催化裂化反再系统设计计算VIP

本文格式为Word版，下载可任意编辑——催化裂化反再系统设计计算武汉炼油厂

提升管流化催化裂化装置反应-再生系统

工艺计算书

(汽油方案)

茂名学院化工与环境工程学院石油化工系

2023年4月1日(今天是愚人节)

目录

一、物料平衡表2二、原料放产品的设计基础数据2三、再生器系统3四、提升管反应器系统14五、反应-再生器系统压力平衡25六、几种特别状况下的反-再系统操作参数29七、催化剂储罐31八、各种吹气及有关参数的计算和选取33

一、物料平衡表

本装置年开工按8000小时计算。物料平衡见表1。

表1物料平衡表入方序号112出方3456物料名称减压蜡油合计干气液化气汽油轻柴油澄清油焦炭合计%(质)1001002.716.450.520.93.06.5100公斤/时750007500020251230037875156752250487575000吨/日1800180048.7295.1909.0376.254.0117.01800万吨/年60601.6209.84030.312.541.83.960转化率76.1%(质)，轻质油收率71.4%(质)。二、原料放产品的设计基础数据

1

1、原料及产品性质

原料及产品性质见表2。

表2原料及产品性质相对密度名称原料油回炼油澄清油20d4相对密度特性因数K1211.710.6分子量370340380名称油浆汽油轻柴油20d4特性因数K10.611.811.0分子量3801002000.88920.90430.9970.9970.740.89952、反应-再生操作条件

反应-再生操作条件见表3。

表3反应-再生操作条件

名称沉降器顶部压力（表）再生器顶部压力（表）再生床层温度提升管出口温度再生催化剂积炭催化剂微反活性单位Kg/m2Kg/m2℃℃%（质）数值1.51.86705100.265~70名称烟气中CO2/CO大气干球温度相对湿度烟气中过剩O2回炼比单位分子比℃%%（mol）数值1.032710.58/920.2焦炭中氢碳比（H/C）%（质）

三、再生器系统

1、空气流率、烟气流率及组成。（1）燃烧的碳和氢

焦炭产量=4875kg/h，

焦炭中氢碳比，C/H=8/92，焦炭=C+H则：

碳产量=4875×0.92=44855kg/h=374kmol/h氢产量=4785-4485=390kg/h=195kmol/h（2）生成CO和CO2的C

CO2/CO=1.0则：

生成CO的C=4485×0.5=2242.5kg/h=187kmol/h生成CO2的C=4485×0.5=2242.5kg/h=187kmol/h（3）理论O2

生成CO2的O2=1×187kmol/h=6000kg/h（5984kg/h）生成CO的O2=0.5×187=93.5kmol/h=2992kg/h生成H2O的O2=0.5×195=97.5kmol/h=3120kg/h小计=187+93.5+97.5=387kmol/h=12112kg/h（4）燃烧产物

2

CO=187kmol/h=5236kg/hCO2=187kmol/h=8228kg/hH2O=195kmol/h=3510kg/h

小计=187+187+195=569kmol/h

=5236+8228+3510=16974kg/h

（5）干空气量

再生器干烟气中过剩O2取0.5%过剩空气量0.5/21=0.0238(mol分数)则：

0.00238=过剩空气量/（理论干空气量+过剩空气量）

过剩空气量0.0238?理论干烟气量?过剩空气量0.0238过剩空气量?1?0.0238(N2?CO2?CO)0.023879?0)?.9762(378?21?187?1870.02380.9762(1796)?43.8kmol/h

其中：

O2=43.8×0.21=9.2kmol/h=294kg/hN2=43.8-9.2=34.6kmol/h=968.8kg/h

干空气量=理论空气量+过剩空气量=理论N2+理论O2+过剩空气量

=378×79/21+378+43.8=1843.8kmol/h=1843.8×28.85=53200kg/h=41300Nm3/h=689Nm3/min

（6）求空气中水气

干球温度=32℃=89.6oF相对湿度=71%

查《乙烯回收手册》图2-5得：H2O/干空气=0。034则：

水蒸汽=0.034×1843.8=62.7kmol/h=1128kg/h（7）湿空气量

G湿=1843.8+62.7=1906.5kmol/h=42700Nm3/h=712Nm3/min=53200+1128=54328kg/h

（8）烟气组成

烟气组成见表4。

表4烟气组成组成O2COCO2

分子量322844kmol/h9.21871873

kg/h29452368228mol%mol%（对湿烟气）（对干烟气）0.448.928.920.510.210.2N2总干烟气生成水水蒸汽总湿烟气2818181456.61839.819562.72097.54078054538351011285917669.429.303.0100.079.1100.0干烟气分子量=54538/1839.8=29.7湿烟气分子量=59176/2097.5=28.2平衡核算：

