的脫過熱段脫熱后進(jìn)入分餾段，經(jīng)分餾后得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回?zé)捰秃陀蜐{。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經(jīng)汽提、換熱或冷卻后出裝置，回?zé)捰头祷胤磻?yīng)––再生系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)挕Ｓ蜐{的一部分送反應(yīng)再生系統(tǒng)回?zé)?，另一部分?jīng)換熱后循環(huán)回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內(nèi)氣、液相負(fù)荷分布均勻，在塔的不同位置分別設(shè)有4個(gè)循環(huán)回流：頂循環(huán)回流，一中段回流、二中段回流和油漿循環(huán)回流。三、吸收––穩(wěn)定系統(tǒng)從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4甚至C2組分。吸收––穩(wěn)定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣(≤C2)、液化氣(C3、C4)和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油四、余熱鍋爐系統(tǒng)裝置產(chǎn)汽設(shè)備包括：外取熱器、循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器和高溫取熱爐組成。其中高溫取熱爐一臺(tái)汽包，外取熱器一臺(tái)汽包，循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器每?jī)膳_(tái)為一組，每組共同用一臺(tái)汽包，本裝置系統(tǒng)中共設(shè)有四臺(tái)汽包，其中外取熱器、油漿蒸汽發(fā)生器及高溫取熱爐分別用煙氣、催化劑、循環(huán)油漿作為熱源。余熱鍋爐取熱量為47.3MJ/h，主要用于過熱外取熱器、油漿蒸汽發(fā)生器和高溫取熱爐產(chǎn)生的飽和蒸汽，余熱鍋爐煙氣出口溫度180℃左右，排入煙囪。由外取熱器、油漿蒸汽發(fā)生器和高溫取熱爐產(chǎn)生的飽和蒸汽一起進(jìn)入余熱鍋爐的過熱段過熱后，供裝置使用，剩余部分輸送至全廠中壓蒸汽管網(wǎng)。為保證裝置生產(chǎn)安全的可靠性，在中壓蒸汽管網(wǎng)與低壓蒸汽管網(wǎng)之間設(shè)置了減溫減壓器。鍋爐部分原則流程圖減溫減壓器除氧器油漿蒸汽發(fā)生汽包外取汽包反應(yīng)再生系統(tǒng)設(shè)備三器三閥三機(jī)

提升管反應(yīng)器沉降器再生器單動(dòng)滑閥雙動(dòng)滑閥塞閥主風(fēng)機(jī)氣壓機(jī)增壓機(jī)提升管反應(yīng)器再生劑、煙氣、水汽新鮮原料回?zé)捰突責(zé)捰蜐{霧化蒸汽反應(yīng)油氣、催化劑、煙氣、水蒸汽、預(yù)提升蒸汽反應(yīng)溫度圖1提升管反應(yīng)器的流程圖2提升管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖沉降器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(fēng)分離器分出所夾帶的催化劑后經(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。汽提段的作用是將待生催化劑攜帶的油氣汽提出來，增加產(chǎn)品收率，減小再生器燒焦負(fù)荷。催化劑攜帶的油氣分兩部分，一部分是催化劑顆粒間的油氣，另一部分是催化劑顆粒內(nèi)孔道中的油氣。傳統(tǒng)的汽提段是設(shè)置環(huán)/錐擋板或人字檔板。催化劑在擋板間折流運(yùn)動(dòng)，通過空間的壓縮與擴(kuò)張，氣體接觸交換將油氣置換出來。汽提段再生器主要作用是燒去結(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

工業(yè)上再生器的主要形式可分為三類：?jiǎn)味卧偕?、兩段再生、快速床再生工業(yè)上再生器的主要形式可分為三類：?jiǎn)味卧偕?、兩段再生、快速床再生單段再生單段再生的溫度多?50~700℃之間。提高再生溫度是提高燒碳速率的有效手段。在高溫下，催化劑的水熱失活也比較嚴(yán)重。因此，在單段再生時(shí)，密相床層的溫度一般很少超過730℃。單段再生的主要問題是再生溫度的提高受到限制和密相床層的有效催化劑含碳量低。兩段再生兩段再生是把燒碳過程分為兩個(gè)階段進(jìn)行。在第一段，燒去總燒碳量的約80%~85%；余下的在第二段再用空氣及在更高的溫度下繼續(xù)燒去。兩段再生可以在一個(gè)再生器筒體內(nèi)分隔為兩段來實(shí)現(xiàn)，也可以在兩個(gè)獨(dú)立的再生器內(nèi)實(shí)現(xiàn)。兩段再生的主要優(yōu)點(diǎn)與單段相比，兩段再生的主要優(yōu)點(diǎn)是：兩段再生是把燒碳過程分為兩個(gè)階段進(jìn)行①對(duì)于全混床反應(yīng)器，第一段出口的半再生劑的含碳量高于再生劑的含碳量，從而提高了燒碳速率；②在第二段再生時(shí)可以用新鮮空氣和更高的溫度，提高了燒碳速率；③第二段內(nèi)的水氣分壓可以很低，減輕了催化劑的水熱老化；且第二段的催化劑藏量比單段再生器的催化劑藏量低，停留時(shí)間較短。因此，第二段可采用較高的再生溫度?？焖俅?循環(huán)流化床)再生優(yōu)點(diǎn)快速床(循環(huán)流化床)再生優(yōu)點(diǎn)快速床(循環(huán)流化床)再生優(yōu)點(diǎn)1.氣相轉(zhuǎn)化成連續(xù)相，催化劑顆粒變?yōu)榉稚⑾?，從而?qiáng)化了燒碳過程

2.隨著氣速的提高，返混程度減小，中、上部接近于平推流，也有利于燒碳強(qiáng)度的提高1.氣相轉(zhuǎn)化成連續(xù)相，催化劑顆粒變?yōu)榉稚⑾?，從而?qiáng)化了燒碳過程

2.隨著氣速的提高，返混程度減小，中、上部接近于平推流，也有利于燒碳強(qiáng)度的提高1.氣相轉(zhuǎn)化成連續(xù)相，催化劑顆粒變?yōu)榉稚⑾?，從而?qiáng)化了燒碳過程

單動(dòng)滑閥用于床層反應(yīng)器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化裝置。其作用是：正常操作時(shí)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(shí)用以切斷再生器與反應(yīng)沉降器之間的聯(lián)系，以防造成更大事故。單動(dòng)滑閥