第三章_催化裂化装置

1、第二章 催化裂化装置岗位群 第二章第二章 催化裂化岗位群催化裂化岗位群 Catalytic cracking unit第二章 催化裂化装置岗位群 燃料生产中一个重要的问题：如何将原油中的重质燃料生产中一个重要的问题：如何将原油中的重质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品？馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品？ 重质油转化为轻质油重质油转化为轻质油 从大分子分解为较小的分子从大分子分解为较小的分子 主要依靠分解反应（热反应和催化反应）主要依靠分解反应（热反应和催化反应） 从低从低H/CH/C的组成转化成较高的组成转化成较高H/CH/C的组成的组成 脱碳（溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等）脱碳（溶剂脱沥青、

2、催化裂化、焦炭化等） 加氢（加氢裂化）加氢（加氢裂化）第二章 催化裂化装置岗位群 催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一，在汽油催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质产品的生产中占有很重要的地位。和柴油等轻质产品的生产中占有很重要的地位。 催化裂化是重质油在催化裂化是重质油在酸性催化剂酸性催化剂存在下，在存在下，在500左左右、右、11053105Pa下发生裂解，生成下发生裂解，生成轻质油、气轻质油、气体和焦炭体和焦炭的过程。催化裂化是现代化炼油厂用来改质的过程。催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术，是炼厂获取经济效益重质瓦斯油和渣油的核心技术，是炼厂获

3、取经济效益的重要手段。的重要手段。第二章 催化裂化装置岗位群催化裂化能力在各个主要二次加工工艺中居于首位催化裂化能力在各个主要二次加工工艺中居于首位。第二章 催化裂化装置岗位群催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是也是重油轻质化重油轻质化的核心工艺的核心工艺 催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要手段手段 催化裂化于催化裂化于19361936年实现工业化年实现工业化 催化裂化原料：重质馏分油催化裂化原料：重质馏分油( (减压馏分油、焦化馏分油减压馏分油、焦化馏分油) )、

4、常压重油、减渣、脱沥青油常压重油、减渣、脱沥青油 一、催化裂化的原料和产品一、催化裂化的原料和产品主要控制指标：金属含量和残碳值主要控制指标：金属含量和残碳值 Ni+VNi+V：不大于：不大于 20 PPm20 PPm 残碳：不大于残碳：不大于 6%6%产品分布：产品分布： 气体气体:10:1020%20%，气体中主要是，气体中主要是C C3 3、C C4 4，烯烃含量很，烯烃含量很高高 汽油汽油: :产率在产率在303060%60%之间，辛烷值较高，约之间，辛烷值较高，约808090 90 柴油柴油: :产率在产率在0 040%40%， 十六烷值较低，需调和或精十六烷值较低，需调和或精制制

5、油浆：产率在油浆：产率在0 010% 10% 焦炭焦炭: :产率在产率在5%5%10%10%，原子比大约是，原子比大约是C:H=1:0.3C:H=1:0.31 1 2022-5-78图图2-1 2-1 催化裂化生产工艺方框流程图催化裂化生产工艺方框流程图2022-5-79图图2-2 重油催化裂化工艺原则流程图重油催化裂化工艺原则流程图1 原料加热炉原料加热炉 2 提升管反应器提升管反应器 3 沉降器沉降器 4 再生器再生器 5 辅助燃烧室辅助燃烧室 6 外取热器外取热器 7 分馏塔分馏塔 9 油气分离器油气分离器 10 柴油汽提塔柴油汽提塔11 气压机气压机 12 吸收塔吸收塔 13 气压机出

6、口油气分离器气压机出口油气分离器 14 解吸塔解吸塔 15 再吸收塔再吸收塔 16 稳定塔稳定塔 17 稳定塔回流罐稳定塔回流罐 18 液化气碱洗罐液化气碱洗罐2022-5-71010一、催化裂化反应一、催化裂化反应（一）单体烃的催化裂化反应（一）单体烃的催化裂化反应 1、烷烃、烷烃 烷烃主要发生分解反应，生成较小分子的烷烃烷烃主要发生分解反应，生成较小分子的烷烃和烯烃，生成的烷烃又可分解成更小的分子。和烯烃，生成的烷烃又可分解成更小的分子。 岗位一岗位一 反应岗反应岗 2022-5-71111 烷烃分解多从中间的烷烃分解多从中间的C-C键断裂，而且分子越大越键断裂，而且分子越大越易断裂。易断

7、裂。 碳数相同的链状烃中，异构烷烃比正构烷烃易分碳数相同的链状烃中，异构烷烃比正构烷烃易分解。解。C16H34C8H16 + C8H18 2022-5-71212 2、烯烃、烯烃 烯烃的主要反应也是分解反应，但还有一些其烯烃的主要反应也是分解反应，但还有一些其它重要反应。它重要反应。 （1）分解反应）分解反应 分解为两个较小分子的烯烃。分解为两个较小分子的烯烃。 烯烃的分解反应比烷烃快；大分子烯烃分解快烯烃的分解反应比烷烃快；大分子烯烃分解快于小分子；异构烯烃分解快于正构烯烃。于小分子；异构烯烃分解快于正构烯烃。2022-5-7石油化工过程系统概论1313 （3）氢转移反应）氢转移反应 两个烯

