年加工50万吨重油催化裂化反应再生系统工艺设计

年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计催化裂化是一项重要的炼油工艺。其加工能力位于各种转化工艺前茅，其技术蜡基原油，其常压渣油的沥青质含量低，低硫、低重金属(特别是钒)含量适合于采设计原则设备及仪表立足国内。第二节装置概况年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计3采用美国霍尼韦尔(HONEYWELL)公司的集散型控制系统(DCS)，提高自6催化剂及助剂7设计内容和范围第三节工艺流程概述3.1反应部分工艺流程年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计聚气室)出口温度约480~510℃3.2再生部分工艺流程焦后的再生催化剂经再生器底部的淹流管排出再生器。夹带催化剂的再生烟气上升穿过催化剂床层进入设在稀相段两级多组旋风分离第四节设计基础数据4.1原料油物性(见表1)馏程/℃凝点/℃相对分子质量运动黏度350~500年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计重金属含量饱和烃芳香烃胶质(质量)/4.2催化剂物化性质(见表2)表2LB-1催化剂物化性质筛分组成筛分组成/%<45.8μm45.8~110μm>110μm平均密度/μm微反活性(MA)/%金属含量/μg·g-1NiV化学组成/%AlO23NaO2FeO23SO2-4REO23物理性质磨损指数/%新鲜剂46.6~51.50.34~0.351.10~1.30/2.4~4.5296~3440.228~0.3360.85~0.92.2~3.9新鲜剂19.9~23.062.1~68.4////65~68//平衡剂/平衡剂///4.3助剂及相关功用作作用活性，减少催化剂循环量和消耗，提高轻质油收率进行二次反应，如二次裂化、异构化等，以提高催化裂化汽油的辛烷值使催化剂上的有害金属(Ni)减活，以减少其毒害作用，。使再生催化剂上的钒转化为五价钒酸，再与钒捕获剂中的碱性金属氧化物化合生成稳定的钒酸盐组成特点Sb(Sn)有机化合物MgO等金属氧化物助剂名称辛烷值助剂金属钝化剂钒捕获剂2第五节反应——再生系统的工艺计算催化裂化反应再生系统的工艺简图如图一，催化裂化反应再生系统的工艺设计计算主要包括以下几个方面：年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计热平衡计算衡和物料平衡计算设计计算，包括壳体、旋风分离器、分布管(板)、1烧焦罐式FCC工艺反再部分流程图5.1再生器物料平衡和热平衡计算再生器主要操作数据入下烟气组成(体积分数)，%烟气组成(体积分数)，%2再生温度，℃2焦炭组成(H2焦炭组成(H/C质量比)再生剂含碳量(质量分数)，%待生剂温度，℃大气温度，℃5.1.2理论干空气量年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计5.1.3实际干空气量OCO+CO+N+N+O22(理)2(过)2(过)O=2(过)79解上述方程便可求得过剩O2量2(过)O.392(过)5.1.4需湿空气量5.1.5主风单耗主风单耗=湿空气量5.1.6总干烟气量年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计5.1.7湿烟气量及烟气组成(见表5)表5湿烟气量及烟气组成组组成(摩尔分数)，%干烟气／／／／／湿烟气组分O2N2总干烟气生成水气主风带入水汽待生剂带入水汽①吹扫、松动蒸汽②总湿烟气相对分子量／／／／量流5.1.8烟风比5.2再生器热平衡5.2.1烧焦放热5.2.2焦炭吸附热(脱附热)年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计5.2.4焦碳升温需热5.2.5待生剂带入水汽升温需热5.2.6吹扫、松动蒸汽升温需热5.2.7散热损失5.2.8给催化剂的净热量=焦炭燃烧热－[第⑵项至⑺项之和]5.2.10再生器热平衡汇总(见表6)年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计焦炭脱附热主风升温焦炭升温带入水气升温散热损失加热循环催化剂计焦炭燃烧热计干烟气44173.64循环催化剂431.77×103合计484.86×103干空气主风带入待生剂带入吹扫、松动蒸汽计焦炭循环催化剂计水汽水汽5.3反应器的热平衡和物料平衡计算5.3.1再生器物料平衡(见表7)⑴反应条件(见表8)器顶部压力(表)，kPa提升管出口温度，℃原料预热温度，℃待生剂入口温度，℃2.8~3.0⑵产品产率(见表六)干气干气2.0液化气9.5稳定汽油35轻柴油40年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计重柴油重柴油6.5焦炭6.0损失1.0⑶原料及产品性质性性质初馏点终馏点平均相对分子量稳定汽油重柴油////轻柴油恩氏蒸馏℃5.3.2反应器物料平衡新鲜原料催化剂再生剂带入烟气①水蒸汽总量水蒸汽其中计进料雾化②预提升膨胀节吹扫事故蒸汽吹扫油+气合计相对平均分子量//合相对平均分子量裂化油汽油轻柴油年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计重重柴油气水蒸气催化剂+焦炭损失①油+气合计///化气计算。