催化裂化技术

催化裂化技术第一章概述一、催化裂化技术二、催化裂化技术发展状况三、催化裂化反应类型四、催化裂化的方法五、催化裂化的目的及意义第二章工艺叙述一、反应-再生系统二、分馏系统三、吸收—稳定系统四、余热锅炉系统五、反应系统主要设备第一章概述

一、催化裂化技术

催化裂化（FluidCatalyticCracking）是石油炼制过程之一，是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。催化裂化原料是原油通过原油蒸馏（或其他石油炼制过程）分馏所得的重质馏分油;或在重质馏分油中掺入少量渣油,或经溶剂脱沥青后的脱沥青渣油；或全部用常压渣油或减压渣油。在反应过程中由于不挥发的类碳物质沉积在催化剂上，缩合为焦炭，使催化剂活性下降，需要用空气烧去（见催化剂再生），以恢复催化活性，并提供裂化反应所需热量。催化裂化是石油炼厂从重质油生产汽油的主要过程之一。所产汽油辛烷值高（马达法80左右），裂化气（一种炼厂气）含丙烯、丁烯、异构烃多。

二、催化裂化技术发展状况催化裂化技术由法国E.J.胡德利研究成功，于1936年由美国索康尼真空油公司和太阳石油公司合作实现工业化，当时采用固定床反应器，反应和催化剂再生交替进行。由于高压缩比的汽油发动机需要较高辛烷值汽油，催化裂化向移动床（反应和催化剂再生在移动床反应器中进行）和流化床（反应和催化剂再生在流化床反应器中进行）两个方向发展。60年代，出现分子筛催化剂，因其活性高，裂化反应改在一个管式反应器（提升管反应器）中进行，称为提升管催化裂化。中国1958年在兰州建成移动床催化裂化装置，1965年在抚顺建成流化床催化裂化装置，1974年在玉门建成提升管催化裂化装置。1984年，中国催化裂化装置共39套，占原油加工能力23%。

三、催化裂化反应类型石油馏分是由烷烃、环烷烃、芳烃所组成。在催化剂上，各种单体烃进行着不同的反应，有分解反应、异构化反应、氢转移反应、芳烃化反应等，其中，以分解分解反应为主，催化裂化这一名称就是因此而得。各种反应同时进行，相互影响。

1.烷烃烷烃主要发生裂化反应，大分子烷烃裂化成小分子烷烃和烯烃。nC16H34--→nC8H16+nC8H18

2.烯烃烯烃的裂化反应是大分子烯烃裂化成两个小分子烯烃。烯烃的裂化反应速度比烷烃快得多，大分子烯烃的裂化速度比小分子快，异构烯烃的裂化速度比正构烯烃快。nC16H32--→2nC8H16

3.环烷烃环烷烃发生裂化反应时既可以断裂侧链，又可以开环裂化生成烯烃，烯烃再继续进行化学反应。

4.芳香烃烷基芳烃可以脱烷基裂化成芳烃和烯烃，其烷基侧链也可以断裂裂化成带烯烃侧链的芳烃和烷烃。四、催化裂化的方法1、固定床：反应和再生过程是在同一设备中交替进行，属于间歇式操作。为了使整个装置能连续生产，就要用几个反应器轮流的进行反应和再生。因此这种装置的设备结构复杂，生产能力小，钢材耗量大，操作麻烦，工业上早已被淘汰。2、移动床：移动床催化裂化，使用直径约3mm的小球催化剂，起初是用机械提升的方法在两器间运送催化剂，后来改为空气提升，生产能力较固定床大为提高，产品质量也得到改善。由于催化剂在反应器和再生器内靠重力向下移动，速度缓慢，所以对设备磨损较小，不过移动床的设备结构仍比较复杂，钢材耗量比较大。

3、流化床在石油催化裂化的反应中，催化剂与原料油接触越充分越有利于反应的进行。因此在催化裂化工艺中使用了状催化剂，直径为20~100微米。为了充分发挥催化剂在反应中的作用和保证再生完全，现代催化裂化生产装置设计使催化剂在反应和再生两个设备中呈“流化状态”。同时，催化剂靠加热的原料油气或其他气体携带，循环于两器间。

a、流化床定义将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。

b、流化床主要特性充分流态化的床层表现出类似于液体的性质。密度比床层平均密度小的流体可以悬浮在床面上；床面保持水平；床层服从流体静力学关系，即高度差为L的两截面的压差△p=ρgL；颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出；两个联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上。上述性质使得流化床内颗粒物料的加工可以像流体一样连续进出料，并且由于颗粒充分混合，床层温度、浓度均匀使床层具有独特的优点得以广泛的应用。