8、烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和两个烯烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和二烯烃；二烯烃； 环烷烃或环烷芳烃放出氢使烯烃饱和而自环烷烃或环烷芳烃放出氢使烯烃饱和而自身变成稠环芳烃。身变成稠环芳烃。2022-5-71414 （4）芳构化反应）芳构化反应 烯烃环化脱氢生成芳烃。烯烃环化脱氢生成芳烃。CCCCCCCCH32022-5-71515 3、环烷烃、环烷烃 （1）环断裂生成烯烃，烯烃继续反应；）环断裂生成烯烃，烯烃继续反应； （2）长侧链断裂；）长侧链断裂； （3）通过氢转移转化为芳烃；）通过氢转移转化为芳烃； （4）五员环烷烃）五员环烷烃 六员环烷烃六员环烷烃 芳烃芳烃 异构脱氢2022-5-

9、71616 4、芳香烃、芳香烃 （1）芳烃的芳核非常稳定，难以进行反应；）芳烃的芳核非常稳定，难以进行反应； （2）烷基侧链发生断裂生成较小分子的烯烃；）烷基侧链发生断裂生成较小分子的烯烃； （3）多环芳烃）多环芳烃 稠环芳烃稠环芳烃 焦炭焦炭2022-5-7石油化工过程系统概论1717 （二）烃类催化裂化反应的机理（二）烃类催化裂化反应的机理 烃类的催化裂化反应遵循正碳离子反应机理。所烃类的催化裂化反应遵循正碳离子反应机理。所谓正碳离子，是指缺少一对价电子的碳所形成的烃离谓正碳离子，是指缺少一对价电子的碳所形成的烃离子，如：子，如：RCH2 + 正碳离子的基本来源是由一个烯烃分子获得一正碳离

10、子的基本来源是由一个烯烃分子获得一个氢离子而生成，如：个氢离子而生成，如：CnH2n + H+CnH2n+1 +2022-5-71818 1、正碳离子的形成、正碳离子的形成 （1）烯烃与质子酸（）烯烃与质子酸（H+）作用）作用 （2）芳烃与质子酸（）芳烃与质子酸（H+）作用）作用RCH=CH2 + H+RCHCH3+ H+2022-5-71919（3）烷烃在非质子酸中心脱去）烷烃在非质子酸中心脱去H-RCH2CH2 + LRCHCH3 + LH-+正碳离子的正碳离子的稳定性强弱稳定性强弱顺序为：顺序为：叔正碳离子叔正碳离子仲正碳离子仲正碳离子伯正碳离子伯正碳离子乙基正碳离子乙基正碳离子甲基正碳

11、离子甲基正碳离子2022-5-72020 2、正碳离子的反应、正碳离子的反应 （1）氢或烷基转移的异构化反应，是催化裂化）氢或烷基转移的异构化反应，是催化裂化的特有反应，导致产物中异构烃较多。的特有反应，导致产物中异构烃较多。 RCH2CH2CH2RCH2CHCH3+RCHCH2CH3+RCCH3CH3+产物中异构烃多，有产物中异构烃多，有利于汽油辛烷值提高利于汽油辛烷值提高2022-5-72121（2）断裂反应断裂反应正碳离子裂解生成烯烃和碳数较少的正碳离子。正碳离子裂解生成烯烃和碳数较少的正碳离子。RCH2CH2CHCH3+RCH2 CH2CHCH3+（3）氢转移反应）氢转移反应正碳离子进

12、一步异构化和断裂，导致气体中C3、C4含量很高2022-5-722222022-5-72323（三）石油馏分的催化裂化反应特征（三）石油馏分的催化裂化反应特征 1. 各烃类的各烃类的吸附竞争和对反应的阻滞作用吸附竞争和对反应的阻滞作用 催化反应的先决条件是：反应原料首先在催化剂表催化反应的先决条件是：反应原料首先在催化剂表面吸附。面吸附。2022-5-72424l（1）各类烃之间的竞争吸附和对反应的阻滞作用l反应的5个步骤la.反应物向催化剂表面扩散；lb.反应物在催化剂表面吸附lc.被吸附反应物在催化剂表面发生反应ld. 产物由催化剂表面脱附le.产物离开催化剂表面向周围介质中扩散l化学吸附

13、l吸附顺序：稠环芳烃稠环芳烃 稠环环烷烃稠环环烷烃 烯烃烯烃 单烷基侧链单烷基侧链单环芳烃单环芳烃 环烷烃环烷烃 烷烃烷烃l同族烃类分子量大的吸附能力强2022-5-72525扩散到内孔扩散到内孔反应原料从主气流扩散到催化剂表面反应原料从主气流扩散到催化剂表面催化剂表面吸附催化剂表面吸附发生反应发生反应 反应产物从催化剂表面脱附反应产物从催化剂表面脱附产物从内孔扩散出产物从内孔扩散出产物扩散到主气流中产物扩散到主气流中2022-5-72626吸附能力顺序：吸附能力顺序： 稠环芳烃稠环芳烃 稠环环烷烃稠环环烷烃 烯烃烯烃 单烷基侧链的单环芳烃单烷基侧链的单环芳烃 环烷烃环烷烃 烷烃烷烃反应速率：

14、反应速率：烯烃烯烃 大分子单烷基侧链的单环芳烃大分子单烷基侧链的单环芳烃 异构烷烃及环烷烃异构烷烃及环烷烃 小分子单烷基侧链的单环芳烃小分子单烷基侧链的单环芳烃 正构烷烃正构烷烃 稠环芳烃稠环芳烃2022-5-72727 稠环芳烃首先占据催化剂表面，反应很慢，不稠环芳烃首先占据催化剂表面，反应很慢，不易脱附，直至缩合成焦炭，妨碍了其它烃类的吸附易脱附，直至缩合成焦炭，妨碍了其它烃类的吸附和反应。和反应。 这一特点对指导生产的意义：这一特点对指导生产的意义： 芳香基原料油、催化裂化循环油或油浆（其中芳香基原料油、催化裂化循环油或油浆（其中含较多的稠环芳烃）较难裂化，须选择合适的反应含较多的稠环芳

