綠色低碳高效導(dǎo)向煉油新工藝高級研修催化裂化流態(tài)化工程技術(shù)

氣固流態(tài)化技術(shù)

在催化裂化工藝中的應(yīng)用石油大學(xué)培訓(xùn)講座報告人：盧春喜主要內(nèi)容待生劑汽提及立管顆粒輸送4流化催化裂化工藝概況1提升管反應(yīng)器及后反應(yīng)系統(tǒng)2催化劑再生過程及裝備3FCC裝置中采用的旋風(fēng)分離器5催化裂化的總體工藝流程包括：反應(yīng)-再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)、再生煙氣能量回收系統(tǒng)和液化氣等。各系統(tǒng)功能：

1.反應(yīng)-再生系統(tǒng)：反再系統(tǒng)是催化裂化的核心，其目的是將原料反應(yīng)生成產(chǎn)品的氣體混合物，燃燒生成的焦炭，回復(fù)催化劑活性，提供反應(yīng)系統(tǒng)所需熱量；

2.分餾系統(tǒng)：將產(chǎn)品氣體混合物冷凝并分割成富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油和油漿；

3.吸收穩(wěn)定系統(tǒng)：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；

4.再生煙氣能量回收系統(tǒng)：利用CO鍋爐回收，燒掉煙氣中的CO，利用煙氣輪機(jī)發(fā)電，回收高溫再生煙氣的熱能。

200～300

℃再生催化劑600～750

℃反應(yīng)油氣490～510

℃2

～3s反應(yīng)溫度待生催化劑反再和分餾系統(tǒng)工藝流程圖等高并列提升管催化裂化裝置分餾塔沉降器再生器提升管提升管催化裂化裝置的類型催化裂化的反應(yīng)-再生系統(tǒng)有多種形式，如高低并列式、同軸式、同高并列式等至于分餾系統(tǒng)和吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)，在各催化裂化裝置中一般并無很大差別流態(tài)化在催化裂化中的應(yīng)用鼓泡流化床密相氣力輸送快速床或湍動床負(fù)壓差立管顆粒輸送流化床的形成過程細(xì)顆粒床層壓降隨表觀氣速的變化流化床的性質(zhì)形成流態(tài)化的幾個基本條件有一個合適的容器作為床體，底部有一個流體的分布器；有大小適中的足夠量的顆粒來形成床層;有連續(xù)供應(yīng)的流體充當(dāng)流化介質(zhì)；

流體的流速大于最小流化速度，但不能超過顆粒的帶出速度。

Geldart顆粒分類方法氣固流化床中顆粒的粒度和顆粒的表觀密度與氣體密度之差對流化特性有顯著的影響。Geldart(1973)在大量實驗的基礎(chǔ)上，提出了具有實用意義的顆粒分類法——Geldart顆粒分類法。這種分類方法只適用于氣固體系。如下圖所示，根據(jù)不同的顆粒粒度及氣固密度差，顆?？煞譃锳、B、C、D4種類型。A類顆粒A類顆粒稱為細(xì)顆?；蚩沙錃忸w粒，一般具有較小的粒度(30～100

m)及顆粒密度(

p<1400kg/m3)。A類顆粒的初始鼓泡速度umb明顯高于最小流化速度umf,并且床層在達(dá)到鼓泡點之前有明顯的膨脹。形成鼓泡床后，密相中空隙率明顯大于最小流化空襲率

mf，且密相中的氣固返混嚴(yán)重，氣泡相和密相之間氣體交換速度較高。隨著顆粒粒度分布變寬或平均粒度變小，氣泡尺寸隨之減少。FCC顆粒是典型的A類顆粒物料。B類顆粒B類顆粒物料稱為粗顆?；蚬呐蓊w粒，一般具有較大的粒度(100～600

m)及密度(

p>1400kg/m3)。其初始鼓泡速度umb和最小流化速度umf相等。因此，氣速一旦超過最小流化速度，床層內(nèi)立即出現(xiàn)兩相(氣泡相和乳化相)。乳化相又稱密相，其膨脹率基本等于最小流化空襲率

mf，且乳化相中氣固返混較小。氣泡相和乳化相之間氣體交換速度也較低，且氣泡尺寸幾乎與顆粒粒度分布寬窄及平均粒度無關(guān)，砂粒是典型的B類物料。C類顆粒C類顆粒屬于粘性顆?；虺?xì)顆粒，一般平均粒度在20

m以下。此類顆粒由于粒徑很小，顆粒間作用力相對較大，極易導(dǎo)致顆粒的團(tuán)聚。因其具有較強(qiáng)的粘聚性，極易產(chǎn)生溝流，所以極難流化。傳統(tǒng)上的觀點認(rèn)為這類顆粒物料不是很適宜流化床的操作。D類顆粒

D類顆粒屬于過粗顆粒或噴動用的顆粒，一般平均直徑在0.6mm以上。該類顆粒流化時產(chǎn)生極大氣泡或節(jié)涌，使操作難以穩(wěn)定。它更適用于噴動床。玉米、小麥顆粒等均屬于這類顆粒。流化床不同階段的狀態(tài)流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)流化床生成的三要素：