c、流化床可分为散式流态化与聚式流态化：在床层内的流体和颗粒两相运动中，由于流速、流体与颗粒的密度差、颗粒粒径及床层尺寸的不同，可呈现出不同的流化状态，但主要分为散式流化态与聚式流化态两类。①.散式流化态:颗粒均匀地分布在整个流化床内且随着流速的增加床层均匀膨胀，床内孔隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。因此，散式流化态是较理想的流化状态。一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。②.聚式流化态:颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相，称为乳化相；另一相则是以气泡形式夹带少量颗粒穿过床层向上运动的不连续的气泡相，因此又称为鼓泡流态化。

4、提升管反应催化裂化发展对催化裂化技术的不断提高起着极大的推动作用。20世纪60年代初期分子筛催化剂的问世，为了充分发挥分子筛催化剂高活性的特点，迫使流化床工业装置采用提升管反应器，以高温短接触时间的活塞流反应代替原来的床层反应，因而克服了反混的特点，使生产能力大幅度提高，产品质量和收率得到显著改善。五、催化裂化的目的及意义我国原油偏重，轻质油品含量低，为增加汽油、柴油、乙烯用裂解原料等轻质油品产量。我国炼油工业走深度加工的道路，形成了以催化裂化（FCC）为主体，延迟焦化、加氢裂化等配套的工艺路线。2001年底全国有147套催化裂化装置，总加工能力超过100.0Mt/a，比1991年增加58.4Mt/a，增长137.16%，可以说是世界上催化裂化能力增长最迅速的国家。催化裂化是重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质油品的生产占有很重要的地位。催化裂化过程在炼油工业，以至国民经济中占有重要的地位。在我国，由于多数原油偏重，而H/C相对较高且金属含量相对较低，催化裂化过程，尤其是重油催化过程的地位显得更为重要。第二章工艺叙述工艺流程说明一、反应-再生系统

原料油经过加热汽化后进入提升管反应器进行裂化。提升管中催化剂处于稀相流化输送状态，反应产物和催化剂进入沉降器，并经汽提段用过热水蒸气汽提，再经旋风分离器分离后，反应产物从反应系统进入分馏系统，催化剂沉降到再生器。在再生器中用空气使催化剂流化，并且烧去催化剂表面的焦炭。烟气经旋风分离器和催化剂分离后离开装置，使催化剂在装置中循环使用。反应系统主要由反应器和再生器组成。原料油在装有催化剂的反应器中裂化，催化剂表面有焦炭沉积。沉积的焦炭的催化剂在再生器中烧焦进行再生，再生后的催化剂返回反应器重新使用。反应器主要为提升管，再生器为流化床。

再生器的主要作用是：烧去催化剂上因反应而生成的积炭，使催化剂的活性得以恢复。再生用空气由主风机供给，空气通过再生器下面的辅助燃烧室及分布管进入。在反应系统中加入水蒸汽其作用为：（1）雾化——从提升管底部进入使油气雾化，分散，与催化剂充分接触；（2）预提升——在提升管中输送油气；（3）汽提——从沉降器底部汽提段进入，使催化剂颗粒间和颗粒内的油气汽提，减少油气损失和焦炭生成量，从而减少再生器负荷。汽提水蒸气占总水蒸气量的大部分。（4）吹扫、松动——反应器、再生器某些部位加入少量水蒸气防止催化剂堆积、堵塞。VQS快速分离器汽提挡板汽提蒸汽分布器待生滑阀酒杯口原料喷嘴翼阀分布环辅助燃烧室增压机催化剂储罐防倒锥反应再生系统工艺原则流程图以及主要设备二、分馏系统分馏系统的作用是将反应¾再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。

由反应¾再生系统来的高温油气进入催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进入分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴油经汽提、换热或冷却后出装置，回炼油返回反应––再生系统进行回炼。油浆的一部分送反应再生系统回炼，另一部分经换热后循环回分馏塔。为了取走分馏塔的过剩热量以使塔内气、液相负荷分布均匀，在塔的不同位置分别设有4个循环回流：顶循环回流，一中段回流、二中段回流和油浆循环回流。三、吸收––稳定系统从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶解有C3、C4甚至C2组分。吸收––稳定系统的作用就是利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气(≤C2)、液化气(C3、C4)和蒸汽压合格的稳定汽油四、余热锅炉系统装置产汽设备包括：外取热器、循环油浆蒸汽发生器和高温取热炉组成。其中高温取热炉一台汽包，外取热器一台汽包，循环油浆蒸汽发生器每两台为一组，每组共同用一台汽包，本装置系统中共设有四台汽包，其中外取热器、油浆蒸汽发生器及高温取热炉分别用烟气、催化剂、循环油浆作为热源。余热锅炉取热量为47.3MJ/h，主要用于过热外取热器、油浆蒸汽发生器和高温取热炉产生的饱和蒸汽，余热锅炉烟气出口温度180℃左右，排入烟囱。由外取热器、油浆蒸汽发生器和高温取热炉产生的饱和蒸汽一起进入余热锅炉的过热段过热后，供装置使用，剩余部分输送至全厂中压蒸汽管网。为保证装置生产安全的可靠性，在中压蒸汽管网与低压蒸汽管网之间设置了减温减压器。锅炉部分原则流程图减温减压器除氧器油浆蒸汽发生汽包外取汽包反应再生系统设备三器三阀三机

提升管反应器沉降器再生器单动滑阀双动滑阀塞阀主风机气压机增压机提升管反应器再生剂、烟气、水汽新鲜原料回炼油回炼油浆雾化蒸汽反应油气、催化剂、烟气、水蒸汽、预提升蒸汽反应温度图1提升管反应器的流程图2提升管反应器结构示意图沉降器沉降器的作用是使来自提升管的油气和催化剂分离，油气经旋风分离器分出所夹带的催化剂后经集气室去分馏系统；由提升管快速分离器出来的催化剂靠重力在沉降器中向下沉降落入汽提段。汽提段的作用是将待生催化剂携带的油气汽提出来，增加产品收率，减小再生器烧焦负荷。催化剂携带的油气分两部分，一部分是催化剂颗粒间的油气，另一部分是催化剂颗粒内孔道中的油气。传统的汽提段是设置环/锥挡板或人字档板。催化剂在挡板间折流运动，通过空间的压缩与扩张，气体接触交换将油气置换出来。汽提段再生器主要作用是烧去结焦剂上的焦炭以恢复其活性，同时也提供裂化反应所需的热量

工业上再生器的主要形式可分为三类：单段再生、两段再生、快速床再生工业上再生器的主要形式可分为三类：单段再生、两段再生、快速床再生单段再生单段再生的温度多在650~700℃之间。提高再生温度是提高烧碳速率的有效手段。在高温下，催化剂的水热失活也比较严重。因此，在单段再生时，密相床层的温度一般很少超过730℃。单段再生的主要问题是再生温度的提高受到限制和密相床层的有效催化剂含碳量低。两段再生两段再生是把烧碳过程分为两个阶段进行。在第一段，烧去总烧碳量的约80%~85%；余下的在第二段再用空气及在更高的温度下继续烧去。两段再生可以在一个再生器筒体内分隔为两段来实现，也可以在两个独立的再生器内实现。两段再生的主要优点与单段相比，两段再生的主要优点是：两段再生是把烧碳过程分为两个阶段进行①对于全混床反应器，第一段出口的半再生剂的含碳量高于再生剂的含碳量，从而提高了烧碳速率；②在第二段再生时可以用新鲜空气和更高的温度，提高了烧碳速率；③第二段内的水气分压可以很低，减轻了催化剂的水热老化；且第二段的催化剂藏量比单段再生器的催化剂藏量低，停留时间较短。因此，第二段可采用较高的再生温度。快速床(循环流化床)再生优点快速床(循环流化床)再生优点快速床(循环流化床)再生优点1.气相转化成连续相，催化剂颗粒变为分散相，从而强化了烧碳过程

2.随着气速的提高，返混程度减小，中、上部接近于平推流，也有利于烧碳强度的提高1.气相转化成连续相，催化剂颗粒变为分散相，从而强化了烧碳过程

2.随着气速的提高，返混程度减小，中、上部接近于平推流，也有利于烧碳强度的提高1.气相转化成连续相，催化剂颗粒变为分散相，从而强化了烧碳过程

单动滑阀用于床层反应器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化装置。其作用是：正常操作时用来调节催化剂在两器间的循环量，出现重大事故时用以切断再生器与反应沉降器之间的联系，以防造成更大事故。单动滑阀