15、烃）较难裂化，须选择合适的反应条件或先加氢转化成环烷烃。条件或先加氢转化成环烷烃。2022-5-72828 2. 复杂的平行复杂的平行顺序反应顺序反应重质石油馏分重质石油馏分中间馏分中间馏分气体气体焦炭焦炭缩合产物缩合产物汽油汽油2022-5-72929常规常规FCC反应器反应器预提升介质预提升介质再生催化剂再生催化剂高温、短高温、短停留时间停留时间 停留时停留时间短间短 平均温平均温 度较高度较高MIP反应器反应器预提升介质预提升介质进料进料平均温平均温度较低度较低 高温、短停高温、短停留时间留时间停留时停留时间长间长急冷剂急冷剂再生催化剂再生催化剂进料进料2022-5-730302022-

16、5-7石油化工过程系统概论3131反应深度对产品分布有重要影响反应深度对产品分布有重要影响2022-5-7石油化工过程系统概论3232 3、 反应产物的特点反应产物的特点 由于催化裂化过程中除裂解外还会发生异构化、由于催化裂化过程中除裂解外还会发生异构化、氢转移和芳构化反应，其产物在组成上又如下特点：氢转移和芳构化反应，其产物在组成上又如下特点： （1）气体的组成以）气体的组成以C3、C4为主，两者合计占气体为主，两者合计占气体的的80，其中烯烃占，其中烯烃占2/3，C4中相当部分是异构的。中相当部分是异构的。 （2）汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值较高；）汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值

17、较高；基本不含二烯烃，稳定性较好。基本不含二烯烃，稳定性较好。2022-5-7石油化工过程系统概论3333 （3）柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直）柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直馏柴油调合使用。馏柴油调合使用。 （4）由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必然在）由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必然在催化剂表面形成高度缩合的产物焦炭。催化剂表面形成高度缩合的产物焦炭。2022-5-7石油化工过程系统概论3434 四、影响催化裂化反应的因素四、影响催化裂化反应的因素 1. 几个基本概念：几个基本概念： (1) 转化率转化率表示催化裂化反应深度表示催化裂化反应深度 转化率转化率= （100

18、未转化的原料）未转化的原料）/100100 科研和生产中：科研和生产中： 转化率转化率= 气体产率气体产率+汽油产率汽油产率+焦炭产率焦炭产率2022-5-7石油化工过程系统概论3535单程转化率单程转化率=（气体（气体+汽油汽油+焦炭）焦炭）/总进料总进料 总进料总进料=新鲜原料新鲜原料+回炼油回炼油+回炼油浆回炼油浆 总转化率总转化率= （气体（气体+汽油汽油+焦炭）焦炭）/新鲜进料新鲜进料2022-5-7石油化工过程系统概论3636 (2) 空速和反应时间空速和反应时间 空速空速=进料速率进料速率/催化剂藏量催化剂藏量 反应时间反应时间= 进料体积流量进料体积流量/反应器体积反应器体积2

19、022-5-7石油化工过程系统概论3737 2. 影响催化反应的主要因素：影响催化反应的主要因素： (1) 催化剂活性及类型催化剂活性及类型 活性高：活性高： 反应速度快，转化率高，处理能力大；反应速度快，转化率高，处理能力大； 促进氢转移和异构化反应，产品饱和度高，异构烃多。促进氢转移和异构化反应，产品饱和度高，异构烃多。2022-5-7石油化工过程系统概论3838 活性取决于催化剂组成和结构，如分子筛催活性取决于催化剂组成和结构，如分子筛催化剂的活性比无定型硅酸铝高的多；同一类型，化剂的活性比无定型硅酸铝高的多；同一类型，比表面越大，活性越高。比表面越大，活性越高。2022-5-7石油化工

20、过程系统概论3939 2.反应温度反应温度 提高反应温度，反应速度加快，热裂化速度加快提高反应温度，反应速度加快，热裂化速度加快, 汽油产率下降，气体产率提高，烯烃、芳烃含量增加，汽油产率下降，气体产率提高，烯烃、芳烃含量增加，辛烷值提高。辛烷值提高。 生产中，温度是调节生产方案的主要手段，如多产生产中，温度是调节生产方案的主要手段，如多产汽油、多产柴油、或多产气体等。汽油、多产柴油、或多产气体等。2022-5-7石油化工过程系统概论4040原料原料汽油汽油气体气体焦炭焦炭k1k2k3反应速度常数的温度系数反应速度常数的温度系数 K2k1k3提高反应温度，如果达到的转化率不变，则汽油产率降提高

21、反应温度，如果达到的转化率不变，则汽油产率降低，气体产率增加，焦炭产率降低低，气体产率增加，焦炭产率降低2022-5-7石油化工过程系统概论4141 3. 原料性质原料性质 含芳烃的多少，芳烃含量多难裂化含芳烃的多少，芳烃含量多难裂化 实际：为提高轻质油收率，采用回炼技术（回炼油含实际：为提高轻质油收率，采用回炼技术（回炼油含难裂化的芳烃，反应条件苛刻）难裂化的芳烃，反应条件苛刻） 解决办法：解决办法： （1）部分回炼；）部分回炼； （2）回炼油先加氢，再回催化裂化。）回炼油先加氢，再回催化裂化。2022-5-7石油化工过程系统概论4242 4、反应压力、反应压力 反应器内油气分压对反应速度有

