催化裂化裝置基礎知識培訓資料

1800萬噸油品質(zhì)量升級

改造項目

350萬噸/年催化裂化裝置

基礎知識

（培訓教材）

金陵分公司項目經(jīng)理部

2011年2月

目錄

第一章催化緒論................................................................1

1.1概述....................................................................1

1.2催化裂化裝置的組成.....................................................2

1.3催化裂化裝置的地位和作用...............................................3

第二章原料、產(chǎn)品、催化劑及助劑...............................................4

2.1催化裂化的原料來源.....................................................4

2.2原料性質(zhì)對催化裂化的影響...............................................5

2.3催化裂化產(chǎn)品...........................................................8

2.3.1汽油...............................................................8

2.3.2輕柴油............................................................9

2.3.3干氣和液態(tài)燒.....................................................10

2.3.4油漿..............................................................10

2.4催化裂化催化劑........................................................10

2.4.1催化劑的化學組成.................................................11

2.4.2催化劑的使用性能.................................................12

2.5催化裂化助劑..........................................................16

第三章反應再生系統(tǒng)...........................................................19

3.1催化裂化反應系統(tǒng)的化學反應及影響......................................19

3.1.1催化裂化的化學反應...............................................19

3.1.2熱裂化反應及其影響...............................................21

3.2催化裂化再生系統(tǒng)的化學反應及影響......................................22

3.2.1焦炭的組成.......................................................22

3.2.2焦炭燃燒的化學反應...............................................23

3.2.3催化劑再生的影響因素及簡要分析..................................23

3.3流化原理及基本知識....................................................25

3.4反應再生系統(tǒng)的主要類型................................................29

3.4.1反應系統(tǒng)類型.....................................................29

3.4.2再生系統(tǒng)類型.....................................................30

3.4.3反應再生系統(tǒng).....................................................30

3.5本裝置工藝技術方案選擇................................................32

3.5.1MIP工藝技術介紹.................................................32

3.5.2MIP技術特點和要求...............................................32

3.5.3催化劑的選擇.....................................................33

3.5.4反應工藝技術特點.................................................34

3.5.5再生工藝技術特點.................................................35

3.5.6采用外取熱技術...................................................35

3.5.7其它輔助系統(tǒng).....................................................36

3.6反應再生系統(tǒng)的工藝流程................................................36

3.7主要工藝參數(shù)控制......................................................38

3.7.1反應部分操作參數(shù)及調(diào)節(jié)...........................................38

3.7.2再生部分操作參數(shù)及調(diào)節(jié)...........................................41

第四章分儲系統(tǒng)...............................................................45

4.1精餛過程原理..........................................................45

4.2分儲系統(tǒng)工藝特點及流程.................................................47

4.2.1分儲系統(tǒng)工藝特點.................................................47

4.2.2分微系統(tǒng)工藝流程.................................................48

4.3分儲系統(tǒng)主要工藝參數(shù)控制..............................................49

4.4分微系統(tǒng)的影響........................................................51

4.4.1分儲與反應的相互影響............................................51

4.4.2分儲與吸收穩(wěn)定相互影響..........................................52

第五章吸收穩(wěn)定系統(tǒng)...........................................................53

5.1吸收解吸的原理.....................................................54

5.2吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的工藝流程............................................55