1.容器；

2.固體顆粒床層；

3.向上流動的流體流化床的基本構(gòu)件：

1.容器；

2.固體顆粒床層；

3.氣體分布器；

4.風(fēng)機(jī)或泵。

5.顆粒回收系統(tǒng)第2節(jié)提升管反應(yīng)器及后反應(yīng)系統(tǒng)提升管反應(yīng)器是催化裂化裝置的核心，是裂化反應(yīng)發(fā)生的場所，它由底部預(yù)提升段、霧化進(jìn)料段、反應(yīng)段構(gòu)成。早期催化裂化反應(yīng)器采用流化床層反應(yīng)器，后來由于活性更高的分子篩催化劑的發(fā)明，提升管反應(yīng)器逐漸完全替代了床層反應(yīng)器。提升管反應(yīng)器的優(yōu)點油氣和催化劑接近平推流流動，從而使精確控制反應(yīng)時間成為可能，顯著提高了產(chǎn)品的選擇性；由于采用更高的氣速，提升管反應(yīng)器具有更大的效率；提升管催化裂化裝置具有很好的操作彈性和靈活性，裝置處理量可以在很大范圍內(nèi)改變，也可根據(jù)市場變化，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品分布；提升管反應(yīng)器得到的產(chǎn)品質(zhì)量好于床層反應(yīng)器，汽柴油的安定性好，柴油十六烷值高。催化裂化提升管反應(yīng)器是一個變氣速的密相輸送流化床，工業(yè)上一般采用的氣速是入口處為4～8m/s，出口8～18m/s。提升管反應(yīng)器的直徑是由進(jìn)料量來決定的，提升管的高度由反應(yīng)時間來決定，工業(yè)上反應(yīng)時間多采用2～4s

一般提升管的上端出口處都設(shè)有氣-固快速分離機(jī)構(gòu)，用于使催化劑與油氣快速脫離接觸，以終止反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。

提升管反應(yīng)器的操作特點提升管內(nèi)氣固流動特征可以沿軸向分為三個區(qū)：1.入口混合加速段：也就是預(yù)提升段，偏流和返混嚴(yán)重，顆粒滑落系數(shù)大，密度高，高度一般在2.5～4m之間；

2.均勻加速段：已呈現(xiàn)環(huán)核流動結(jié)構(gòu)，顆?；湎禂?shù)開始減小，但顆粒仍在加速中，噴嘴一般安裝在這個區(qū)的中下部；

3.充分發(fā)展段：已呈現(xiàn)穩(wěn)定的環(huán)核流動結(jié)構(gòu)，顆粒濃度以及并不隨高度變化。預(yù)提升段內(nèi)兩相流動特征底部預(yù)提升段預(yù)提升段的功能是用氣體將再生斜管來的再生劑提升到一定高度，使其密度大小和分布能夠最佳地滿足油霧與催化劑充分均勻接觸的要求。一般采用蒸汽作為提升介質(zhì)，其缺點在于催化劑水熱失活較為嚴(yán)重。近年來，也有采用干氣或富氣作為提升介質(zhì)，其優(yōu)點是可以對部分重金屬起到鈍化作用，有利于降低干氣的產(chǎn)率，但缺點在于增加了富氣壓力機(jī)的負(fù)荷，增加了能耗。工業(yè)中最常采用的是Y型預(yù)提升結(jié)構(gòu)，但其缺點是底部區(qū)域催化劑存在顯著的偏流現(xiàn)象。反應(yīng)系統(tǒng)——預(yù)提升結(jié)構(gòu)背景：現(xiàn)有Y型結(jié)構(gòu)內(nèi)氣固流動偏心嚴(yán)重，截面分布很不均勻，對噴油進(jìn)料十分不利，又嚴(yán)重影響催化劑循環(huán)強(qiáng)度的提高。創(chuàng)新：開發(fā)一種“套筒式催化劑進(jìn)料結(jié)構(gòu)”，完全消除了氣固流動的偏心，在相同推動力下可提高催化劑循環(huán)強(qiáng)度30～50%。Y型預(yù)提升結(jié)構(gòu)——偏流嚴(yán)重預(yù)提升段設(shè)計的改進(jìn)洛陽石化工程公司開發(fā)新型預(yù)提升結(jié)構(gòu)中國石油大學(xué)開發(fā)的新型預(yù)提升結(jié)構(gòu)高效噴嘴進(jìn)料技術(shù)提升管反應(yīng)器是催化裂化的核心裝置之一。高價值的目的產(chǎn)品汽油、柴油和液化氣等均是在其內(nèi)獲得；在提升管反應(yīng)器進(jìn)料段內(nèi)，由進(jìn)料裝備噴出的大量霧化“原料油滴”與催化劑顆?；旌?并開始進(jìn)行裂化反應(yīng)。該區(qū)域內(nèi)“油滴”和催化劑的混合狀況對產(chǎn)品的收率與分布產(chǎn)生極為重要的影響。提升管反應(yīng)器提升管進(jìn)料段催化劑霧化噴嘴的重要性良好的進(jìn)料分布和氣化系統(tǒng)對獲得好的產(chǎn)品分布十分重要，一般要求原料油滴必須在1/4秒就被完全氣化，否則剩余部分就會變成液焦。為了快速完成油滴的氣化，必須要求原料油滴直徑盡可能減小。對于較重的重油原料，霧化噴嘴的性能將更加重要。國內(nèi)常用的霧化噴嘴進(jìn)料結(jié)構(gòu)喉管類霧化噴嘴：洛陽石化工程公司的LPC型、中科院力學(xué)所的KH系列、中國石油大學(xué)的CS型；靶式進(jìn)料霧化噴嘴：S&W公司的BX-II型；氣泡霧化噴嘴：中國石油大學(xué)的UPC型；旋流式霧化噴嘴：SEI的BWJ型SEI的BWJ噴嘴中國石油大學(xué)的UPC型噴嘴中國石油大學(xué)的CS型噴嘴S&W公司的靶式霧化噴嘴反應(yīng)時間的影響對于高活性的沸石催化劑，應(yīng)采用短的油劑接觸時間，通常只需要1～4s就可以達(dá)到所需的轉(zhuǎn)化率。應(yīng)盡可能選擇提高催化劑實際活性的方法來提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品選擇性，如提高劑油比的方法。冷催化劑循環(huán)技術(shù)傳統(tǒng)催化裂化裝置冷再生劑循環(huán)催化裂化裝置冷催化劑循環(huán)技術(shù)的優(yōu)點和難點后反應(yīng)系統(tǒng)后反應(yīng)系統(tǒng)催化裂化工藝流程示意圖沉降器提升管后反應(yīng)系統(tǒng)關(guān)鍵裝備技術(shù)后反應(yīng)系統(tǒng)示意圖國內(nèi)早期的快分系統(tǒng)倒L型T型傘帽型分離效率低，油氣停留時間長達(dá)20秒國內(nèi)早期的快分系統(tǒng)常規(guī)粗旋三葉快分國外的一些快分專利技術(shù)閉式直聯(lián)VDSVSS典型后反應(yīng)系統(tǒng)的對比(a)倒L型+兩級旋分下行返混氣量qg：>30%平均停留時間：20s分離效率：80～