22、影响，提高油反应器内油气分压对反应速度有影响，提高油气分压意味着反应物浓度增加，反应速度加快，同气分压意味着反应物浓度增加，反应速度加快，同时也提高了生焦的反应速度。由于工业装置的处理时也提高了生焦的反应速度。由于工业装置的处理能力受再生系统烧焦能力的制约，所以常采用不太能力受再生系统烧焦能力的制约，所以常采用不太高的反应压力，一般在高的反应压力，一般在0.10.4MPa。2022-5-7石油化工过程系统概论4343 （2）选择性地促进某些反应）选择性地促进某些反应 裂化催化剂不仅提高了裂化催化剂不仅提高了分解、芳构化分解、芳构化等反应等反应的速率，也提高了的速率，也提高了异构化、氢转移反应异

23、构化、氢转移反应的速率，的速率，不仅提高了装置的处理能力而且改善了产品性质，不仅提高了装置的处理能力而且改善了产品性质，如汽油的辛烷值高、安定性好。如汽油的辛烷值高、安定性好。2022-5-7石油化工过程系统概论44二、催化裂化的发展过程二、催化裂化的发展过程催化裂化反应催化裂化反应分解等反应生成气体、汽油等小分子产物分解等反应生成气体、汽油等小分子产物 缩合反应生成焦炭缩合反应生成焦炭 n因此，一个工业催化裂化装置必须解决周期性地进行反应和再因此，一个工业催化裂化装置必须解决周期性地进行反应和再生，同时又周期性地供热和取热这一个问题。生，同时又周期性地供热和取热这一个问题。n如何解决反应和再

24、生这一对矛盾是早期促进催化裂化工业装置如何解决反应和再生这一对矛盾是早期促进催化裂化工业装置型式发展的主要推动力。型式发展的主要推动力。催化裂化催化裂化反应：吸热过程，一般每公斤新鲜原料的反应：吸热过程，一般每公斤新鲜原料的反应大约需吸热反应大约需吸热400KJ再生：放热过程，每公斤焦炭燃烧约放出再生：放热过程，每公斤焦炭燃烧约放出热量热量33500kJOHCOCOO222焦炭1.固定床反应器固定床反应器预热后的原料进入反应器内进行反应，通常只经过几分钟到预热后的原料进入反应器内进行反应，通常只经过几分钟到设备结构复杂，生产连续性差设备结构复杂，生产连续性差n2.移动床催化裂化移动床催化裂化n

25、反应和再生是分别在反应器和再生器内进行的。原料油与催化剂反应和再生是分别在反应器和再生器内进行的。原料油与催化剂同时进入反应器的顶部，它们互相接触，一面进行反应，一面向同时进入反应器的顶部，它们互相接触，一面进行反应，一面向下移动。当它们移动至反应器的下部时，催化剂表面上已沉积了下移动。当它们移动至反应器的下部时，催化剂表面上已沉积了一定量的焦炭，于是油气从反应器的中下部导出，而催化剂则从一定量的焦炭，于是油气从反应器的中下部导出，而催化剂则从底部下来，再由气升管用空气提升至再生器的顶部，然后，在再底部下来，再由气升管用空气提升至再生器的顶部，然后，在再生器内向下移动的过程中进行再生。再生过的

26、催化剂经另一根气生器内向下移动的过程中进行再生。再生过的催化剂经另一根气升管又提升至反应器。升管又提升至反应器。n3.流化床催化裂化流化床催化裂化n其反应和再生也是分别在两个设备中进行，其原理与移动床相似，其反应和再生也是分别在两个设备中进行，其原理与移动床相似，只是在反应器和再生器内，催化剂与油气形成与沸腾的液体相似只是在反应器和再生器内，催化剂与油气形成与沸腾的液体相似的流化状态。为了便于流化，催化剂制成直径为的流化状态。为了便于流化，催化剂制成直径为20100m的微的微球。球。n同固定床催化裂化相比较，移动床或流化床催化裂化同固定床催化裂化相比较，移动床或流化床催化裂化都具有生产连续、产

27、品性质稳定及设备简化等优点。都具有生产连续、产品性质稳定及设备简化等优点。在设备简化方面，流化床的优点更突出，特别是流化在设备简化方面，流化床的优点更突出，特别是流化床更适用于大处理量的生产装置。由于流化床催化裂床更适用于大处理量的生产装置。由于流化床催化裂化的优越性，它很快就在各种催化裂化型式中占据了化的优越性，它很快就在各种催化裂化型式中占据了主导地位。主导地位。2022-5-7石油化工过程系统概论5151固定床固定床（结构复杂、连续性差）（结构复杂、连续性差）移动床、流化床移动床、流化床（生产连续、产品性质稳定、设备简化）（生产连续、产品性质稳定、设备简化）提升管提升管（配合高活性的分子

28、筛催化剂）（配合高活性的分子筛催化剂）二、流化催化裂化的定义二、流化催化裂化的定义Definition催化裂化装置，也称为流化催化裂化装置催化裂化装置，也称为流化催化裂化装置(“FCC”)。所谓所谓“流化流化（Flowing）”是指当气体以是指当气体以一定的速度通过装有催化剂（一定的速度通过装有催化剂（Catalyst）的空）的空间时，催化剂将剧烈扰动，气固两相混合在一间时，催化剂将剧烈扰动，气固两相混合在一起，像流体一样流动或沸腾。起，像流体一样流动或沸腾。DCC ：deep catalyst crackingRCC ：residuum catalyst cracking 在流化催化裂化装置