湿空气量=54328kg/h焦炭量=4875kg/h

两项小计=54328+4875=59203kg/h，与总湿烟气量59176kg/h相近。至烟囱的干烟气=54538-885=53653kg/h（9）烧焦单位耗空气量

湿空气量/焦炭量=42700/4875=8.8Nm3/kg焦湿空气量/焦炭量=54328/4875=11.1kg/kg焦（10）烟风比

湿烟气/湿空气=2097.5/1906.5=1.1(mol比)

2、再生器热平衡

（1）焦炭燃烧放出热量

生成CO2的C量=2242.5kg/h，发热值8100kCal/h生成CO的C量=2242.5kg/h，发热值2450kCal/h生成H2O的H量=390kg/h，发热值28600kCal/h

生成CO2的C放出热量=2242.5×8100=1816×104kCal/h生成CO的C放出热量=2242.5×2450=550×104kCal/h生成H2O的H放出热量=390×28600=1115×104kCal/h小计=1816×104+550×104+1115×104=3481×104kCal/h.（2）可利用热量

解吸催化剂上的焦炭需要总热量的11.5%.即:Q可=3481×104×0.885=3080×104kCal/h（3）主风机出口温度

T出?T入（P出P入）K?1K?

T入——入口温度，取28.8℃=301.8oKP出——出口压力（绝），3.2大气压.P入——入口压力（绝），0.95大气压.η——多变效率，取η=0.75K——绝热指数，1.4

4

T出?T入（P出P入）K?1K?3.21.4?0.75?301.8?()?301.8?3.370.381?475?K?202?C

0.951.4?1取再生器入口处温度为170℃（4）给催化剂净热量

①给干空气的热量=53200×0.26(670-170)=692×104kCal/h.②给水蒸汽的热量

a.空气中带入H2O热量=1128×0.5(670-170)=28×104kCal/h.b.催化剂带入H2O热量=720×0.5(670-510)=5.8×104kCal/h.

c.其它H2O热量=(37+18+158+125+118+24+172+1450)×0.5(670-250)

=2102×0.5(670-250)=44.1×104kCal/h.

③热损失=120×104kCal/h.

小计=692+28+5.8+44.1+120=889.9×104kCal/h.

给催化剂的热量Q=(3080-889.9)×104=2190.1×104kCal/h.（5）催化剂循环量

2190.1?104G剂?530000kg/h

0.26(670?510)?103（6）剂油比=530000/(75000×1.2)=5.9

3、再生器水平衡

(计算见第八节)

再生器水平衡见表5。

表5再生器水平衡入方名称(1)空气中水(2)氢燃烧生成水(3)待生催化剂带入(4)待生滑阀前松动蒸汽流量，kg/h1128351072037出方名称(1)带至反应器蒸汽(2)带至烟气的蒸汽流量，kg/h8895825

（4）负荷状况

进入一级旋风分开器的催化剂量为：ρ×V=10×17=170kg/s=612吨/时

进入每一组旋风分开器的催化剂量=612/5=122.2吨/时一级料腿采用φ426×12管子

管子截面积=0.785×0.4022=0.127m2

质量流速=122200/（3600×0.127）=268kg/m2·s进入二级旋风分开器的催化剂若为一级的10%二级料腿采用φ168×10管子

管子截面积=0.785×0.1482=0.0172m2

二级料腿质量流速=122200×0.1/（3600×0.0172）=198kg/m2·s

（5）催化剂损失

催化剂单耗按0.6公斤/新鲜原料吨

每小时为0.6×75=45公斤/时=1080公斤/天损耗率=45/612000=0.00735%

旋风分开器回收率=100-0.0074=99.9926%8、双动滑阀

考虑双动滑阀有三种不同的操作。

正常流量：在设计负荷下操作不用紧急水

最大流量：在最大烧焦负荷下操作，由于二次燃烧而动用喷水及旋风分开喷入最大蒸汽量。最小流量：由于二次燃烧而将烧焦空气切断，动用稀相喷水，并且吹入事故蒸汽，此时单动滑阀切断。（1）正常流量