90%P3<P2(b)粗旋+頂旋下行返混氣量qg：10～15%平均停留時間：>

10s分離效率：≤98%P3>P2(c)閉式直聯(lián)下行返混氣量qg：10～15%平均停留時間：5～

6s分離效率：≤98%P3>P2不同快分系統(tǒng)的油氣包容率油氣包容率，%T型快分開式直聯(lián)粗旋敞口粗旋閉式直聯(lián)VSS&VDSUOPLLC.FCCVortexSeparationTMTechnology:TheVDSTMDesignandVSSTMDesign..1.快分油氣直接進(jìn)入龐大的沉降器空間，油氣后反應(yīng)時間長達(dá)10～20s；2.沉降器結(jié)焦嚴(yán)重，經(jīng)常導(dǎo)致裝置非計劃停工。

據(jù)統(tǒng)計②，因反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦引起的非正常停工次數(shù)幾乎占總停工次數(shù)的一半以上。

傳統(tǒng)后反應(yīng)系統(tǒng)存在的主要問題油氣`油氣LetzschW.Fluidcatalyticcracking.Chapter6of“HandbookofPetroleum

Processing”,Eds.DAVIDS.J.,PujadoP.R.Springer,2006.pp.253.中國石油催化裂化裝置優(yōu)化運行調(diào)研組.中國石油催化裂化裝置優(yōu)化運行調(diào)研報告.2006.03.研究表明①：若能將油氣后反應(yīng)系統(tǒng)停留時間降至5秒以下，輕油收率可提高1.0個百分點，相當(dāng)于每年多產(chǎn)130萬噸的汽柴油，經(jīng)濟(jì)效益超過80億元。理想快分的功能和要求

快速終止主反應(yīng)及回收催化劑

1.油劑間的快速高效分離抑制二次裂化和結(jié)焦

2.分離催化劑的快速預(yù)汽提

3.油氣的快速引出

4.高的油氣包容率

(返混進(jìn)入沉降器空間的油氣量要小)“三快”+“兩高”“三快”的意義后反應(yīng)區(qū)油氣停留時間對干氣產(chǎn)率的影響降低干氣和焦炭收率；改善產(chǎn)品分布，提高輕收和液收LetzschW.Fluidcatalyticcracking.Chapter6of“HandbookofPetroleumProcessing”,Eds.DAVIDS.J.,Pujad′oP.R.Springer,2006.pp.253.“三快”的意義抑制沉降器結(jié)焦，延長裝置開工周期“兩高”的意義

催化劑的高效分離：

減少催化劑跑損，保證低的油漿固含量有助于實現(xiàn)油氣和催化劑的快速脫離

高的油氣包容率：

抑制油氣在沉降器空間的返混和結(jié)焦提高油氣的包容率是目前抑制沉降器結(jié)焦的最有效手段，對重油催化裂化裝置的長周期運轉(zhuǎn)至關(guān)重要高效離心分離系統(tǒng)方案總體構(gòu)思難點和關(guān)鍵：如何在保證高操作彈性下實現(xiàn)多種功能在同一臺設(shè)備上的高效耦合高效預(yù)汽提系統(tǒng)油氣快速導(dǎo)流結(jié)構(gòu)微負(fù)壓差排料結(jié)構(gòu)1.油劑間的快速高效分離2.分離催化劑的快速預(yù)汽提3.油氣的快速引出和高油氣包容率四個需克服的關(guān)鍵技術(shù)難題低壓降與高效快分結(jié)構(gòu)之間的矛盾