5.3.3反应器热量衡算炭失年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计热量热量循环量=Q=6507.23104=424103kg/hct1.097(640550)反应热水气升温热散热损失原料升温热计循环催化剂计5.4再生器主要附件相段、再生器第二密相床、再生器内旋风分离器，它们的工艺设计计算如下：5.4.1烧焦罐设计年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计烧焦面积S444S4.9144此时烧焦罐内的线速度WW40=4.80t=4.8103kg则H=W=4.8103=6.0mAp7.071135.4.2稀相输送管设计年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计44431.771033.0H=W=3600=8.13mAp1.77255.4.3再生器稀相段再生器稀相段的温度一般较第二密相床低20℃左右，取T=700℃，设压力为稀相段线速度u=V=11.66=0.73m/s年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计DTfTfTf此计算的TDH值与实际生产中的值相差甚远，只有满足下式时，才能较好的符合m实Hm实5.4.5再生器第二密相床PV=nRT来计算此时的体积流率，此时第二密相床内的温度为720℃，压力为烟气通过的面积为又因稀相输送管所占的面积为年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计稀4则第二密相床内径为D=稀=D=稀=同样，对于第二密相床的高度，也可以利用同样，对于第二密相床的高度，也可以利用H=计算，催化剂在第二密相Ap床内的停留时间为45s，则催化剂藏量为H==Ap7.672205.4.6再生器第二密相床与稀相输送管的过渡段又因在工程设计中再生器锥底与水平面的夹角要大于休止角，故取休止角为40°则5.4.7再生器内旋风分离器表14PV型旋风分离器尺寸设计灵活年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计腿伸入到第二密相床以下1.5m，二级料腿①计算旋风分离器组数选用两组旋风分离器，则一级入口面积S为11一级入口线速度u=V=11.66=21.67m/s1由《催化裂化工艺设计》知，一级入口线分离器的二级入口流率离器压降一级旋风分离器压降P1P=u12(Kp+3.4p)2g平气11旋风分离器的工艺简图气22g气22g气则m固360011.66平二级旋风分离器压降P2图4旋风分离器压力平衡图2P=211.6p2a③料腿长度Ⅰ一级料腿长度应﹥H+13(PP)+Hp+Hp+PH=121122阀3p12112年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计223Ⅱ二级料腿长度应﹥H+14(PP)+Hp+Hp+PH=131152阀p12524360一级料腿截面积为一级料腿质量流率==95.59kg/m2.年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计二级料腿截面积为二级料腿质量流率==70.58kg/m25.5提升管及主要附件提升管反应器部分的简图如图五，该部分的处的压力和温度、提升管内径、提升管长度、提升管总压降、预提升段的内径和高度、提升管沉降器、反应旋风分5.5.1提升管进料处的压力和温度年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计15油和蒸汽的热量计算物流油气量温度，℃进温度，℃T出I123×103I11I2011I2212而催化剂和烟气由640℃降至T℃所放热量为：气的密度。5.5.2提升管内径S=S==0.785m2图6提升管进料处的温度4则提升管下部气速可以求出，由前面的物料平衡可知，油和蒸汽的总流率为483+273101.3则V3.57u=下==4.55m/s，又因提升管入口线速度一般在4~7mV3.57下S0.785年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计上273112+101.3出口线速度为：V7.52u=上==9.58m/sV7.52上S0.785提升管出入口的线速度在一般的设计值范围内，所以D0.8m是可行的。5.5.3提升管长度u=(uu)上下=6.80m/sln(9.68/54.55)5.5.4提升管总压降提升管总压降包括静压P，摩擦压降P及出口、转向等损失P，各项的计hfa①Ph②PfL26P=入pu2=7.910830.46.8029.81fD0.8③Pa2a22年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计损hfa此值以前面所设的19.6比较的接近，故前面的假设是合理的，就不必在从新设5.5.5预提升段的内径和高度D==0.67mD==0.67m=0.7m预提升段反应段5.5.7提升管沉降器径由前面的计算知，提升管出口的油气的体积流率V=7.52m2/s,设沉降器的内径上年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计S==44沉降器内的线