29、中，在流化催化裂化装置中，催化剂的输送催化剂的输送、原料油原料油的裂化反应的裂化反应（ cracking reaction）和）和催化剂催化剂（Catalyst）的再生（）的再生（Rebirth），），都应用了流化技都应用了流化技术，所以统称术，所以统称“流化催化裂化装置流化催化裂化装置（Flowing Catalytic cracking unit）”以区别于固定床催化裂以区别于固定床催化裂化装置（化装置（fixing bed Catalytic cracking unit ）和移）和移动床催化裂（动床催化裂（moving bed Catalytic cracking unit）化装置。化装

30、置。三、流化催化裂化装置的特点三、流化催化裂化装置的特点(1)产品质量好产品质量好。汽油辛烷值高，一般约为。汽油辛烷值高，一般约为80左右，而且安定性好。左右，而且安定性好。(2)开工周期长开工周期长。一般开工周期为。一般开工周期为1年，周期长年，周期长的可达的可达23年。年。(3)可提供大量化工原料可提供大量化工原料。在裂化气体中，主。在裂化气体中，主要为含要为含C3和和C4的烃类，其中的丙烯、丁烯和的烃类，其中的丙烯、丁烯和异丁烷的含量很高，它们都是石油化工生产的异丁烷的含量很高，它们都是石油化工生产的重要原料。同时，还能提供大量的民用液化石重要原料。同时，还能提供大量的民用液化石油气。而

31、催化柴油中含有大量重质芳烃，是制油气。而催化柴油中含有大量重质芳烃，是制取萘的原料。柴油中的重质芳烃抽提后，取萘的原料。柴油中的重质芳烃抽提后，16烷烷值亦可得到改善。值亦可得到改善。(4)产品方案灵活产品方案灵活。同一装置，采用不同的操作条件，。同一装置，采用不同的操作条件，可以得到不同产品的产率可以得到不同产品的产率(气体、汽油、柴油的产率气体、汽油、柴油的产率和比例和比例)。(5)原料选择范围宽原料选择范围宽。常压重馏分油、减压馏分油、。常压重馏分油、减压馏分油、焦化蜡油、润滑油脱蜡后的蜡膏、脱沥青油等，均焦化蜡油、润滑油脱蜡后的蜡膏、脱沥青油等，均可作为催化裂化原料。随着催化裂化技术的

32、发展，可作为催化裂化原料。随着催化裂化技术的发展，现在常压重油和减压渣油也可作为催化裂化原料油现在常压重油和减压渣油也可作为催化裂化原料油使用。使用。 (6)经济效益好经济效益好。由于催化裂化装置可以将低值的重。由于催化裂化装置可以将低值的重质油晶变为高价值的轻质油品，而且轻质油收率很质油晶变为高价值的轻质油品，而且轻质油收率很高，故经济效益是很可观的。高，故经济效益是很可观的。四、催化裂化装置的组成单元四、催化裂化装置的组成单元Constitutionof Catalytic cracking unit按照工艺流程，整个装置可以分为四个单元或按照工艺流程，整个装置可以分为四个单元或“系统系统

33、”：(1)反应反应-再生系统再生系统（Respond-reborn system ）。包括。包括原料油的裂化反应和催化剂的再生两个工艺过程。原料油的裂化反应和催化剂的再生两个工艺过程。(2)分馏系统分馏系统（ distillating system ）。根据裂化产品）。根据裂化产品的沸程不同，将其分割成气体、汽油、柴油、回炼油的沸程不同，将其分割成气体、汽油、柴油、回炼油和油浆。和油浆。催化裂化装置的组成单元催化裂化装置的组成单元(3)吸收稳定系统吸收稳定系统（Absorb stability system ）。用稳定汽油将裂化气体中的。用稳定汽油将裂化气体中的C3和和C4组分组分(液化石油气

34、的主要成分液化石油气的主要成分)吸收下来，把吸收下来，把乙烷及其以下的轻组分乙烷及其以下的轻组分(裂化干气的主要组分裂化干气的主要组分)汽提出去，作为燃料气使用。汽提出去，作为燃料气使用。催化裂化装置的组成单元催化裂化装置的组成单元(4)能量回收系统能量回收系统（nergy recovering system ）。由于催化剂再生时产生的烟气携。由于催化剂再生时产生的烟气携带有大量热能和压力能，回收这部分能量，可带有大量热能和压力能，回收这部分能量，可以降低生产成本和能耗，提高经济效益。对于以降低生产成本和能耗，提高经济效益。对于大型装置，一般都是采用大型装置，一般都是采用烟气轮机回收压力能烟气

35、轮机回收压力能，用作驱动主风机的动力和带动薄电机发电；用用作驱动主风机的动力和带动薄电机发电；用余热锅炉进行热能回收余热锅炉进行热能回收，以产生蒸汽，供汽轮，以产生蒸汽，供汽轮机使用或外输。机使用或外输。第一节工艺流程第一节工艺流程催化裂化装置的命名催化裂化装置的命名n一般说来，催化裂化装置的分馏系统、吸收稳一般说来，催化裂化装置的分馏系统、吸收稳定系统和能量回收系统，尽管因装置不同而存定系统和能量回收系统，尽管因装置不同而存在差异，但并无根本差别。因此装置的分类及在差异，但并无根本差别。因此装置的分类及命名，均根据命名，均根据反应反应-再生系统再生系统的特点而定，如的特点而定，如“型催化裂化