汽提蒸汽的引入與降低分離效率之間的矛盾

簡單的設(shè)備結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)高效預(yù)汽提之間的矛盾

油氣的快速引出與降低系統(tǒng)操作彈性間的矛盾

研究路線項目總體實施路線

實驗室研究實驗室流場和性能測試CFD模擬大型冷模和工業(yè)實驗大型冷模實驗工業(yè)實驗大型冷模實驗裝置高效旋流分離技術(shù)應(yīng)用場合創(chuàng)新點獨特的流線型旋臂結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了低壓降下的高分離效率；整體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了與內(nèi)提升管催化裂化裝置結(jié)構(gòu)的完美融合。壓降<3kPa，效率達(dá)到98.5%技術(shù)指標(biāo)授權(quán)專利ZL96103478.5ZL96103420.3內(nèi)提升管催化裂化裝置高效旋流分離技術(shù)內(nèi)提升管旋流頭的改進(jìn)過程

(a)弧板式旋流頭(b)旋臂式旋流頭（I型）(c)旋臂式旋流頭（II型）旋流分噴出口存在的短路流

旋流分離強(qiáng)化技術(shù)

旋流分離強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用場合創(chuàng)新點形成了利用隔流筒抑制二次流、強(qiáng)化離心力場的新方法。壓降<3.5kPa，效率達(dá)到99%技術(shù)指標(biāo)授權(quán)專利ZL02159407.4ZL02159408.2ZL200610162084.4大型內(nèi)提升管催化裂化裝置旋流分離強(qiáng)化技術(shù)隔流筒環(huán)形蓋板高效預(yù)汽提技術(shù)創(chuàng)新點利用帶裙邊開孔擋板實現(xiàn)了氣固間的高效錯流接觸。擋板開孔率和顆粒流率間的合理匹配。技術(shù)關(guān)鍵授權(quán)專利ZL96103419.XZL200610162095.2高效錯流擋板預(yù)汽提技術(shù)高效預(yù)汽提技術(shù)創(chuàng)新點借鑒氣液環(huán)流反應(yīng)器理念，首創(chuàng)了氣固密相環(huán)流技術(shù)最佳的環(huán)流結(jié)構(gòu)設(shè)計和匹配的操作條件技術(shù)關(guān)鍵授權(quán)專利ZL98102166.2ZL98204681.2ZL200610088923.2ZL00259076.X密相環(huán)流預(yù)汽提技術(shù)內(nèi)環(huán)外環(huán)高油氣包容率技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵優(yōu)化分離系統(tǒng)和預(yù)汽提器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理匹配分離系統(tǒng)的壓降。有效抑制了下排料口油氣的返混，提高了油氣包容率。應(yīng)用效果成功解決了油氣的快速引出與降低裝置操作彈性的技術(shù)難題。授權(quán)專利ZL01228805.5、ZL01100418.5、ZL200310121301.1微負(fù)壓差排料技術(shù)承插式油氣快速導(dǎo)流結(jié)構(gòu)高效預(yù)汽提技術(shù)油劑間的快速高效分離待生劑的快速預(yù)汽提油氣快速引出和高油氣包容率高效旋流分離技術(shù)高油氣包容率技術(shù)核心技術(shù)創(chuàng)新及其優(yōu)勢“三快兩高”的技術(shù)開發(fā)路線三大創(chuàng)新技術(shù)重油催化裂化高效后反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化集成的四種高效快分系統(tǒng)擋板汽提式粗旋快分系統(tǒng)(FSC)預(yù)汽提旋流快分系統(tǒng)(VQS)密相環(huán)流預(yù)汽提粗旋快分系統(tǒng)(CSC)帶隔流筒預(yù)汽提旋流式快分系統(tǒng)(SVQS)適用于外提升管FCC裝置適用于內(nèi)提升管FCC裝置FSC系統(tǒng)集成的創(chuàng)新技術(shù)高效擋板預(yù)汽提技術(shù)提高油氣包容率技術(shù)應(yīng)用情況適用于外提升管催化裂化裝置。1996年首次工業(yè)應(yīng)用，已有15套在工業(yè)裝置應(yīng)用（包括國內(nèi)最大的大連石化350萬噸/年RFCC），總加工量1223萬噸/年。表1FSC系統(tǒng)應(yīng)用情況序號采用FSC系統(tǒng)的工業(yè)裝置裝置規(guī)模投用時間1中石油前郭石化分公司重油FCC裝置8019972撫順石油一廠重油FCC裝置10019973撫順石油二廠重油FCC裝置10020004中原油田石化總廠FCC裝置5019985蘭州石化燃料動力廠FCC裝置5020006中石油遼河石化分公司FCC裝置8020017新疆澤普石化廠FCC裝置919998吉林江南煉廠FCC裝置919989吉林延邊煉廠FCC裝置15199610茂名石化三催化100200211吉化公司FCC裝置140200212大連石化FCC裝置350200213中石油呼和浩特石化分公司FCC裝置60200114中石油獨山子石化分公司FCC裝置50200115正和集團(tuán)FCC裝置302000VQS系統(tǒng)集成的創(chuàng)新技術(shù)高效氣固旋流分離技術(shù)高效擋板預(yù)汽提技術(shù)提高油氣包容率技術(shù)應(yīng)用情況適用于內(nèi)提升管催化裂化裝置。1998年首次工業(yè)應(yīng)用，已有20套在工業(yè)裝置應(yīng)用，總加工量2000萬噸/年。表2VQS系統(tǒng)應(yīng)用情況序號采用VQS系統(tǒng)的工業(yè)裝置裝置規(guī)模投用時間1中石化九江石化分公司二催化10020002中石化九江石化分公司一催化14020043中石油蘭州石化分公司一催化14020034中石油蘭州石化分公司二催化30020065中石化燕山石化分公司一催化8019986中石化金陵石化分公司二催化12020027中石化金陵石化分公司一催化10020038中石化長嶺石化分公司10020029青島大煉化MIP290200710中石化天津石化分公司MIP100200711黑龍江石化MIP40200312中石油哈爾濱石化分公司MIP60200513中原油田石化總廠MIP50200514前郭石化分公司MIP100200715玉門油田分公司二催化50200416中石油大慶石化分公司MIP100200917陜西延長石油集團(tuán)榆林石化MIP60200918陜西延長石油集團(tuán)永坪煉油廠MIP502009CSC系統(tǒng)集成的創(chuàng)新技術(shù)密相環(huán)流預(yù)汽提技術(shù)提高油氣包容率技術(shù)應(yīng)用情況適用于外提升管催化裂化裝置。2000年首次工業(yè)應(yīng)用，已有13套工業(yè)裝置應(yīng)用，總加工量1060萬噸/年。表3CSC系統(tǒng)應(yīng)用情況序號采用CSC系統(tǒng)的工業(yè)裝置裝置規(guī)模投用時間1勝華煉油廠FCC裝置1020002黑龍江石化廠FCC裝置4020013勝華煉廠兩段提升管FCC裝置5020024中石油前郭石化分公司FCC裝置8020025中石油大慶煉化分公司ARGG裝置18020026中石油大慶煉化分公司ARGG裝置10020037中石油獨山子石化分公司FCC裝置8020048中石化揚子石化分公司FCC裝置8020039中石油呼和浩特石化分公司FCC裝置80200510中石油遼河石化分公司FCC裝置80200611中石油格爾木石化分公司FCC裝置60200712中海油惠州煉化MIP裝置120200813中石化廣石化分公司FCC裝置1002009SVQS系統(tǒng)集成的創(chuàng)新技術(shù)氣固旋流分離強(qiáng)化技術(shù)高效擋板預(yù)汽提技術(shù)提高油氣包容率技術(shù)應(yīng)用情況適用于大處理量內(nèi)提升管催化裂化裝置。2006年首次工業(yè)應(yīng)用，已有4套在工業(yè)裝置應(yīng)用，總加工量400萬噸/年。四種快分系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)計應(yīng)用情況類型應(yīng)用套數(shù)裝置加工量（萬噸/年）備注20應(yīng)用效果FSC151223VQS2000CSC131060SVQS4400