5.3吸收穩(wěn)定系統(tǒng)控制方案..............................................56

催化裂化裝置設備培訓材料.......................................................59

第六章反應-再生系統(tǒng)設備......................................................59

6.1反應器和沉降器........................................................59

6.1.1提升管反應器的形式...............................................59

6.1.2提升管反應器的結構...............................................60

6.1.3提升管出口快速分離器.............................................61

6.1.4沉降器...........................................................61

6.1.5汽提段...........................................................62

6.2再生器.................................................................62

6.2.1燒焦罐式再生系統(tǒng).................................................62

6.2.2輔助燃燒室.......................................................64

6.2.3主風分布器.......................................................64

6.2.4集氣室...........................................................65

6.2.5取熱器...........................................................65

6.3旋風分離器.............................................................67

6.3.1一、二級旋風分離器...............................................67

6.3.2三旋.............................................................69

6.4特殊閥門...............................................................70

6.4.1特種閥門的定義...................................................71

6.4.2特種閥門的性能及優(yōu)點.............................................71

6.4.3電液冷壁雙動滑閥.................................................71

6.4.4電液單動滑閥.....................................................72

6.4.5煙機入口高溫蝶閥.................................................73

6.4.6阻尼單向閥.......................................................73

6.4.7氣壓機入口蝶閥...................................................73

6.4.8氣壓機出口氣動閘閥...............................................73

6.4.9待生、再生、雙動滑閥的易發(fā)故障及排除對策........................74

6.4.10高溫蝶閥的易發(fā)故障及排除對策.............................75

6.5余熱鍋爐...............................................................75

第七章分儲系統(tǒng)設備...........................................................76

7.1分偏塔.................................................................76

7.1.1塔盤..............................................................76

7.1.2塔底人字擋板.....................................................77

7.1.3側線抽出口.......................................................77

7.2油氣分離器.............................................................78

7.3油漿蒸汽發(fā)生器.........................................................78

第八章吸收穩(wěn)定系統(tǒng)設備......................................................79

8.1吸收塔.................................................................79

8.2解吸塔.................................................................79

8.3再吸收塔...............................................................80

8.4重沸器.................................................................80

第九章旋轉設備...............................................................81

9.1機泵...................................................................81

9.1.1離心泵的工作原理.................................................81

9.1.2離心泵的基本構成.................................................82

9.1.3離心泵的性能曲線.................................................83

9.1.4其它類型泵.......................................................84

9.1.5油漿泵............................................................85

9.2主風機.................................................................85

9.2.1離心式主風機及其性能.............................................86

9.2.2軸流式主風機及其性能.............................................87

9.3煙氣輪機...............................................................90

9.3.1煙氣輪機特點.....................................................90

9.3.2煙氣輪機的工作原理...............................................91

9.3.3煙氣輪機輪盤冷卻和密封...........................................92

9.4富氣壓縮機.............................................................93

9.4.1壓縮機主要部件的作用.............................................93

9.4.2軸的密封裝置.....................................................94

9.4.3離心式壓縮機的性能曲線及調(diào)節(jié)方法................................94

9.5汽輪機.................................................................95

9.5.1汽輪機特點.......................................................95

9.5.2工作原理.........................................................96

9.5.3汽輪機基本構造...................................................96

附錄流程圖

350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

第一章催化緒論

1.1概述

催化裂化技術是伴隨人們對汽油數(shù)量和質(zhì)量的不斷需求而逐步創(chuàng)新和發(fā)展

的。目前，流化催化裂化是煉油工業(yè)中重要的二次加工工藝之一，它能使重質(zhì)原

料轉化為輕質(zhì)目的產(chǎn)品和高辛烷值汽油，經(jīng)濟效益很高。

我國流化催化裂化始于20世紀60年代，1965年我國第一套60萬噸/年同高

并列式流化催化裂化在撫順投產(chǎn)，此后我國建成投產(chǎn)了多套屬均密相床層反應器

的同高并列式催化裂化裝置。隨著催化劑和催化裂化工藝技術的進展，提升管催

化裂化技術在我國得到了蓬勃發(fā)展。

20世紀80年代初，我國能源結構發(fā)生變化，受原油變重和提高煉廠經(jīng)濟效

益的雙重壓力，重油催化裂化應運而生。20世紀80年代末，我國又引進了美國

的渣油催化裂化技術。再通過科研院所、大專院校以及生產(chǎn)單位多年的合力攻關

和生產(chǎn)實踐，我國掌握了催化劑多種形式再生、內(nèi)外取熱、高溫取熱、原料高效

霧化、重金屬鈍化、直連式提升管快速分離、催化劑多段汽提、催化劑預提升、

富氧再生和新型多功能催化劑制備等一系列重要催化裂化的基本技術，同時系統(tǒng)

積累了行之有效的操作經(jīng)驗。

近年來，為了提高柴汽比、降低汽油烯煌含量和增產(chǎn)丙烯等目的，開發(fā)了多

產(chǎn)液化氣和柴油的MGD工藝、多產(chǎn)異構烷煌的MIP工藝、靈活雙效的FDFCC

工藝、兩段提升管工藝、增產(chǎn)丙烯的DCC工藝和ARGG工藝等，這些工藝不僅

推動了催化裂化技術的進步，也不斷滿足了煉油廠新的產(chǎn)品結構和產(chǎn)品質(zhì)量的需

求。

經(jīng)過40多年的發(fā)展，催化裂化及相關的工藝技術、催化劑制造、設備制造、

生產(chǎn)管理等各個方面均取得了長足的進步。催化裂化裝置所加工的原料范圍很

寬，從微分油、常壓渣油到摻煉減壓渣油以及多種二次加工油等。催化劑再生技

術也隨之發(fā)展，掌握了三種床層（鼓泡床、湍流床、快速床），兩種方式（完全

和不完全燃燒）以及單段和兩段（單個再生器和兩個再生器）等各種組合方式。

350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

1.2催化裂化裝置的組成

催化裂化是最復雜的煉油工藝過程之一。催化裂化裝置的構成一般包括：反

應一再生部分、主風機部分、分鐳部分、氣壓機部分、吸收穩(wěn)定部分、余熱鍋爐

部分和低溫熱利用部分。有的裝置還包括汽油脫硫醇等產(chǎn)品精制部分。

（1）反應再生系統(tǒng)

反應再生系統(tǒng)是催化裂化裝置的核心所在，反應和再生過程是連續(xù)進行的。

原料油的裂化和催化劑的再生均在此部分完成。各產(chǎn)品的產(chǎn)率和催化劑的再生效

果均由反應再生部分所決定。該系統(tǒng)由反應部分和再生部分組成，包括反應沉降

器、提升管反應器、再生器、內(nèi)外取熱器、催化劑罐、助燃劑和鈍化劑加入設施

及反再系統(tǒng)特殊閥門等。

（-）分儲系統(tǒng)

催化裂化分儲系統(tǒng)主要由分儲塔、柴油汽提塔、原料油緩沖罐、回煉油罐以

及塔頂油氣冷凝冷卻系統(tǒng)、各中段循環(huán)回流及產(chǎn)品熱量回收系統(tǒng)組成。其主要任

務是將反應系統(tǒng)的高溫油氣脫過熱后，根據(jù)各組分的沸點的不同切割為富氣、汽

油、柴油、回煉油和油漿等鐳分，通過工藝因素控制，保證各儲分質(zhì)量合格；同

時可利用分儲塔各循環(huán)回流中高溫位熱能作為穩(wěn)定系統(tǒng)各重沸器的熱源。

富氣經(jīng)壓縮后與粗汽油送到吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；柴油送去產(chǎn)品精制裝置；回煉油