36、装置型催化裂化装置”、“提升管催化裂化装提升管催化裂化装置置”、“同轴式催化裂化装置同轴式催化裂化装置”等。等。 高低并列式高低并列式 同轴式同轴式一、反应一、反应-再生系统再生系统n图图1-3-1表示的是典型的提升管流化催化裂化表示的是典型的提升管流化催化裂化装置的工艺流程原理。由于沉降器位置高于再装置的工艺流程原理。由于沉降器位置高于再生器，所以又名生器，所以又名“高低并列式提升管催化裂化高低并列式提升管催化裂化装置装置”。l一辅助燃烧室，2一主风(空气)分布管；3一再生器密相段(床)；4一再生器稀相段；5一再生器一、二级旋风分离器6一烟气集气室，7一反应油气集气室，8一沉降器一、二级旋风

37、分离器9一快速分离器，10一沉降器沉降段，11一沉降器汽提段；12一待生斜管，13一待生单动滑阀；14一再生淹流斗；15一提升管反应器；16一再生斜管；17一再生单动滑阀图1-3-1 提升管催化裂化装置反应再生系统流程反应反应-再生原理再生原理n重质原油在提升管中与再生后的热催化剂接触反应后重质原油在提升管中与再生后的热催化剂接触反应后进入沉降器，油气与催化剂经旋风分离器与催化剂分进入沉降器，油气与催化剂经旋风分离器与催化剂分离，反应生成的气体、汽油、液化气、柴油等馏分与离，反应生成的气体、汽油、液化气、柴油等馏分与未反应的组分一起离开沉降器进入分馏单元；未反应的组分一起离开沉降器进入分馏单元

38、；n反应后的附有焦碳的待生催化剂进入再生器用空气烧反应后的附有焦碳的待生催化剂进入再生器用空气烧焦，催化剂恢复活性后再进入提升管参加反应，形成焦，催化剂恢复活性后再进入提升管参加反应，形成循环，再生器顶部烟气进入能量回收单元循环，再生器顶部烟气进入能量回收单元二、分馏系统二、分馏系统n沉降器来的反应油气，经换热器进入分馏塔，沉降器来的反应油气，经换热器进入分馏塔，根据物料的沸点差，从上至下分离为富气、根据物料的沸点差，从上至下分离为富气、粗汽油、柴油、回炼油和油浆。粗汽油、柴油、回炼油和油浆。分馏系统流程图分馏系统流程图图图1-3-2 分馏系统典型流程示意图分馏系统典型流程示意图1.分馏塔底人

39、字形挡板处用油浆洗涤（1）防止少量催化剂细粉堵塞塔盘和影响产品质量；（2）由于反应油气温度较高，500左右，油浆洗涤可取走多余的热量。2.油浆：一部分回炼，一部分回分馏塔，一部分送出装置作自用燃料。3富气经压缩后去吸收稳定系统的凝缩油罐，粗汽油进吸收塔上部。4.轻柴油气提冷却后送出装置重柴油直接送出装置。分馏系统分馏系统q在分馏塔内将反应油气分成几个产品：塔顶为汽油及富气，在分馏塔内将反应油气分成几个产品：塔顶为汽油及富气，侧线有轻柴油、重柴油，塔底产品是油浆和回炼油侧线有轻柴油、重柴油，塔底产品是油浆和回炼油q为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流、一个至两为了取走分馏塔的过剩热量，设有

40、塔顶循环回流、一个至两个中段回流以及塔底油浆循环回流个中段回流以及塔底油浆循环回流 催化裂化分馏塔有以下特点：催化裂化分馏塔有以下特点：1.进料是带有催化剂粉尘的过热油气进料是带有催化剂粉尘的过热油气,2.全塔剩余热量大（由高温油气带入），而且催化裂化产品的分馏精全塔剩余热量大（由高温油气带入），而且催化裂化产品的分馏精确度要求也不高，因此确度要求也不高，因此设置四个循环回流分段取热设置四个循环回流分段取热。200300 600750 490510 2 3s分馏系统分馏系统三、吸收三、吸收稳定系统稳定系统富气经气压机升压、冷却并分出凝缩油后，由底部进入吸收塔；稳定汽油和粗汽油则作为吸收液由塔顶

41、进入，将富气中的C3、C4（含少量C2）等吸收后得到富吸收油。吸收塔顶部出来的贫气中夹带有少量稳定汽油，可经再吸收塔用柴油回收其中的汽油组分后成为干气，送出装置。富吸收油和凝缩油均进入解吸塔，使其中的气体解吸后，从塔顶返回凝缩油沉降罐，塔底的未稳定汽油送入稳定塔，通过精馏作用将液化气和稳定汽油分开。有时，塔顶要排出部分不凝气（也称气态烃），它主要是C2，并夹带有C3和C4.排出不凝气的目的是为了控制稳定塔的操作压力。n主要由主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔组成。组成。n吸收塔和解吸塔的操作压力为吸收塔和解吸塔的操作压力为1.02.0MPa。 n稳定塔实质上

42、是个精馏塔，操作压力为稳定塔实质上是个精馏塔，操作压力为1.0-1.5MPa。四、能量回收系统四、能量回收系统n利用再生器出口烟气的热能和压力使余热锅炉利用再生器出口烟气的热能和压力使余热锅炉产生蒸汽和烟气轮机作功、发电等。产生蒸汽和烟气轮机作功、发电等。能量回收系统的工艺流程图能量回收系统的工艺流程图图1-3-4 能量回收系统典型流程示意图能量回收系统的工作原理能量回收系统的工作原理n由再生器来的烟气，含有微量的催化剂粉尘，由再生器来的烟气，含有微量的催化剂粉尘，它将会造成烟气轮机叶片的磨损，所以在烟气它将会造成烟气轮机叶片的磨损，所以在烟气进入烟气轮机前，需要经过三级旋风分离器再进入烟气轮