累計應(yīng)用52套，規(guī)模從9萬噸/年到350萬噸/年（國內(nèi)最大規(guī)模），總加工量超過4000萬噸/年，接近國內(nèi)催化裂化總加工量的30%，涵蓋了國內(nèi)所有類型的催化裂化裝置，已形成系列化技術(shù)?？商岣咻p油收率1.0個百分點，干氣和焦炭產(chǎn)率均降低0.5個百分點以上；可顯著延長裝置開工周期；具有比國外同類先進(jìn)技術(shù)更大的操作彈性和更好的操作穩(wěn)定性。與UOP公司VDS和VSS系統(tǒng)的對比

主要技術(shù)特征和指標(biāo)本項目快分系統(tǒng)VDS和VSS催化劑排料方式微負(fù)壓正壓油氣引出方式承插式直聯(lián)閉式直連汽提段蒸汽引出方式從頂旋入口引出，對快分分離效率影響小從排料口進(jìn)入快分再進(jìn)入頂旋，對快分分離效率影響大油氣停留時間＜5s＜5s預(yù)汽提方式高效預(yù)汽提結(jié)構(gòu)空筒99%95%大?。?00萬＞2000萬48套4套分離效率操作彈性單套改造成本國內(nèi)應(yīng)用情況技術(shù)鑒定水平：國際先進(jìn)14項專利授權(quán)技術(shù)水平所獲獎勵：

★國家科技進(jìn)步二等獎(2010)

★中國石油與化學(xué)工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎(2009)★教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(2009)第3節(jié)催化劑再生過程及裝備裂化再生劑的再生催化劑上沉積的焦炭是一種縮合產(chǎn)物，它的主要成分是碳和氫，其經(jīng)驗分子式可寫成（CHn）m，n=0.5～1.0通常離開反應(yīng)器時的催化劑(待生劑)上含炭約1%，對分子篩催化劑一般要求再生劑上的碳含量降到0.1%甚至0.05%以下通過再生只能恢復(fù)催化劑由于結(jié)焦而喪失的活性，但不能恢復(fù)由于結(jié)構(gòu)變化及金屬污染而引起的失活催化劑的再生過程決定著整個裝置的熱平衡和生產(chǎn)能力再生反應(yīng)和再生反應(yīng)熱再生反應(yīng)的熱效應(yīng)與焦炭的組成(H/C)及再生煙氣中的CO2/CO比值有關(guān)，一般CO2/CO=1.1～1.3