考虑旋风分开器喷蒸汽降温14℃，即烟气从670℃降至656℃。干烟气1810kmol/h=53653kg/h

水蒸汽532kmol/h=9582kg/h（见水平衡）

两项小计：1810+532=2342kmol/h=53653+9582=63235kg/h滑阀前压力P1=2.8-0.0468=2.7532kg/cm2=39.1英磅/英寸2滑阀后压力P2=2.7532-0.6=2.1532kg/cm2=30.5英磅/英寸2

烟气体积流率V?22.4?2342?(273?656)?64500m3/h

273?2.7532烟气密度,ρ=63235/64500=0.982kg/m3烟气分子量,M=63235/2342=27滑阀前温度,T1=1212+460=1672oR压缩因数,μ=1

烟气流量W=63235×2.2/3600=38.7磅/秒绝热指数,k=1.38

设d/D=0.38,Cd=0.66

Rc=P2最小/P1=0.615,P2最小=Rc·P1=0.615×39.1=24.0磅/英寸2

11

P2最小P2计算取P2最小

?P2最小56.7?33.7?PP23?1???0.31PP56.7?1.3174.281k1k查图Y1=0.885

d?W0.161CdY1(P1?P2)P1MT1?1?14.60.161?0.625?0.88518?56.7?181698?1?14.6?49.5

0.08905?3.32=7.03英寸=0.178m

d/D=0.178/0.87=0.205,与假设相近,计算正确.滑阀开孔面积=0.785×0.1782=0.0248m2实际采用最小开孔面积=0.0252m2

9、辅助燃烧室

（1）在装置开工升温用空气量为600Nm3/min

湿空气量600Nm3/min=1600kmol/h

13

干空气?湿空气1600??1550kmol/h?44700kg/h水汽1?干空气1?0.034水蒸汽=1600-1550=50kmol/h=900kg/h空气入口温度170℃,出口温度580℃

444

热负荷Q=44700×0.26(580-170)+900×0.5(580-170)=476×10+18.9×10=494×10kCal/h装催化剂时湿空气量550Nm3/min=1470kmol/h干空气量=1470/1.034=1420kmol/h=40500kg/h水蒸汽量=1470-1420=50kmol/h=900kg/h空气入口温度170℃,出口温度620℃

444

热负荷Q=40500×0.26(620-170)+900×0.5(620-170)=474×10+20.2×10=494.2×10kCal/h（2）一次二次风量的分派

①控制炉膛温度1000℃所需一次风量

494.2?104V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min

0.26(1000?170)二次风量，V2=600-296=304Nm3/min

②装催化剂时总空气量550Nm3/min=1470kmol/h

494.2?104一次风量，V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min

0.26(1000?170)二次风量，V2=550-296=254Nm3/min③正常时主风量712Nm3/min

一次风量，V1=296Nm3/min二次风量，V2=416Nm3/min（3）燃烧室环形空隙

环隙处压力，P环=2.8+0.0208+0.187+0.1=3.108kg/cm2(绝)

992环隙处温度,T环=443oK347二次空气流量=296×443×1/(273×3.108)=2.57m3/s环隙处空气流速为10m/s环隙截面积=2.57/10=0.257m2

18721054设计采用环隙截面积为0.416m2

（4）燃烧室尺寸

燃烧室尺寸示意图如图1所示。炉膛热强度选250×104kCal/h·m3则炉膛体积=500×104/250×104=2m3

燃烧室总高度2219mm图1燃烧室尺寸示意图燃烧室直径φ992/φ1054

则炉膛体积=0.785×0.9922×0.347+0.785×1.0542×1.872=0.268+1.63=1.898m3

燃烧室耐火砖厚113mm,石棉厚10mm,金属壁厚10m