43、机前，需要经过三级旋风分离器再次净化。净化分离下来的催化剂粉尘，排出装次净化。净化分离下来的催化剂粉尘，排出装置；输送粉尘的泄料烟气置；输送粉尘的泄料烟气(约占烟气总量的约占烟气总量的23)，经四级旋风分离器，经四级旋风分离器(图中未画出图中未画出)和临界和临界流量孔板通过烟道进人烟囱放空。流量孔板通过烟道进人烟囱放空。能量回收系统的工作原理能量回收系统的工作原理n净化后的烟气，进入烟气轮机作功，驱动主风净化后的烟气，进入烟气轮机作功，驱动主风机，多余部分功率带动电动发电机发电。烟机，多余部分功率带动电动发电机发电。烟气在烟气轮机中作完功，回收了压力能后，温气在烟气轮机中作完功，回收了压力能后

44、，温度亦略有降低，然后去余热锅炉度亦略有降低，然后去余热锅炉(图中未画出图中未画出)产生蒸汽，烟气降温后去放空烟囱放入大气。产生蒸汽，烟气降温后去放空烟囱放入大气。2022-5-78080 （2）异构化反应）异构化反应 一种是骨架异构，正构烯烃变成异构烯烃；一种是骨架异构，正构烯烃变成异构烯烃；另一种是双键移位。另一种是双键移位。CCCCCCCCCCCCCCCCCCCC2022-5-7石油化工过程系统概论8181 催化剂的作用：催化剂的作用： （1）促进化学反应，提高反应器的处理能力）促进化学反应，提高反应器的处理能力 催化剂能使反应活化能降低，提高反应速率，如催化剂能使反应活化能降低，提高反

45、应速率，如石油馏分的热裂化反应的活化能约为石油馏分的热裂化反应的活化能约为210293kJ/mol，而催化裂化反应其活化能降至而催化裂化反应其活化能降至42125 kJ/mol，从而，从而大大提高反应速率。大大提高反应速率。 第三节第三节 催化裂化催化剂催化裂化催化剂2022-5-7石油化工过程系统概论8282 一、催化剂的组成与结构一、催化剂的组成与结构 1. 无定型硅酸铝催化剂无定型硅酸铝催化剂 如天然活性白土、人工合成硅酸铝如天然活性白土、人工合成硅酸铝 具有许多大小不一的微孔，平均孔径具有许多大小不一的微孔，平均孔径47nm，比，比表面积表面积500700m2/g。 硅酸铝的催化活性来

46、源于其表面的酸性。硅酸铝的催化活性来源于其表面的酸性。 2022-5-7石油化工过程系统概论8383 2. 分子筛催化剂结晶型硅酸铝分子筛催化剂结晶型硅酸铝 与无定型硅酸铝相比，分子筛具有更高的与无定型硅酸铝相比，分子筛具有更高的选择性、选择性、活性和稳定性活性和稳定性。 分子筛是具有分子筛是具有晶格结构晶格结构的硅酸铝盐，也称沸石，具的硅酸铝盐，也称沸石，具有很大的内表面，新鲜分子筛的比表面有很大的内表面，新鲜分子筛的比表面600800m2/g。它具有稳定的、均一的微孔结构，孔径大小为分子大小它具有稳定的、均一的微孔结构，孔径大小为分子大小数量级。数量级。 按组成和晶体结构分为多种类型，如按

47、组成和晶体结构分为多种类型，如4A、5A、X、Y、丝光沸石。应用于催化裂化的主要是、丝光沸石。应用于催化裂化的主要是Y型分子筛。型分子筛。2022-5-7石油化工过程系统概论84842022-5-7石油化工过程系统概论858512(4)、8（6）、6（8）26面体14面体6（4）、8（6）6（4）26面体18（4）、4（6）、4（12）6（4）2（6）2022-5-7石油化工过程系统概论8686Y型分子筛的单元晶胞结构型分子筛的单元晶胞结构削角八面体八面沸石笼十二员环孔道孔道平均直径0.8-0.9nm2022-5-7石油化工过程系统概论87872022-5-7石油化工过程系统概论8888202

48、2-5-7石油化工过程系统概论8989 分子筛由质子酸和非质子酸形成的分子筛由质子酸和非质子酸形成的酸性中心密酸性中心密度度比无定型硅酸铝大的多，活性比无定型硅酸铝催化比无定型硅酸铝大的多，活性比无定型硅酸铝催化剂高的多，某些高出近万倍，难以工业应用。剂高的多，某些高出近万倍，难以工业应用。 工业分子筛中只含工业分子筛中只含1035的纯分子筛，其余是的纯分子筛，其余是起稀释作用的担体和粘结剂。起稀释作用的担体和粘结剂。 2022-5-7石油化工过程系统概论9090 3、担体（低铝硅酸铝和高铝硅酸铝）的作用：、担体（低铝硅酸铝和高铝硅酸铝）的作用： 提高分子筛的稳定性；提高分子筛的稳定性； 热量

49、储存和传递，热载体；热量储存和传递，热载体； 增强催化剂的机械强度；增强催化剂的机械强度； 降低催化剂成本。降低催化剂成本。 对重油催化裂化有重要作用，先使大分子在担体表对重油催化裂化有重要作用，先使大分子在担体表面适度裂化，生成的较小分子再进入分子筛继续反应；面适度裂化，生成的较小分子再进入分子筛继续反应；担体能容纳易生焦的重胶质、沥青质，对分子筛起保护担体能容纳易生焦的重胶质、沥青质，对分子筛起保护作用。作用。2022-5-7石油化工过程系统概论9191 二、催化剂的使用性能二、催化剂的使用性能 对催化剂的评价，除了分析其化学组成和表面结构，对催化剂的评价，除了分析其化学组成和表面结构，还