再生反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)相當(dāng)大，足以提供本裝置熱平衡所需要的熱量

再生反應(yīng)速度決定再生器的效率，它直接對催化劑的活性、選擇性，裝置的生產(chǎn)能力有重要的影響

燒焦反應(yīng)是個非催化反應(yīng)，反應(yīng)速度受化學(xué)反應(yīng)控制

不同催化劑上的燒碳反應(yīng)速度不同主要是由于焦炭的組成及結(jié)構(gòu)不同

再生反應(yīng)動力學(xué)燒焦中氫的燃燒速度是燒碳反應(yīng)的1.8～2.4倍，且對氫和碳來說均是一級反應(yīng)，所以當(dāng)催化劑上的碳85%被燒掉時，焦炭中的氫已幾乎全部燒掉①再生溫度溫度提高10℃，燒碳速度可提高15～20%，但提高溫度受催化劑穩(wěn)定性和設(shè)備材料的限制②氧分壓—再生壓力碳的燃燒速度與氧分壓成正比：

a.提高再生器壓力就可以提高氧分壓，從而加快燃燒速度；如再生壓力↗，反應(yīng)壓力↗，反應(yīng)物濃度↗，反應(yīng)速度↗，再生壓力一般為1.4～2.0atm(表)b.提高過剩氧濃度影響燒焦速率的主要因素③催化劑含碳量催化劑的含碳量越高，燒焦速度越快，但再生的目的就是降低再生催化劑的含碳量，所以操作上不可能用提高再生劑含碳量的方法來加快燒焦速度④再生器催化劑藏量再生器催化劑藏量W增加，則停留時間t增加，燒焦程度深，但要求再生器尺寸增大，限制了燒焦能力影響燒焦速率的主要因素對催化裂化再生器的要求較低的再生劑含碳量，一般為0.05～0.10wt%，較好的可低于0.05wt%；較高的燃燒強(qiáng)度，以再生器內(nèi)有效藏量為準(zhǔn)，一般要求為100～250kg/(t?h)；催化劑的減活環(huán)境和磨損條件比較緩和；空氣利用效率高，設(shè)備簡單，易于操作，能耗、設(shè)備投資和操作成本較低；能滿足環(huán)保要求。催化劑再生過程的本質(zhì)焦炭碳?xì)?O2CO2+CO+H2O恢復(fù)分子篩催化劑的活性碳含量能耗高效再生器(高的氣固相轉(zhuǎn)化率)焦炭和氧氣的分布要匹配降低氣固返混提高氣固接觸效率再生工藝單段再生兩段再生快速床再生單段再生溫度：650～730℃;氣速：0.8～1.2m/s;特點：結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，缺點是所需再生劑藏量大，催化劑水熱失活嚴(yán)重，燒焦強(qiáng)度低。單段再生300~500kg/m3<100kg/m3再生器中采用的氣體分布器蝶形板式分布器樹枝狀管式分布器兩段再生單器錯流再生單器逆流兩段再生雙器兩段錯流再生雙器逆流兩段再生大型兩段RCC再生器印度Reliance煉廠FCC再生器：直徑：16.3m

高：42m

重量：1200噸兩段再生是把燒碳過程分為兩個階段進(jìn)行，一般用于重油催化裂化裝置。與單段相比，兩段再生的主要優(yōu)點是：①對于全混床反應(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，停留時間較短。因此，第二段可采用較高的再生溫度。缺點是結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜，造價高，能耗高。兩段再生的特點快速床(循環(huán)流化床)再生操作特點：氣速范圍為1.2～1.8m/s，已進(jìn)入了快速床操作域，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，燒焦強(qiáng)度可接近500kg/(ton.h)。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；在快速流化床區(qū)域，必須有較大的固體循環(huán)量才能保持較高的床層密度和床層操作溫度；缺點是二密相流化質(zhì)量較差，燒焦強(qiáng)度很低，不利于顆粒的輸送?？焖俅泊?lián)再生特點：

1.燒焦罐全部燒焦空氣均進(jìn)入上部二密相床層再生器，二密相床層比燒焦罐再生器流化質(zhì)量好，有利于催化劑的輸送，綜合燒焦強(qiáng)度高于燒焦罐再生器；