和油漿可返回反應系統(tǒng)進行裂化，也可將全部或部分油漿冷卻后送出裝置。

（三）吸收穩(wěn)定系統(tǒng)

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的任務是加工來自分儲塔頂油氣分離器的粗汽油和富氣，使干

氣、液化燒、汽油完全分離，盡可能降低干氣中碳三以上組分含量、保證液態(tài)夕空、

汽油滿足后續(xù)處理和出廠要求。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)包括氣壓機、吸收解吸塔、再吸收

塔和穩(wěn)定塔和汽油分離塔及相應的冷換設備工藝流程分單塔流程（吸收解吸合用

一個塔）和雙塔流程（吸收解吸各用一個塔）。

（四）主風和煙氣能量回收系統(tǒng)

主風機部分負責為再生器提供燒焦用空氣，同時也是提供再生器催化劑流化

介質(zhì)，是裝置的核心部分。主風機組的配置方式有多種多樣。對于大型催化裂化

裝置，設置煙氣能量回收系統(tǒng)可以大幅度降低能量消耗和操作費用，因此機組配

置比較復雜。一般來說，主風機部分包括主風機一煙氣輪機機組、備用主風機機

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

組、增壓機機組、三級旋風分離器、催化劑儲罐、四級旋風分離器和臨界流速噴

嘴、水封罐和空氣一煙氣系統(tǒng)的控制閥門等。

（五）余熱鍋爐系統(tǒng)

余熱鍋爐是回收再生煙氣余熱的專用設備。該部分包括余熱鍋爐或CO鍋

爐、co焚燒爐本體、水封罐、煙道閥門和煙囪等。

（六）氣壓機系統(tǒng)

氣壓機系統(tǒng)連接分儲和吸收穩(wěn)定兩大部分。該部分由氣壓機組和入口分液罐

以及控制系統(tǒng)組成。裝置一般采用離心式壓縮機，由汽輪機驅動。由于采用汽輪

機驅動的氣壓機組可以變轉速運轉，因而可以最大限度地調(diào)節(jié)氣壓機的負荷，操

作費用較低。

（七）產(chǎn)品精制系統(tǒng)

產(chǎn)品精制系統(tǒng)的任務是將催化裂化裝置的干氣、液化氣、汽油、柴油處理后

符合產(chǎn)品規(guī)格要求，設置因廠而異。有的同催化裝置一體，有的則分立。

1.3催化裂化裝置的地位和作用

（-）催化裂化是我國第一位的原油深度加工裝置。

我國催化裂化裝置加工能力居世界第二，大多數(shù)裝置摻煉常壓渣油和減壓渣

油，是我國加工重油第一位的裝置。

（-）催化裂化是我國生產(chǎn)運輸燃料最重要的裝置。

近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，汽車保有量越來越多。而我國80%的汽油

和30%的柴油來自催化裂化，催化裂化是我國生產(chǎn)運輸燃料最重要的裝置。

（三）催化裂化已成為煉油與化工的紐帶

催化裂化干氣中含有較多的乙烯，約占原料的0.6%?0.8%,是十分寶貴的

化工原料。液化氣經(jīng)氣分生產(chǎn)高純度（99.5%以上）丙烯，再經(jīng)過脫硫、脫碎、

脫水送往聚丙烯裝置、苯酚丙酮裝置等，生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品。液化氣經(jīng)氣

分生產(chǎn)粗異丁烯組分，提供給MTBE裝置生產(chǎn)原料，生產(chǎn)出的MTBE可以作為

高辛烷值組分調(diào)入汽油，精MTBE經(jīng)裂解裝置生產(chǎn)高純度異丁烯，是生產(chǎn)丁基

橡膠的原料。

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識(培訓教材)

第二章原料、產(chǎn)品、催化劑及助劑

2.1催化裂化的原料來源

催化裂化原料的來源很廣，包括原油經(jīng)過蒸儲分離出的350?550c的直馀

微分油、常壓渣油和減壓渣油，也有二次加工的儲分油，如焦化蠟油、脫瀝青油、

潤滑油脫蠟蠟膏和蠟下油及抽出油等。評價催化裂化原料性質(zhì)一般包括如下指標:

密度、殘?zhí)?、重金屬含量、氫含量、含硫量、儲程和正庚烷不溶物，更進一步

的評價包括族組成分析。其中影響最大的是殘?zhí)俊⒅亟饘俸?、氫含量和含硫量?/p>

(-)直儲儲分油

一般來講常壓重儲分和減壓儲分油是常用的原料。不同原油直儲儲分油性質(zhì)

差別很大，總的來說，直馀鐳分油飽和燃含量高、芳烽含量低，因而易裂化，轉

化率和輕質(zhì)油收率高。該類原料的特點是：含氫量高、含硫量低、殘?zhí)亢椭亟饘?/p>

含量低。

(―)渣油

1.常壓渣油

有些常壓渣油殘?zhí)俊⒅亟饘俸土?、氮含量較低，可直接作重油催化裂化裝置

的原料有些常壓渣油因殘?zhí)扛呋蛑亟饘俸扛叩?，多?shù)不能直接作為催化裂化

原料，需要通過加氫脫硫，所得到的重油可作催化裂化原料。

2.減壓渣油

原油中的金屬污染物、高分子量的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)以及硫、氮等雜原子化合物

多集中在減壓渣油中。減壓渣油一般與常減壓福分油摻混或經(jīng)過加氫脫硫作為催

化裂化原料。

減壓渣油通過加氫處理，其殘?zhí)?、硫、氮含量及重金屬含量大幅度降低，?/p>

其他相同條件下，催化裂化裝置干氣和焦炭產(chǎn)率以及催化汽油的烯垃含量和硫含

量降低，液態(tài)燃中飽和蜂含量升高。

(三)二次加工催化裂化原料

1.焦化蠟油

與直儲鐳分油相比，焦化蠟油密度、干點和殘?zhí)肯嗖畈淮?，但含氮量，特別

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

是堿性氮含量很高；其芳煌含量高，不能單獨作催化裂化原料，可與直馀微分油

摻合作催化裂化原料。

2.脫瀝青油

溶劑脫瀝青是渣油深度加工的一種預處理手段，也是從減壓渣油中獲取催化

裂化原料的重要途徑之一，它的產(chǎn)品是脫瀝青油和瀝青。脫瀝青油可與直儲你分

油摻合用作催化裂化原料。溶劑脫瀝青裝置獲得的脫瀝青油的質(zhì)量隨其收率的增

加而下降。

3.催化裂化回煉油芳燃抽提后的抽余油

催化裂化回煉油中含有大量的重質(zhì)芳燒，經(jīng)溶劑抽提后抽余油可作為催化裂

化原料，輕油收率和產(chǎn)品質(zhì)量將有所改善，抽出的芳煌還可綜合利用。

2.2原料性質(zhì)對催化裂化的影響

催化裂化原料的物理和化學性質(zhì)包括密度、沸程、特性因數(shù)、相對分子質(zhì)量、

燒類組成、氫、硫、氮含量等，其對催化裂化的轉化率、產(chǎn)品產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量影

響很大。但這些性質(zhì)是相互聯(lián)系的，可由某些性質(zhì)推測另外一些性質(zhì)。

（-）特性因素

特性因數(shù)K常用于劃分石油和石油儲分的化學組成，在評價催化裂化原料

上普遍使用，其高低最能說明該原料生焦傾向和裂化性能。K值越高，越易于進

行裂化反應，且生焦傾向越?。籏值越低，難以進行裂化反應，且生焦傾向越大。

大多數(shù)催化裂化原料K值約ll.5-12.5o在其他相同條件下，K值每升高

0.1,轉化率提高1%?1.5%。但K值不能全面反映原料油的裂化能力，由于組

成的差別（特別是極性化合物），即使兩種原料K值相同，其裂化能力也會有較

大的差別。

（二）密度、相對分子質(zhì)量、平均沸點和儲程

密度是石油儲分最基本的性質(zhì)之一。在同一沸點范圍內(nèi)，原料密度越大，組

成中烷炫越少，在裂化性能上越趨于具有環(huán)燒燒或芳煌的性質(zhì)。

原料的相對分子質(zhì)量、鐳程和平均沸點是決定催化裂化產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量

的重要指標。一般來說，對于直儲原料?，其相對分子質(zhì)量（平均沸點）增大，可

裂化性增加，焦炭和汽油產(chǎn)率升高。進料中實沸點V360C的直儲偏分增多，在

其他相同條件下，輕柴油收率增大、反應轉化率下降。但在某些情況下，由于烽

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

類組成變化使相對分子質(zhì)量增大，使其裂化性能改變，往往超過相對分子質(zhì)量單

獨的影響。

（三）族組成

族組成是決定催化裂化原料性質(zhì)的一項最本質(zhì)、最基礎的數(shù)據(jù)，以往都以四

組分（烷燒、環(huán)烷始、烯炫和芳煌）分析，現(xiàn)在用質(zhì)譜法分析。

在同一裂化強度下，環(huán)烷煌和單環(huán)芳煌汽油產(chǎn)率最高；環(huán)烷煌和異構烷煌最

容易生成C4；單環(huán)芳燒裂化時汽油產(chǎn)率高、焦炭產(chǎn)率低。多環(huán)芳煌不僅難以裂

化，其本身也是堿性物質(zhì)，對催化劑表面的活性中心有很強的親合力，影響其他

煌類在活性中心上的吸附。

原料油的質(zhì)譜分析是獲取蜂類組成數(shù)據(jù)的有利手段。催化裂化原料質(zhì)量可用

“轉化率前身物”的量、“輕柴油前身物”的量、“焦炭和澄清油前身物”的量來評價。

“轉化率前身物”包括飽和煌和單環(huán)芳煌，最終可裂化成汽油、氣體和少量焦炭。

催化輕柴油含有相當多的雙環(huán)芳燒，其為原料中雙環(huán)芳燒脫烷基的產(chǎn)物，雙環(huán)芳

煌視為輕柴油的前身物。三環(huán)以上的芳煌在催化裂化中脫烷基生成焦炭和油漿，

視為焦炭和油漿的前身物。在相同的裂化強度下，轉化率前身物高的原料轉化率

高。

（四）原料殘?zhí)?/p>

原料康氏（或蘭氏）殘?zhí)渴菍嶒炇疫M行破壞蒸儲后剩余的炭質(zhì)殘渣，可用來

衡量催化進料中非催化焦生成傾向的一個特性指標。

隨著進料中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量升高，原料殘?zhí)可?。進料殘?zhí)吭诖呋鸦?/p>