50、需要一些与生产直接关联的指标。还需要一些与生产直接关联的指标。 1. 活性、稳定性活性、稳定性 微反活性（微反活性（MAT):在微型固定床反应器中放置在微型固定床反应器中放置5g待测催化剂，采用标准原料待测催化剂，采用标准原料(如大港如大港235337轻柴油轻柴油)，在在460、重量空速、重量空速16h-1、剂油比、剂油比3.2的条件下反应的条件下反应70s，反应产物中反应产物中204汽油气体焦炭的质量占总进料的汽油气体焦炭的质量占总进料的百分数即为该催化剂的微反活性。百分数即为该催化剂的微反活性。2022-5-7石油化工过程系统概论9292平衡催化剂活性：平衡催化剂活性： 在实际生产中，催化

51、剂受高温和水蒸气的作用，其活在实际生产中，催化剂受高温和水蒸气的作用，其活性会逐渐下降；另外由于催化剂的损失需定期补充一些新性会逐渐下降；另外由于催化剂的损失需定期补充一些新鲜催化剂，因此，生产装置中的催化剂活性可能维持在一鲜催化剂，因此，生产装置中的催化剂活性可能维持在一个稳定的水平上，称为个稳定的水平上，称为“平衡催化剂活性平衡催化剂活性”。分子筛的平。分子筛的平衡活性多在衡活性多在6075之间。之间。 2022-5-7石油化工过程系统概论9393 稳定性：稳定性： 由水热老化处理前后的活性比较来评价。由水热老化处理前后的活性比较来评价。 水热老化条件：水热老化条件：800、常压、饱和水蒸

52、气下处、常压、饱和水蒸气下处理理4h或或17h。2022-5-7石油化工过程系统概论9494 2. 选择性选择性 催化裂化的目的产物是汽油，如果气体和焦炭的催化裂化的目的产物是汽油，如果气体和焦炭的产率高，则汽油的产率会降低。产率高，则汽油的产率会降低。 裂化催化剂的选择性以裂化催化剂的选择性以 “汽油产率汽油产率/转化率转化率”， “焦炭产率焦炭产率/转化率转化率”表示。表示。 影响选择性的因素：重金属（主要是镍）污染。影响选择性的因素：重金属（主要是镍）污染。 分子筛的选择性远优于无定型硅酸铝，在焦炭产分子筛的选择性远优于无定型硅酸铝，在焦炭产率相同时，汽油产率高出率相同时，汽油产率高出1

53、520。 2022-5-7石油化工过程系统概论9595 3. 密度密度 真实密度：催化剂颗粒骨架所具有的密度，称真实密度：催化剂颗粒骨架所具有的密度，称骨架密度，在骨架密度，在22.2g/cm3 。 颗粒密度：把微孔体积计算在内的单个颗粒的颗粒密度：把微孔体积计算在内的单个颗粒的密度，密度， 0.91.2g/cm3 。 堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间孔隙体积的密度，间孔隙体积的密度， 0.50.8g/cm3 。 催化剂的密度对其流化状态有重要影响。催化剂的密度对其流化状态有重要影响。2022-5-7石油化工过程系统概论9696 4. 筛分组成

54、、机械强度筛分组成、机械强度 为了保证催化剂良好的流化状态，要求有一个适为了保证催化剂良好的流化状态，要求有一个适宜的筛分组成，裂化催化剂的粒径分布宜的筛分组成，裂化催化剂的粒径分布20100m，其中：其中： 4080 m 约占约占1/2 2040 m约占约占1/4 80100 m约占约占1/4 100 m 少量少量 机械强度用机械强度用“磨损指数磨损指数”来评价。来评价。 5、酸性、酸性2022-5-7石油化工过程系统概论97972022-5-7石油化工过程系统概论98982022-5-7石油化工过程系统概论9999 三、裂化催化剂助剂三、裂化催化剂助剂 以添加剂形式加入到裂化催化剂中，补充

55、某些以添加剂形式加入到裂化催化剂中，补充某些方面的不足的作用。方面的不足的作用。 1. 辛烷值助剂辛烷值助剂 提高裂化汽油的辛烷值，中孔择型分子筛，如提高裂化汽油的辛烷值，中孔择型分子筛，如ZSM-5分子筛，可以实现选择性裂化。分子筛，可以实现选择性裂化。 2022-5-7石油化工过程系统概论100100选择性裂化选择性裂化:正构C7C13烷烃或带一个甲基侧链的烷烃或烯烃（辛烷值很低）C3C5烯烃（辛烷值高）2022-5-7石油化工过程系统概论1011012022-5-7石油化工过程系统概论102102 2. 金属钝化剂金属钝化剂 钝化剂的作用是使催化剂上的有害金属减活，从钝化剂的作用是使催化

56、剂上的有害金属减活，从而减少其毒害作用，常用的是钝镍剂、钝钒剂。而减少其毒害作用，常用的是钝镍剂、钝钒剂。 3. CO助燃剂助燃剂 作用：作用： 促进促进CO氧化成氧化成CO2，减少污染排放；，减少污染排放； 回收热量，使再生器温度有所提高，提高烧焦速回收热量，使再生器温度有所提高，提高烧焦速率，降低率，降低再生剂再生剂的含碳量，提高催化剂的活性和选的含碳量，提高催化剂的活性和选择性。择性。2022-5-7石油化工过程系统概论103103催化裂化反应热力学及动力学特征催化裂化反应热力学及动力学特征 n各类烃的催化裂化反应的热力学特征、平衡常数及反应热，各类烃的催化裂化反应的热力学特征、平衡常数及反应热，烃类催化