2.受催化劑水熱失活限制，二密相操作溫度不能太高。

重油催化裂化裝置的外取熱器由于重油催化裂化裝置中生焦量較大，再生放熱大于反應(yīng)需熱，因此需要移熱設(shè)備移去過剩的熱量，以維持裝置的熱平衡；移熱設(shè)備分內(nèi)取熱器和外取熱器兩類：內(nèi)取熱器由于取熱面積固定，取熱能力調(diào)節(jié)較差；外取熱器設(shè)置在再生器筒體外部，可以通過調(diào)節(jié)催化劑流率、操作氣速、催化劑料位等手段靈活調(diào)節(jié)取熱量，操作彈性可在0～100%之間變動。內(nèi)取熱器外取熱器類型1：下行式外取熱器類型3：高速上行式外取熱器類型2：低速上行式外取熱器類型4：返混式外取熱器類型5：氣控式內(nèi)循環(huán)外取熱器外取熱器FCC外取熱器換熱元件鼠籠換熱管釘頭管翅片管單器逆流強(qiáng)化再生技術(shù)FCC再生器內(nèi)構(gòu)件的應(yīng)用環(huán)境和要求高速湍動流化床（0.8~1.2m/s）；溫度高（最高接近750℃）；存在催化劑的磨蝕；要求長周期安全運行，必須保證耐磨要求和足夠的剛度；要求不能對催化劑流動和旋分器的操作產(chǎn)生不利影響。Crosser格柵自由床和擋板床的對比流化質(zhì)量擋板對顆粒返混的抑制u0(m/s)顆粒帶出流率,kg/m2.s凈減少量(kg/m2.s)相對減少量（%）FFB(3-D)BFB-3(3-D)0.260.0410.0280.013320.3480.0950.0680.027280.4350.1790.1540.025140.5230.4190.2920.127300.6120.7010.5340.167240.7271.351.240.11180.9792.442.49-0.050-2顆粒夾帶量自由床和擋板床的對比Crosser格柵的工業(yè)應(yīng)用Crosser格柵遼河石化分公司80萬噸/年重油催化裂化裝置再生器改造（2009.04）應(yīng)用效果：

1.床層徑向溫度差由改造前的6～8℃減小到1～3℃；

2.主風(fēng)耗量降低10%；3.燒焦強(qiáng)度提高15%。

中海油中捷石化50萬噸/年重油催化裂化裝置再生器改造（2012.06）第4章待生劑汽提及立管顆粒輸送待生劑的有效汽提可以降低進(jìn)入再生器的焦炭量（主要表現(xiàn)在焦炭中氫含量的降低），從而可以提高產(chǎn)品收率，降低再生溫度。再生劑的脫氣或汽提可以減少帶入反應(yīng)系統(tǒng)中的煙氣量，降低富氣壓縮機(jī)負(fù)荷和裝置能耗。顆粒在立管中的順暢穩(wěn)定輸送是保障催化裂化裝置運行的關(guān)鍵之一，很多裝置非計劃停工都是源于立管故障。FCC裝置的立管包括待生立管、再生立管、二段再生循環(huán)管、外取熱器顆粒循環(huán)管。汽提器在催化裂化裝置中的作用待生劑汽提器：催化焦污染焦附加焦

可汽提焦（劑油比焦）催化劑顆粒間夾帶的油氣再生劑汽提器（又稱脫氣罐）：

夾帶和吸附的煙氣占總油氣量的2～4%催化劑汽提過程概述過程描述:

通過汽提介質(zhì)（通常為水蒸汽）來置換吸附在催化劑內(nèi)孔和夾帶在催化劑顆粒間的氣體（油氣或煙氣）。流動狀態(tài):

負(fù)壓差下的廣義密相鼓泡流化床表觀氣速：0.15～0.25m/s

顆粒質(zhì)量流量：49~65kg/m2.s傳質(zhì)過程:

宏觀微觀汽提器性能評價標(biāo)準(zhǔn)和影響因素評價標(biāo)準(zhǔn):氫碳比（H/C）ΔCoke（Δx=x/(C/O)）汽提效率影響因素:汽提蒸汽用量汽提時間

傳質(zhì)效率和顆?；旌掀釡囟却呋瘎┙Y(jié)構(gòu)傳統(tǒng)汽提技術(shù)的不足擋板下方的空隙擋板上方流化死區(qū)（１）空間利用率很低，顆粒實際停留時間縮短；（２）存在局部流化死區(qū)；傳統(tǒng)汽提技術(shù)的不足（３）偏流嚴(yán)重，橫截面上汽提介質(zhì)分布、催化劑流率和密度都很不均勻；傳統(tǒng)汽提技術(shù)的不足（4）當(dāng)催化劑質(zhì)量流率較大的時候，催化劑容易在變徑處形成架橋，另外會出現(xiàn)大量汽提介質(zhì)周期性地被催化劑夾帶、大量涌入再生器的現(xiàn)象（flooding），結(jié)果造成待生立管流動產(chǎn)生劇烈波動，造成裝置的不穩(wěn)定操作。國內(nèi)外汽提新技術(shù)改進(jìn)型擋板結(jié)構(gòu)（洛陽工程公司）AFtray（UOP）密集開孔，改善氣固接觸國內(nèi)外汽提新技術(shù)AFgrids（UOP）AFpacking（UOP）國內(nèi)外汽提新技術(shù)Dynaflux汽提技術(shù)（KBR＆Mobil）KFBETM填料式汽提器（Koch－Glisch）氣固密相環(huán)流汽提器

中心氣升式氣液環(huán)流反應(yīng)器中心氣升式密相環(huán)流汽提器實現(xiàn)待生催化劑與新鮮汽提蒸汽的多次高效接觸新型兩段密相環(huán)流汽提器兩段環(huán)流汽提器技術(shù)優(yōu)勢：

氣固接觸效率高不存在已汽提油氣被再次吸附夾帶的的問題結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用于重油催化裂化裝置組合式環(huán)流待生劑汽提技術(shù)