應中大部分生成焦炭，所以原料殘?zhí)扛撸磻冠厔荽?。對于再生燒焦能力?/p>

限制的裝置，原料殘?zhí)可邥档脱b置處理能力。

（五）硫含量

催化裂化原料中主要有機硫化物有硫醇、硫酸（包括環(huán)狀硫酸）、嚷吩、苯

并11吩、二苯并嚷吩。硫不僅影響汽、柴油等產(chǎn)品的質(zhì)量，且進料中的硫會硫化

裂化催化劑上的重金屬，使其活化，增強其毒害作用。

1.對環(huán)境的影響

原料硫含量對環(huán)境的影響是多方面的。進入焦炭中的硫在再生器內(nèi)被氧化生

成SO2和SO3,隨煙氣排放出來污染大氣。在反應器，隨裂化反應一起發(fā)生的脫

硫反應，產(chǎn)生大量H2S,其余的硫則分配到各種產(chǎn)品中，H2s占總硫相當大的部

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

分，因此對催化裂化裝置的氣體凈化系統(tǒng)有很大影響。

2.對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響

原料含硫量增加，產(chǎn)物中的H2s增加，原料硫進入H2s中的比例也隨之增

加。原料硫轉化到H2S中去的數(shù)量，不僅隨原料含硫量增加而增加，而且隨轉

化率增加而增加。

硫對產(chǎn)品選擇性有不利影響，隨著原料中含硫量的增加，于氣產(chǎn)量增加，汽

油產(chǎn)率下降。含硫量是催化裂化原料的一個特性指標，也是催化裂化產(chǎn)品的一個

重要質(zhì)量規(guī)格指標，出廠產(chǎn)品中的含硫量必須符合產(chǎn)品規(guī)格標準，否則需要進行

精制處理。

此外，原料中的硫還會硫化污染催化劑上的重金屬，增大金屬的毒害作用。

（六）氮含量

催化裂化原料中的堿性氮化物主要是叱嚏、苯并口比咤（喳琳）、二苯并毗嗟

等多環(huán)氮化物。堿性氮化合物約占總氮的1/3,其吸附在催化劑酸性中心上，造

成催化劑暫時失活，降低催化劑的活性和選擇性，使反應轉化率降低，并使產(chǎn)品

分布變差。在一般情況下，隨著原料堿性氮化合物含量的增加汽油產(chǎn)率減少，汽

油的辛烷值下降，柴油和油漿產(chǎn)率相應增加，干氣和焦炭產(chǎn)率也增加。同時，隨

著原料含氮量的增加，汽油和柴油中含氮量也增加，而且大部分含氮化合物都集

中在柴油微分。

（七）氫含量

氫含量可區(qū)別不同原料的相對裂化性能。催化裂化原料氫含量通常在11%~

14%,催化裂化產(chǎn)品包括從氫含量100%的H2到氫含量很低的油漿和焦炭。對于

重質(zhì)原料，通過加氫處理，可除去其大部分硫、氮和金屬，還使部分多環(huán)芳睡飽

和，原料氫含量升高，可大大改善催化裂化的產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量。

（八）鍥、機含量

原料油所含的重金屬，以銀、鋼、鐵、銅為代表。鐵含量雖多，但毒性很小;

銅含量很少，不構成主要危害。一般把銀、機作為重點，鎂和鈕對催化劑和裂化

反應的影響有所不同，鍥加速與裂解反應相競爭的脫氫反應，鈕卻破壞分子篩的

晶格結構。這兩種金屬以絡合物的形式與毗咯的氮原子絡合構成嚇琳類化合物，

存在于減壓渣油的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組分中。我國的原油饃含量高于鈕含量幾倍?，國

外的多數(shù)原油銳含量高于銀含量。

（九）鈉、鈣含量

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鈉、鎂等堿金屬對催化劑都有不同程度的毒害。它們以離子態(tài)存在時，可以

吸附在催化劑的酸性中心上起中和作用，從而降低催化劑的活性，如果一旦與沸

石發(fā)生了離子交換，在苛刻的水熱條件下，就可以破壞沸石的結構。

一般而言，鈣以無機物形式進入催化裝置，研究發(fā)現(xiàn)當鈣含量＞1%時，可

以破壞沸石。

鈉對催化劑的中毒是值得重視的。原料油帶入的鈉由兩部分構成，一部分是

原油中含有的鈉，另一部分是原油注堿帶入的鈉。鈉不但能中和催化劑的酸性中

心，而且與鋼在催化劑表面易生成低熔點的氧化共熔物。這些共熔物積累的結果，

不僅覆蓋催化劑表面，使活性中心減少，面且影響了催化劑的擔體結構，使催化

劑的熱穩(wěn)定性下降。所以在限制機的同時，也限制進料中鈉離子含量，一般要求

小于2（jg/go

2.3催化裂化產(chǎn)品

催化裂化產(chǎn)品包括干氣、液態(tài)燒、汽油和輕柴油（LCO）、油漿（澄清油DO）,

其中間產(chǎn)品是重循環(huán)油（HCO）、焦碳。

2.3.1汽油

催化裂化汽油是車用汽油的主要組成部分。目前，我國催化裂化汽油約占車

用汽油的80%。

（一）汽油辛烷值

車用汽油最重要的質(zhì)量指標是辛烷值，一般用研究法辛烷值（RON）、馬達

法辛烷值（MON）或抗爆指數(shù)［（RON+MON）/2］來表示。催化汽油的RON和

MON分別在90和80左右，遠高于熱裂化汽油。

1.單組分的辛烷值

同碳原子數(shù)的各蜂類的RON排序：芳煌〉異構烯煌〉正構烯蜂〉異構烷煌〉正

構烷煌。MON以芳妙最高，其次是支鏈烯煌和支鏈烷燒。直鏈烷煌只有十C4的

烷煌才有較高的MON,從C5開始隨碳原子數(shù)的增加其MON急劇降低。

2.單組分的調(diào)合辛烷值

催化汽油中任何一個組分對汽油辛烷值的貢獻與其作為單組分的實測辛烷

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值不同，這與基礎油對辛烷值的敏感度有關。正構烷燒和烯燃的辛烷值隨其碳數(shù)

的增加而急劇降低,支鏈有助于提高辛烷值,支鏈烯煌和芳煌有高的調(diào)合辛烷值。

提高汽油辛烷值的傳統(tǒng)辦法是減少氫轉移反應。隨著汽油中烯煌含量的增

加，RON提高很快，而MON略有增加，但在高烯燃含量時，RON的提高速率

下降，MON的增加更少。異構化（支鏈）和芳構化對提高汽油辛烷值也很重要。

3.辛烷值的敏感性

催化裂化汽油敏感性是指RONC與MONC之差。原料性質(zhì)的變化是造成辛

烷值敏感度范圍增大的主要原因。烷煌敏感性雖好，但大部分烷燒辛烷值相當?shù)汀?/p>

烯姓和芳煌的RON高，是高辛烷值汽油的重要組成部分。從辛烷值的觀點看，

理想的催化汽油組分是多支鏈烷燒和烯燒。從敏感性的觀點看，多支鏈、相對分

子質(zhì)量低的烷燒，敏感性好。要改進汽油的敏感度同時保持高的辛烷值，就要除

去低辛烷值組分和烯煌，有選擇性地增加異構烷煌和芳煌組分。出于環(huán)保要求，

汽油中芳燃含量也有限制。

（-）汽油族組成

對同一種原料，裂化催化劑（或助劑）性質(zhì)和催化裂化工藝對汽油族組成影

響甚大。近年來，隨著機動車輛排放標準的日趨嚴格，越來越多的催化裂化裝置

采用了降烯煌催化劑（或降烯燃助劑）和降烯燃技術［如MGD,MIP（MIP—CGP）,

FDFCC等］,催化汽油烯慌含量明顯降低。

（三）汽油蒸汽壓

汽油中的丁烷含量直接影響汽油的蒸汽壓。丁烷MON和RON高且具有較

高的調(diào)合辛烷值。商品汽油的蒸汽壓應盡量接近規(guī)格指標的最高限值，此可提高

辛烷值又能提高汽油產(chǎn)率。

2.3.2輕柴油

由于柴油機較汽油機熱效率高、功率大、燃料單耗低、相對經(jīng)濟，其應用日

趨廣泛。隨著柴油機的發(fā)展，柴油耗量迅速增加，特別在我國，柴油用量很大，

使催化裂化柴油成為一種重要產(chǎn)品。

目前，我國輕柴油按凝點分為：10號、0號、-10號、-20號和-35號五個牌

號。分別表示其凝點不高于10℃、0℃、-10℃、-2表C和-35℃。

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識(培訓教材)

以十六烷值作為衡量柴油抗爆性能的指標。柴油十六烷值越高其抗爆性能越

好。為比較其抗爆性，選擇兩種姓做標準：一是正十六烷，其抗爆性高，將其十

六烷值定為100。另一種為a—甲基蔡，其抗爆性差，將其十六烷值定為0。

催化柴油的十六烷值一般約25?40。與微分油催化裂化相比，重油催化裂

化輕柴油十六烷值低，硫、氮和膠質(zhì)含量高，油品顏色深、安定性差，易氧化產(chǎn)

生沉淀，需經(jīng)過加氫精制或加氫改質(zhì)與直儲柴油等調(diào)合才能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.3.3干氣和液態(tài)燃

催化裂化氣體產(chǎn)品有干氣和液態(tài)燒，產(chǎn)率分別為3%?5%和8%?25%。使

用降烯燃催化劑或增產(chǎn)丙烯助劑時，氣體產(chǎn)率相應升高。

干氣中除富含乙烷、乙烯、甲烷及氫氣外，還含有在生產(chǎn)過程中帶入的氮氣

和二氧化碳以及沒有完全回收的丙烷、丙烯和少量較重的妙類。

液態(tài)燒中以C3?C4煌類為主，C2以下組分60.5v%,C5以上組分一般

>1.5v%o其中丙烯和丁烯含量分別約為30v%?40v%和20v%?30v%。液態(tài)燒

可作民用液化氣，也是很好的化工原料經(jīng)過氣體分儲，丙烷可做溶劑，丙烯可

用于生產(chǎn)聚丙烯；異丁烯可作為甲基叔丁基醒(MTBE)的原料，而MTBE是高

辛烷值汽油調(diào)合組分。異丁烯也可與異丁烷作為烷基化裝置的原料，所產(chǎn)烷基化

油辛烷值高、不含烯煌和芳煌，是優(yōu)質(zhì)的汽油調(diào)合組分。

2.3.4油漿

分儲塔底抽出物稱油漿。在裝置操作中，一部分油漿可以打回提升管反應器

回煉，另一部分作為外甩油漿經(jīng)換熱冷卻后送出裝置。油漿也可以全外甩不回煉,

因油漿中含有催化劑細粉，需在油漿沉降器中進行沉降分離，從沉降器上部分離

出的清凈油品稱為澄清油，可以作為重質(zhì)燃料油的調(diào)合組分，或者作為生產(chǎn)重質(zhì)

芳煌的原料，也可去焦化摻煉，減少重油出廠量。

2.4催化裂化催化劑

催化劑是一種能影響化學反應速度，但其本身并不因化學反應的結果而消

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識(培訓教材)

耗，也不會改變反應的最終熱力學平衡位置的物質(zhì)。在工業(yè)催化裂化裝置中，催

化劑不僅對處理能力、產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量起著主要影響，而且對生產(chǎn)成本也有

重要影響。催化劑還對操作條件、工藝過程和設備形式的選擇有重要影響，催化

裂化工藝技術的發(fā)展對催化劑的發(fā)展提出了新的要求，而催化劑的發(fā)展又促進了

催化裂化工藝技術的發(fā)展，如分子篩催化劑的出現(xiàn)促進了催化裂化工藝的重大變

革，提升管催化裂化工藝就是在這種情況下開發(fā)成功的。

2.4.1催化劑的化學組成

催化裂化催化劑是一種熱穩(wěn)定性良好的固體酸催化劑。從最初的天然白土固

體酸材料合成硅鋁到分子篩催化劑，都是以硅酸鋁為基礎，各類催化劑化學組成

的主體均為SiO2和A12O3O

催化劑主要由活性組分、基質(zhì)和粘結劑組成。

(-)活性組分

活性組分一般由各種形態(tài)和類型的分子篩擔任，可以是單一分子篩，也可以

是復合分子篩。分子篩是由氧化硅和氧化鋁相互結合形成的具有特殊晶體構造及

作用的Si—A1氧化物?；钚越M分的主要作用是：提供催化劑的裂化活性、選擇

性、水熱穩(wěn)定性和抗中毒能力。分子篩含量增加，提高了催化劑的活性和選擇性,

從而滿足了提升管催化裂化工藝過程的需要，并且使產(chǎn)品分布更合理，輕油收率

更高。常見的分子篩有Y型、A型、X型和擇形沸石ZSM-5等類型。

(-)基質(zhì)

基質(zhì)主要提供合理的孔分布、適宜的表面積和在水熱條件下的結構穩(wěn)定性，

并要求有良好的汽提性能、再生燒焦性能，足夠的機械強度和流化性能；同時基

質(zhì)給予催化劑一定的物理形態(tài)和機械性能，如顆粒度、孔結構、堆積密度、抗磨

性等，以保證催化劑的輸送、流化和汽提性能。此外它還有以下功能：

①稀釋和分散活性組分，使催化劑的活性適當；

②增強活性組分的熱傳遞，使活性組分避免過熱失活；

③吸收活性組分的殘余鈉，提高活性組分的熱穩(wěn)定性和選擇性；

④重油大分子裂化為中分子，以使其進入沸石孔道進行選擇性裂化，提高重質(zhì)

原料的轉化率；

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

⑤抵抗雜質(zhì)（如堿性氮、重金屬等）對活性組分的污染破壞，保持催化劑良好

的活性和選擇性。

（三）粘結劑

粘結劑是一種“膠”，所有的催化劑組分如分子篩和基質(zhì)借助粘結劑結合在一

起，催化劑顆粒的物理完整性是由粘結劑提供的。目前通用的粘結劑主要有硅溶

膠粘結劑和鋁溶膠粘結劑，從催化劑性能上看，鋁溶膠的磨損強度和水熱穩(wěn)定性

較好，硅溶膠的焦炭選擇性較好。

2.4.2催化劑的使用性能

一個良好的催化劑應當滿足流化催化裂化工藝過程的全部需要。它對催化劑

的要求至少包括以下幾個方面：

（1）能夠正常循環(huán)流化操作。流化性能好，篩分分布適宜，耐磨損。

（2）對原料油有足夠的裂化能力及良好的產(chǎn)品分布。裂化活性高、活性穩(wěn)定

性好、產(chǎn)品選擇性好。

（3）抗污染能力強，能適應不同性質(zhì)原料要求。

（4）是良好的熱載體，能滿足兩器熱循環(huán)的需要。

決定催化劑使用性能的主要項目有催化劑的物理性質(zhì)和反應性能等。

（一）物理性質(zhì)

1.外觀

最早出現(xiàn)的催化裂化催化劑為小顆粒狀或小球狀。早期的流化催化裂化催化

劑是粉狀劑，由于粒度不均勻、外形不規(guī)則、強度差、流化性能差，逐步被微球

催化劑所替代。目前所使用的分子篩催化劑為白色或淺灰黃色微粒，顯微鏡下可

觀察為大小不一的球形穎粒，一般無明顯棱角，采用噴霧干燥成型技術生產(chǎn)的催

化劑，球形度更佳，流化性能好。催化劑的外觀，特別是球形度，對催化劑流化

有較大影響。

2.篩分組成

篩分組成是影響裝置流化操作的主要因素之一。催化劑是大小不一的顆?；?/p>

合體，小顆粒夾在大顆粒之間，可以起到潤滑作用，有利于流化；但小顆粒在裝

置中不易保留，損失大。目前催化劑顆粒直徑范圍一般在20?240Plm之間，平

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

均粒徑一般為60卜im左右。其中40?8011m為主要區(qū)間，小于40gm的稱之為細

粉，大于80gm的稱之為粗粉。平衡劑中40?80Hm的顆粒通常達到60%?80%,

細粉約占5%?15%。粗顆粒與細顆粒含量之比，叫“粗度系數(shù)”，粗度系數(shù)太大,

將影響裝置流化，平衡劑的粗度系數(shù)一般不大于3。不同裝置可以根據(jù)裝置特點

對新鮮催化劑篩分組成提出要求。

3.密度

由于催化劑是內(nèi)部布滿微孔的球狀顆粒，因此其密度也有多種表達方式。

①骨架密度：也稱作真實密度，即顆粒的質(zhì)量與骨架實體所占體積之比，范圍

一般在2.2?2.8g/mL。它只與催化劑的材料有關，由于催化劑的化學組成都

以氧化硅和氧化鋁為主，因此催化劑的真實密度與催化劑中的氧化鋁含量關

系密切，氧化鋁含量越高，真實密度也越大。

②堆積密度：指催化劑顆粒堆積在一起，包括催化劑顆粒和顆粒間空隙體積的

密度。堆積密度除了和催化劑的骨架密度，顆粒大小分布關系密切外，與顆

粒的堆積狀態(tài)有很大關系，因此根據(jù)催化劑的堆積狀態(tài)乂可分為：充氣密度、

沉降密度和壓緊密度。堆積密度用下式表達：

P地

式中夕堆--------堆積密度，g/mL；

CD-------樣品質(zhì)量，g;

V--------樣品體積，mLo

③表觀松密度：表觀松密度：簡稱ABD,是由顆粒密度，篩分組成和自然堆

積性能決定的參數(shù)。ABD測定結果與沉降密度較為接近，目前催化劑的ABD

范圍通常在0.6?0.8g/mL。

④顆粒密度：在測量時扣除催化劑顆粒之間的間隙，即包括微孔在內(nèi)的催化劑

顆粒體積，在該體積內(nèi)催化劑質(zhì)量即為催化劑顆粒密度。其值用下式表達：

"顆粒二/骨架/（1+。孔。骨架）

式中"顆粒---------顆粒密度，g/mL；

P骨架--------骨架密度，g/mL；

〃孔--------催化劑孔體積，mL/go

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

4.孔體積

指1g催化劑所具有的內(nèi)孔空間的mL數(shù)值，以mL/g表示單位。催化劑的孔

體積與催化劑組成和內(nèi)部孔結構有關，對同一種類催化劑，分子篩含量越多，孔

體積越大。由于催化裝置原料趨于重質(zhì)化，催化劑基質(zhì)也向大孔體積、小表面積

的方向發(fā)展。

5.比表面積

指單位重量催化劑內(nèi)外表面積之和，以m2/g為單位來表示。新鮮劑的比表

面一般在200~300m2/g,平衡催化劑比表面一般在100-120m2/g,催化劑的表面

積又可分為分子篩表面積和基質(zhì)表面積，分子篩表面積大，分子篩含量增加則比

表面變大。

6.燒灼減量

催化劑是吸水能力很強的物質(zhì)，通常含有13%?15%的水分，無論是自由水

還是結晶水，都不應當過高，否則在向再生器加劑時，催化劑會出現(xiàn)熱崩現(xiàn)象，

使催化劑損失增大，影響裝置平穩(wěn)操作。

7.磨損指數(shù)

在反應器、再生器和輸送管道中，催化劑顆粒之間以及催化劑顆粒與器壁之

間經(jīng)常發(fā)生激烈碰撞，為避免催化劑的過度粉碎，以保證良好的流化質(zhì)量和減少

磨損，要求催化劑具有一定的機械強度和耐磨性。催化劑磨損指數(shù)一般在2?5

范圍內(nèi)。

（二）反應性能

催化劑的反應性能是指與催化裂化反應直接有關的催化特性，包括催化劑的

活性、選擇性、穩(wěn)定性、抗金屬污染能力和再生性能等基本特性。

1.活性

催化劑的裂化活性，是在實驗室進行的標準條件試驗。用相同條件下催化劑

的裂化轉化率高低，來表征催化劑裂化活性的高低。由于催化裂化過程復雜，影

響裝置運行的因素很多，因此催化劑的實驗活性的高低，不能直接預測裝置的反

應結果，但是其無疑是反應催化劑催化裂化反應能力最重要的指標，是影響裝置

運行的重要因素之一，是裝置運行過程中監(jiān)控的主要參數(shù)之一。

理想情況下，催化劑應該能保持恒定的活性，但目前大多數(shù)工業(yè)催化劑在裝

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350萬噸/年催化裂化裝置工藝基礎知識（培訓教材）

置運行一段時間后活性都會降低，導致轉化率或產(chǎn)品分布變化。多種因素能使催

化劑失活，總的來說可分為三類：①催化劑的燒結或熱失活；②吸附毒物失活；

③結焦失活。

為了保證催化劑的活性符合生產(chǎn)要求，裝置設有冷、熱催化劑罐各一臺，還

有廢催化劑罐一臺，并配有相應的加料、卸料系統(tǒng)。一般來說，新鮮催化劑儲存

于冷催化劑罐中，用于補充日常催化劑損耗。熱催化劑罐用于儲存停工時卸出來

的熱催化劑。廢催化劑罐則用于儲存正常生產(chǎn)期間卸出來的平衡催化劑（也稱廢

催化劑）或三旋回收的催化劑細粉。

2.選擇性

催化劑的一個重要的特性是裂化反應選擇性，即裂化反應產(chǎn)物的分布或某些

產(chǎn)物的性質(zhì)。如汽油、柴油產(chǎn)率或輕質(zhì)油收率；也有一些工廠關心液化氣產(chǎn)率或

丙烯、C4烯蜂的收率；或者反過來，不希望的產(chǎn)物收率如焦炭產(chǎn)率、干氣產(chǎn)率

等；或者是重要產(chǎn)物的某些重要性質(zhì)，如汽油的辛烷值等，都是催化劑選擇性考

察的