速度为：对于H的求法，可以利用输送分离高度(TDH)，查《石油炼制工程》有：1DTfTT式中，DT为床径，u为气体线速，又因DT=4.5m，u=0.47m/s，则ffTDH=4.9mDH合实理实1③汽提段内径一般为176~234t/m2h，则汽提段内径与直提升管反应器的内径形成的环形面积S为1S=437=3.52m22SD=0.785m2244汽提段内径为年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计④汽提段高度3600板间距为700~800mm，因此，此处设计中取10层挡板，板间距为800mm，⑤汽提段与沉降器过渡段的距离H由于小密度催化剂的休止角小于大密度的催化剂的休止角，前者一般3°，后者一般为34~36°，故取催化剂的平均休止角为34°，又因在工程设计中，为了使催化剂顺利滑落，应使壳壁与水平线的夹角大于休止角，2Htg40。=3,解此方程有4.0_2.263反应沉降器总高1235.5.8反应旋风分离器离器的选型年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计u=V=7.52=18m/s，u在经验值范围内，故选2组可以满足要求。5.6两器压力平衡催化裂化装置反应—再生系统之间的压力平衡是维持催化剂正常循环、保证装置设计反应—再生压力平生剂循环路线为计算依据。各段的图提升管总预提升蒸带入提升催化剂循再生器顶压力进料量汽量管烟气量环量再生斜管提升管入提升管出预提升管提升管入口油气流率5.6.2再生器顶部压力P再沉降器顶压力提升管内径预提升段气体流率年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计12345.6.7沉降器顶部压力P沉5 提升管内平均油气流率=9.584.556年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计预提升段视密度=437103取滑落系数为1.5，则7f13434已包含了再生斜管的摩擦阻力。或者说，前面计算的P和P应当是再生斜管的蓄34这里不必再单独计算再生斜管的摩擦阻力。f2f2D0.8a2g36.68f3LP=7.9108pu2f3D年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计表18再生剂循环路线压力平衡计算结果汇总沉降器顶部压力P沉沉降器稀相段静压P5提升管进料口以上静压P6预提升段静压P7预提升段摩擦压降Pf2提升管Pa预提升段摩擦压降PP阀阀P再生器顶部压力P再生器稀相段静压P2下滑阀以上斜管蓄压P再生滑阀压降计下滑阀以下斜管蓄压P再生器密相段静压P计f343阀5.6.16再生滑阀直径的计算根据两器压力平衡，求得滑阀压降后，利用公式GA=8.746104可以计算滑阀流通面积A，式中G437A=8.746104=8.746104=0.0004m2G437pP3003573AD=D0.785开度%此处取滑阀开度为60%，则滑阀直径为：年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计D=5.7其他细节设计提升管反应器中，与催化剂接触反应。削m料油雾的气化速度和反应速度，抑制焦碳的生成；具有良好的统计分布与空间分布特征，雾化流股的喷射角度大，覆盖提升管截面，无死区；③雾滴速度适当，有利于催化剂的正常工作和使用寿命，雾化流股速度合理，既能穿透上升的催化剂流，有不至于器壁上引起结焦；提下，降低进料压力和雾⑤操作弹性大，性能可靠，结构简单，耐冲蚀，能长周期运行且检修更方便；新型的催化裂化进料喷嘴,最近开始应用于催化裂化装置。它节能、高旋流器的工作过程如下:在喷嘴混合腔内形成的气液两相流体,在一定压力作用下进入涡流器的螺旋通道,被迫进行回旋流动。由于气液两相的激烈混合,粘度降低,在离心力作用下,液体被展成薄膜,在气流的冲击下,破碎雾化。在雾化室后面有一个年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计加速段,提高气液两相雾化流的轴向速度,再经过一个稳定段形成一个气液两相稳定点。应尽量减少吹气点和蒸汽的吹入量。如：雾化蒸汽的喷入可按馏分油，雾化蒸汽量占总进料量的0.5~1%设计。对于按2~4%设计。对于重质油，雾化蒸汽按进料量的5~7%设计。对于吹扫蒸汽，在事故蒸汽喷嘴设置旁通孔板，通入约占事故蒸汽量的5~10%年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计5.8主要设备计算结果汇总为了方便查阅，将计算的结果列表汇总如下烧焦罐稀相输送管再生器稀相段再生器第二密相床预提升段提升管汽提段沉降器稀相第六节主要设备选择年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计增压机的作用是提供外取热器和待生塞阀套筒流化用风以及外取热器返回管提升用风。选用离心式增压机，设计风量为80m3n/min，出口压力0.39MPa(绝)，由电机驱动，电机额定功率155kw。设两台增压机，其中一台操作，一台备用。第七节反应部分工艺技术方案及特点吸收国内外同类生产装置积累的经验，并结合本装置具体特点，为进一步改善产气保持均匀接触。年加工50×104重油催化裂化反应—再生系统的生产工艺设计采取上述措施使得催化剂在从进入提升管至离开沉降器汽提段的整个过程中均