（MSCS(Multi-StageCirculationStripper))應(yīng)用情況：

次數(shù)：兩套（80萬噸/年）

應(yīng)用效果：

輕收和液收提高約1%；

H/C比降至6%以下；再生溫度和取熱器負(fù)荷顯著降低。

組合式環(huán)流汽提器高效錯流汽提擋板新型環(huán)流汽提器揚子石化80萬噸/年RFCC汽提段改造方案最初：單段人字擋板第一次改造：兩段盤環(huán)形擋板擋板本次改造方案：錯流擋板（上段）+兩段環(huán)流汽提器（下段）工業(yè)應(yīng)用方案的數(shù)值模擬人字型擋板汽提器盤環(huán)型擋板汽提器新型汽提結(jié)構(gòu)氣體/催化劑的平均停留時間及方差人字型擋板汽提器盤環(huán)型擋板汽提器新型汽提結(jié)構(gòu)tm/s氣體514473催化劑263266356σθ2氣體0.220.210.19催化劑0.340.410.29操作條件變化情況產(chǎn)品分布，%人字擋板式汽提器盤環(huán)型擋板汽提器兩段環(huán)流汽提器酸性氣0.440.420.45干氣3.352.52.0液態(tài)烴18.418.218.51汽油37.5737.441.13輕柴油27.7229.3927.12油漿4.064.44.7焦炭8.277.415.84損失0.190.280.25總計100100100輕油收率，%65.2966.7968.25總液收，%83.6384.9986.31改造前后產(chǎn)品分布變化工業(yè)應(yīng)用效果循環(huán)管線松動技術(shù)立管流動的四種形式流態(tài)化流動和粘附滑移流動再生斜管與立管中催化劑流型保持循環(huán)管線充氣流動的條件管線上充氣點的合理布置

1.根據(jù)工業(yè)立管的具體設(shè)計，確定松動點個數(shù)及其位置；

2.松動風(fēng)管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。適宜充氣量的計算通過大量實驗研究和工業(yè)實踐發(fā)現(xiàn)：充氣量主要與催化劑物性、催化劑循環(huán)強(qiáng)度、輸送管線的直徑和輸送管線的長度有關(guān)，其計算關(guān)聯(lián)式可表示為：敏感充氣點的確定管線拐彎處、變徑處、滑閥以上為敏感松動點、其他為一般松動點。充氣量的合理配置根據(jù)總充氣量，按敏感松動點給風(fēng)量為一般松動點2～6倍進(jìn)行給風(fēng)量配置。計算充氣量所需計算參數(shù)

管內(nèi)徑D(mm)管線總長度L(m)催化劑循環(huán)量（T/h）半再生立管105019

1580再生立管及斜管105023待生斜管10828.78充氣量計算結(jié)果

總充氣（汽）量m3/h標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣（汽）量Nm3/h充氣質(zhì)量流量kg/h半再生立管1243.3864.3

1338.3再生立管及斜管1505.591098.1

1620待生斜管610.5534656.9典型再生斜管松動點設(shè)置該套理論和技術(shù)改進(jìn)了現(xiàn)有立管松動的工業(yè)設(shè)計方法，已在眾多工業(yè)裝置中獲得應(yīng)用，包括：1.大慶煉化180萬噸/年ARGG；

2.前郭石化80萬噸/年催化；

3.格爾木煉油廠80萬噸/年催化；

4.燕山石化2套催化裝置；

5.武漢石化100萬噸/年催化；

6.呼和浩特石化80萬噸/年催化。第5節(jié)FCC裝置中采用的旋風(fēng)分離器反應(yīng)器：快分+頂旋再生器：兩級旋分（器內(nèi)/器外）三旋和四旋（器外）性能要求：效率：99.99%~99.999%使用周期：3～10年催化裂化裝置中旋分器的分類回收催化劑

1.沉降器頂旋

2.再生器一旋和二旋反應(yīng)終止+回收催化劑提升管末端快分（RiserTerminationDevice，簡稱RTD）環(huán)保+保障煙氣輪機(jī)長周期運行再生器三旋三旋輔助分離設(shè)備再生器四旋第一類：通用型旋風(fēng)分離器應(yīng)用領(lǐng)域再生器反應(yīng)器操作條件溫度，℃壓力，Mpa入口顆粒濃度，g/m3650~7400.15~0.283000~10000480~5500.15~0.28100~5000分離要求及其目的為回收高溫?zé)煔饽芰?，要求除凈大?0mm的顆粒，濃度小于150～200mg/m3（包括三旋,否則為0.5～1g/m3）為節(jié)約昂貴的催化劑，要求凈化后濃度降至0.5～1g/m3，油漿固含量降至4～6g/l常用設(shè)備情況兩級切流式旋風(fēng)分離器串聯(lián)，有時還需要一個第三級多管式旋風(fēng)分離器兩級切流式旋風(fēng)分離器串聯(lián)，如果有高效的快分，可以只用一級旋分國內(nèi)早期使用的催化裂化旋分器D型B型GE型DE型PV型

PV型旋分器的結(jié)構(gòu)特點PV型旋分器四參數(shù)優(yōu)化組合設(shè)計方法

旋分器尺寸分類優(yōu)化方法

三類尺寸:第一類：只對效率有影響、對壓降基本無影響: