炼油工艺学课件VIP

緒論2024-1-18

石油是什麼？石油（Petroleum）是一種從地下深处开采出來的呈黃色、褐色甚至黑色的可燃性粘稠液體，常與天然氣共存（從石油的外觀、來源、最基本特性）石油是由遠古海洋或湖泊中的生物在地下經過漫長的地球化學演化而形成的烴類和非烴類的複雜混合物（從地球化學角度）石油工業經過100多年發展以後，對“石油”才有了比較科學的命名（1983年，第11屆世界石油大會）2024-1-18

石油是什麼？1983年第11屆世界石油大會正式提出對石油、原油、天然氣等名詞的定義：石油(Petroleum)：指氣態、液態和固態的烴類混合物，具有天然性狀原油(CrudeOil)：指石油的基本類型，常壓下呈液態，其中也包括一些液態非烴類組分（天然的液態烴類混合物）天然气(NaturalGas)：指石油的主要類型，常溫常壓下呈氣態，在地層條件下溶解於原油中2024-1-18

因此，石油這一概念實際上包括了人們習慣上所說的原油、天然氣、伴生氣、凝析油等何謂石油煉製？石油煉製是我國石油化學工業的組成之一2024-1-18石油化學工業

石油煉製以石油為原料生產各種石油產品

石油化工以乙烯、丙烯為原料生產三大合成材料及基本有機原料石油煉製工業（煉油工業）

原油2024-1-18石油產品一次加工(原油蒸餾)二次加工(催化、加氫、重整等)三次加工(烷基化、異構化、醚化等)油品調合或精製產品分類燃料潤滑油及相關產品蠟瀝青石油焦溶劑及化工原料占80%課程主要內容石油、石油餾分及石油產品的化學組成和物理性質主要石油產品的品質要求及主要使用性能我國主要原油特性及其加工方向原油蒸餾過程的基本原理、工藝流程、工藝計算，主要操作因數及其確定方法催化裂化、催化加氫、催化重整等工藝過程的基本原理、工藝流程、工藝計算，主要影響因數分析以及催化劑和催化作用烷基化、醚化、異構化（氣體加工）等工藝過程的基本原理2024-1-18“石油加工業”前景如何？*衡量一門工業發展的尺度評價一個工業前途的標誌？在國民經濟中的地位作用如何？增長速度和發展趨勢怎樣？對人類社會的貢獻有多大？“石油加工業”前景如何？*石油工業是19世紀的產物、20世紀的奇跡、當代經濟的“發動機”，石油被人們視為關係到一個國家國計民生及國家安全的特殊商品-即戰略物資石油的開發、加工和利用，在相當程度上改變了世界的政治、經濟格局，也改變了人們的生活和工作方式，推動人類社會的發展進程石油對人類的貢獻被譽為“工業血液”，是重要的能源和優質的化工原料。石油能左右世界經濟，對世界經濟產生全方位、多層次的重大影響。同時又是不可再生的寶貴資源石油產品與人們的衣食住行息息相關石油工業是國家的基礎工業(或支柱產業)、舉足輕重2024-1-18中國石油、石化兩大集團擁有的資產占全國總資產的十分之一，所繳稅款占全國總稅收的四分之一目前石油在我國能源消費結構中約占20%（煤炭占70%）。據國際能源機構預測，未來二十年中國對石油及其產品的需求將呈快速增長趨勢。預計到2020年，石油在我國總能源消費結構中的比例將上升至26%,世界仍將保持目前~38%水準煤炭、石油、天然氣資源人均可采儲量：

煤炭/噸石油/噸天然氣/立方米世界平均162.523.524796

美國876.413.116843

中國89.82.610742024-1-18近10年來，我國石油消費年均增長5.77%，而石油供應年均增長僅1.67%1993年，成為石油產品淨進口國，1996年，成為原油淨進口國，2002年進口原油、成品油超過7000萬噸，今年已經超過10000萬噸據統計，中國對進口石油的依存度已由1995年的6.6%上升為2000年的25%，預計2005年進口原油占國內總需求的比例將提高到33.5%2024-1-182024-1-18億桶世界石油探明儲量(億桶)圖石油加工前景廣闊

直到今天，仍然沒有哪一種產品或產業，能像石油那樣持久地影響著全球的政治、經濟、軍事戰略和國家安全2024-1-18石油如何轉變成極為有用的石油產品?正是本課程探討的主要問題!第一章緒論

從石油加工工程課中學到什麼?國內外煉油工業的發展、現狀及新世紀面臨的挑戰授課內容及教與學的方法幾點希望和要求2024-1-18石油作為一個工業的發展始於19世紀中葉(1859年)，在140多年的發展中，石油工業經歷了三個時期：石油主要用作照明的“燈油”時代--19世紀末石油主要用作發動機燃料的“動力燃油”時代-20世紀中葉石油既作燃料、又作化工原料的“綜合利用”時代，即當今的石油化工時代--20世紀後半葉開始2024-1-18

二.國內外煉油工業的發展與現狀世界能源消費結構(%)變化煤炭石油與天然氣其他1900年1950年1970年1990年2001年95.059.3(95.0)32.627.3(76.2)24.71(~70)4.039.1(3.39)65.360.2(18.7)62.18(~25)1.01.62.112.513.112024-1-18括弧內數據為中國世界石油消費量情況石油消費水準現已成為一個國家綜合國力和經濟發展程度的重要標誌，是國家安全、經濟繁榮的關鍵和社會文明的基礎年人均消費量kg/人：世界~580

美國4200日本2040

韓國1500臺灣1200

中國1592024-1-18我國是最早發現和利用石油的國家之一，在古代曾一度處於世界領先地位北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中第一次使用“石油”這一名稱：“夫（同音字）延境內有石油，生於水際沙石，與泉水相雜，頗似淳漆，燃之如麻，但煙甚濃”，並預言“此物後必大行於世”解放前，由於長期封建、半封建、半殖民地統治，石油的開發及加工生產發展極為緩慢。49年以前，全國石油累計生產67.7萬噸，煉油能力只有17萬噸*我國石油工業1949年後發展迅速。發現了以大慶、勝利為代表的342個油田(儲量1億噸以上的有26個)，110個氣田(儲量100億立方米的有17個)。2002年我國原油產量1.6475億噸（世界第四）我國煉油工業1965年後發展突飛猛進。目前兩大集團公司共有95個煉油廠，煉油能力已達22641萬噸，僅次於美國(82822)、俄羅斯(27177)和日本(23932)，居世界第四中國現已成為世界產油大國和煉油大國*我國煉油能力增長情況

年煉油能力/萬噸/a1949171952991965142319841075019941810019972000020022264120103.0~3.5億噸*煉油企業規模、生產裝置規模偏小，經濟效益受影響裝置利用率（負荷率或開工率）較低(國外>80%，國內~80%)，且難以適應原油品種結構變化煉油裝置結構不太合理，導致產品品質、檔次低，綜合商品率低(~90%)，產品結構與市場的矛盾突出，缺乏市場競爭力裝置生產週期短，物耗、能耗較高，勞動生產率低輕質油收率較低(~66%)，加工損失率較高(~1.39%)市場需要清潔燃料，標準越來越高2024-1-18

我國煉油工業面臨的主要問題煉化企業規模現狀（截止2002年）

世界

中國

煉廠個數

73295平均規模（萬噸/年）

554238>1000萬噸/年

100座4坐>2000萬噸/年

15座無最大規模（萬噸/年）

47001800（鎮海）

單套能力（萬噸/年）一般>1000<500

最大125010002024-1-18煉油裝置結構狀況2024-1-18裝置名稱中國美國世界

催化裂化

34.533.016.6

加氫精製

10.264.745.2(含加氫處理)

催化重整

5.221.813.9

烷基化

0.616.72.3

異構化

03.81.72

醚化

0.020.80.3國內外煉廠技術經濟指標對比

國外平均中石油股份中石化股份平均規模/萬噸

540379480開工率/%>9073.6581.0綜合商品率/%>92~9390.9291.78加工損失率/%0.501.051.12輕油收率/%>7368.5370.10單位能耗

10.013.9013.91

千克標油/噸2024-1-18*

上述問題也正是我國煉化企業與世界先進水準存在的主要差距。加入WTO後，我國煉油工業將面臨來自全球市場前所未有的壓力和挑戰目前，我國煉化企業將以結構調整為重點，加大投資力度、加快技術創新和技術改造，以提高市場競爭能力和滿足環保要求為目的，加快發展20世紀被稱為工業經濟時代，其發展模式是高增長、高投入、高消耗、高排放、高污染。21世紀世界已由工業經濟時代跨入知識經濟時代，其發展模式是高智力、高效益、高增長、低消耗、低排放、低污染，世界各國都將以可持續發展戰略來發展經濟，這一大趨勢必將對煉油工業產生重大影響*世界煉油工業面臨的挑戰和機遇2024-1-18挑戰：經濟全球化、市場國際化、競爭白熱化煉化企業如何提高競爭實力？生態環境日益惡化，環保要求日益強勁，生產清潔、超清潔優質石油產品大勢所趨煉油工業如何發展綠色技術，生產綠色產品？石油產品需求量持續增長，原油品質逐漸變差（高硫、高金屬、高殘炭），傳統煉油技術已難以適應煉化企業如何靠改革、技術創新、管理創新提高生存能力？世界煉油工業面臨的挑戰和機遇2024-1-18機遇：豐富的油砂瀝青和天然氣資源，為煉油工業提供了巨大的發展空間高新技術（如膜技術、生物技術、納米技術等）的快速發展為煉油工業提供了堅實的技術支持新世紀煉油工業的發展方向調整企業結構，採取兼併、聯合、重組措施，充分發揮規模優勢，增強競爭實力煉油-化工一體化，優化資源配置，提高經濟效益發展深度加工，提高資源利用率採用清潔技術、生物技術、合成技術，生產清潔和超清潔油品，減少污染、降低成本、滿足未來需求2024-1-18我國石化行業“十五”發展目標以結構調整為主線，以提高競爭力為核心全國煉油綜合能力達2.7億噸，其中加工進口原油7500萬噸以上建成8~9個千萬噸級煉油基地乙烯生產能力超過900萬噸，建成上海、楊子2個百萬噸級乙烯基地提升煉油、發展乙烯，實現石化大國走向石化強國的重大轉變2024-1-18

第一章緒論

從石油加工工程課中學到什麼?國內外煉油工業的發展、現狀及新世紀面臨的挑戰授課內容及教與學的方法幾點希望和要求2024-1-18教材：壽德清、山紅紅主編《石油加工概論》參考教材：《石油煉製工程》，林世雄主編，第三版，石油工業出版社授課內容：基礎知識：介紹石油和石油產品的性質、組成，產品品質標準和使用性能、加工方案等，約10學時。原油的主要加工過程（原油蒸餾、催化裂化、催化重整、催化加氫、熱加工等），約20學時因學時有限，其他章節不單獨作課堂講授2024-1-18三.授課內容及教與學的方法課程特點

化學工程的一個分支，即化學工程理論在煉油工藝技術中的具體應用。綜合性、實踐性強，發展變化快教學方法

突出專業課特點“淺、廣、新、精”

多種教學方式並行，主要以課堂講授為主自學，知識更新的必由之路，也是學好一門課的關鍵

課堂測驗，檢查聽課效果和出勤率

現場參觀學習，理論聯繫實際的好辦法*

三.教與學的方法學習方法

重視理論聯繫實際

—

學習專業課的重要原則既要重視實踐經驗（如經驗公式、經驗數據）的總結，也要重視應用所學的專業理論作指導，善於從生產現象、實驗數據或運算元據的分析出發，解決生產實際問題，培養工程能力

注意前後知識的貫通和聯繫

—

學習專業課的基本方法

課程接觸專業術語較多，要在理解的基礎上學習掌握不要孤立的學習和記憶

*

三.教與學的方法第一章緒論

從石油加工工程課中學到什麼?國內外煉油工業的發展、現狀及新世紀面臨的挑戰授課內容希望和要求*通過本課程的學習，希望在三方面得到鍛煉和提高：

對煉油的基礎知識和主要加工工藝能有所瞭解

自學能力綜合運用專業基礎知識，分析解決工程實際問題能力

2024-1-18CH.1

四.幾點希望和要求要求：

上課認真聽講，養成記筆記的良好習慣認真、獨立、按時完成作業，杜絕抄襲和“髒、亂、差”2024-1-18CH.1

四.幾點希望和要求

安排同學自學是構成課堂教學的重要組成部分。課堂教學要充分發揮教師的指導作用，在自學方面，則要充分發揮同學的積極性和自主作用

催化裂化第一節概述2024-1-1838CatalyticCracking2024-1-1839燃料生產中一個重要的問題：如何將原油中的重質餾分油甚至渣油轉化成輕質燃料產品？重質油轉化為輕質油從大分子分解為較小的分子主要依靠分解反應（熱反應和催化反應）從低H/C的組成轉化成較高H/C的組成脫碳（溶劑脫瀝青、催化裂化、焦炭化等）加氫（加氫裂化）2024-1-1840催化裂化是目前石油煉製工業中最重要的二次加工過程，也是重油輕質化的核心工藝催化裂化是提高原油加工深度、增加輕質油收率的重要手段催化裂化於1936年實現工業化

催化裂化原料：重質餾分油(減壓餾分油、焦化餾分油)、常壓重油、減渣(摻一部分餾分油)、脫瀝青油

主要控制指標：金屬含量和殘碳值一、催化裂化的原料和產品2024-1-1841Ni+V：不大於20PPm

殘碳：不大於6%反應條件：溫度為460～530℃，壓力2～4atm，有催化劑存在產品分佈及特點：氣體:10～20%，氣體中主要是C3、C4，烯烴含量很高汽油:產率在30～60%之間，ON高，RON可達90左右柴油:產率在0～40%，CN較低，需調和或精製油漿：產率在0～10%焦炭:產率在5%～10%，原子比大約是C:H=1:0.3～1

2024-1-1842二、催化裂化的發展過程催化裂化反應：吸熱過程再生：放熱過程催化裂化反應分解等反應生成氣體、汽油等小分子產物

縮合反應生成焦炭

技術發展：反應-再生型式（工藝）和催化劑性能兩個方面2024-1-1843催化裂化的發展可以分成以下幾個階段：1．天然白土和固定床催化裂化2．合成矽鋁催化劑和移動床催化裂化

①移動床催化裂化

②流化床催化裂化3．分子篩催化劑和提升管催化裂化2024-1-18442024-1-1845催化裂化技術今後的發展方向：

①加工重質原料

②降低能耗

③減少環境污染

④適應多種生產需要的催化劑和工藝

⑤過程模擬和電腦應用2024-1-1846三、工藝流程概述1．反應—再生系統包括：反應-再生系統、分餾系統、吸收-穩定系統、再生煙氣的能量回收系統和液化氣、汽油的脫硫精製等高低並列式提升管催化裂化裝置的工藝流程2024-1-1847200～300

℃600～750

℃490～510

℃2

～3s反應溫度2024-1-1848說明：反應吸熱，再生放熱，催化劑作為熱載體再生煙氣溫度很高，流量大，應回收再生煙氣的化學能和熱能在生產過程中，催化劑會有損失和失活，為了維持系統內催化劑的藏量和活性，需定期向系統內補充或置換催化劑保證催化劑在兩器間按正常流向迴圈以及再生器有好的流化狀態是催化裂化裝置的技術關鍵2024-1-18492．分餾系統480～490

℃過熱油氣2024-1-1850在分餾塔內將反應油氣分成幾個產品：塔頂為汽油及富氣，側線有輕柴油、重柴油和回煉油，塔底產品是油漿為了取走分餾塔的過剩熱量，設有塔頂迴圈回流、一個至兩個中段回流以及塔底油漿迴圈催化裂化分餾塔有以下幾個特點：進料是帶有催化劑粉塵的過熱油氣全塔剩餘熱量大而且產品的分餾精確度要求比較容易滿足塔頂回流採用迴圈回流而不用冷回流進入分餾塔的油氣含有相當大量的不凝氣和惰性氣體，它們會影響塔頂冷凝冷卻器的效果提高富氣壓縮機的入口壓力以降低氣壓機的功率損耗

2024-1-18513．吸收—穩定系統主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及穩定塔組成。吸收穩定系統的作用：利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成幹氣（≤C2）、液化气（C3、C4）和蒸汽壓合格的穩定汽油。吸收塔和解吸塔的操作壓力為1.0～2.0MPa。穩定塔實質上是個精餾塔，操作壓力為1.0-1.5MPa

2024-1-1852提高C3回收率的關鍵提高C4回收率的關鍵低溫高壓防熱高溫低壓吸熱2024-1-18532024-1-1854催化裂化的反應-再生系統有多種形式，如高低並列式、同軸式、兩段提升管催化裂化等至於分餾系統和吸收-穩定系統，在各催化裂化裝置中一般並無很大差別

四、提升管催化裂化裝置的類型2024-1-1855高低並列式

反應器位置較高，兩器壓力不同，一般再生器比反應器的壓力高0.02～0.04MPa。催化剂在两器中循环，用斜管输送，并由滑阀调节。滑阀的材质要满足耐磨要求。

同軸式

沉降器和再生器同軸疊置，採用塞閥(plugvalve)调节催化剂循环量。由于阀头和催化剂均匀接触，阀头磨蚀轻；布置紧凑，占地面积小。

同高並列式2024-1-18562024-1-18572024-1-1858

催化裂化催化劑2024-1-18592024-1-1860催化劑：能夠改變化學反應速度而本身不發生化學反應的物質催化劑的催化作用：改變化學反應的速度有關催化劑的催化作用，有以下幾點說明：催化劑參與催化化學反應，但反應前後本身不發生變化

催化劑只能促進那些從熱力學角度判斷可能進行的反應催化劑只能加快反應速度，不能改變化學反應平衡催化劑提高反應速度，主要是改變了反應歷程，降低了反應活化能。

2024-1-1861自由基途徑：210～293kJ/mol

正碳離子途徑：42～125kJ/mol

在工業催化裂化中，催化劑不僅對處理能力、產品產率和產品品質起著主要影響，而且對生產成本也有著重要影響目前國內的情況大約是催化劑單耗0.5～1.5kg，中石化規定單耗在0.75以下催化劑還對操作條件、工藝過程和設備型式的選擇有重要影響2024-1-1862一、催化裂化催化劑的種類、組成和結構工業上廣泛使用的裂化催化劑可分為兩大類：無定型矽酸鋁：包括天然白土、合成低鋁矽酸鋁、合成高鋁矽酸鋁結晶型矽鋁酸鹽：即分子篩催化劑2024-1-18631．無定型矽酸鋁催化劑經過酸化處理的天然活性白土和具有更高穩定性的人工合成的矽酸鋁無定型矽酸鋁催化劑具有孔徑大小不一的許多微孔，一般平均孔徑4～7nm，新鮮矽酸鋁催化劑的比表面積可達500～700m2/g,孔容為0.4～0.7ml/g。主要成分是氧化鋁和氧化矽，依鋁含量不同，合成矽酸鋁又分為低鋁和高鋁兩種質子酸和非質子酸形成的酸性中心就是矽酸鋁催化劑的活性來源，它們能引發正碳離子反應

2024-1-18642．結晶型矽鋁鹽催化劑(分子篩催化劑)

也稱為結晶型泡沸石，是以SiO2和Al2O3為主要成分的具有晶格結構的結晶矽鋁鹽與無定型矽酸鋁相比，分子篩催化劑具有更高的選擇性、活性和穩定性

特點：具有穩定的、均一的微孔結構,具有很大的內表面

按分子篩的組成和晶體結構不同可分為A型、X型、Y型及絲光沸石等幾種2024-1-1865X、Y型佛石的晶體結構相同，但它們的矽鋁分子比（SiO2/Al2O3）不同：X型沸石Si/Al=2～3；Y型沸石Si/Al=3～6。2024-1-1866八面沸石籠或超籠Si或Al2024-1-1867人工合成的分子篩是含有鈉離子的分子篩，它沒有催化活性，鈉離子可以用離子交換的方式與其他陽離子置換

目前工業上裂化催化劑主要有四種:以氫離子置換得到的H-Y型分子篩，置換的方法是先用NH4+置換Na+，然後加熱除去NH3即剩下H+用稀土金屬離子(如鈰、鑭、鐠等)置換得到的稀土-Y型分子篩，因稀土元素可用符號RE表示，故可縮寫成REY型分子篩兼用氫離子和稀土元素離子置換得到的RE-H-Y型分子篩由H-Y型分子篩經脫鋁得到的具有更高矽鋁比的超穩Y型分子篩2024-1-1868與無定型矽酸鋁相似，分子篩也是一種多孔性物質，具有很大的內表面，新鮮分子篩催化劑的比表面積為600～800m2/g分子篩是晶格結構，孔排列均勻，孔徑大小均勻，其孔徑大小為分子大小的數量級研究結果表明，分子篩催化劑的表面也具有酸性，由質子酸和非質子酸形成的酸性中心是分子篩催化劑活性的主要來源經離子交換的分子篩，其活性比無定型矽酸鋁催化劑高100多倍

2024-1-1869在工業上所用的分子篩催化劑中含有10～35%的分子篩，其餘的是起稀釋作用的擔體工業上應用的擔體有天然活性白土、合成低鋁矽酸鋁和合成高鋁矽酸鋁擔體的作用：起稀釋作用擔體可以容納分子篩中未除去的Na+

適當的擔體可以增強催化劑的耐磨程度起著儲存和傳遞熱量的作用分子篩的價格高，採用擔體可以降低催化劑的成本在重油催化裂化中，擔體可以起到預裂化的作用

2024-1-1870對分子篩活性的來源有兩種解釋，但都不完善:與矽酸鋁一樣，表面具有酸性，也是由質子酸和非質子酸引起的；分子篩晶體結構存在著靜電場，使被吸附物分子極化而促進反應2024-1-1871二、裂化催化劑的使用性能1．密度真實密度：一般為2～2.2g/cm3

顆粒密度：一般是0.9～1.2g/cm3

堆積密度：一般為0.5～0.8g/cm3

鬆動狀態沉降狀態密實狀態催化劑的堆積密度常用來計算催化劑的體積和重量，而催化劑的顆粒密度對催化劑的流化性能有影響

2024-1-18722．活性（activity)微反活性法：在微型固定式流化床反應器中放置5.0g待測催化劑，採用標準原料(我國規定用大港235～337℃的輕柴油)，在反應溫度為460℃，重量空速為16h-1，劑油比為3.2的反應條件下反應70s，所得反應產物中的(<204℃的汽油+氣體+焦炭)品質占總進料量的百分數即為該催化劑的微反活性(MA)微反活性只是一種相對比較的評價指標，它並不能完全反映實際生產的情況

評價催化劑促進化學反應的能力大小2024-1-1873新鮮催化劑在開始使用一段時間後，活性急劇下降，待降到一定程度以後則緩慢下降，因此初活性不能真實地反映實際生產情況在測定新鮮催化劑的活性前，須先將催化劑進行水熱老化處理，目的就是使測定結構能較接近實際的生產情況在我國，水熱老化的條件是使催化劑在800℃、常壓、100%水蒸氣下處理4h或17h2024-1-18743．穩定性(stability)穩定性指催化劑耐高溫和水蒸氣老化的性能，由水熱處理前後活性比較來評價。既催化劑在使用過程中保持活性的能力催化劑穩定性的評價一般高鋁矽酸鋁的穩定性優於低鋁矽酸鋁，而分子篩催化劑的穩定性則更好

REY(三價)分子篩>AE(二價)分子篩>堿(一價)分子篩>H分子篩2024-1-18754．選擇性(selectivity)表示催化劑增加目的產品和減少副產品的選擇反應能力“汽油產率/轉化率”或“焦炭產率/轉化率”來表示裂化催化劑在受重金屬污染以後，其選擇性會變差

裂化氣中的H2/CH4比值不僅可反映重金屬污染的程度，而且也可反映催化劑選擇性的變化。

分子篩催化劑的選擇性優於無定型矽酸鋁2024-1-18765．篩分組成和機械強度篩分組成一般要求在20～80μm之間通常把催化劑粒度分成四個部分：0～20μm，20～40μm,40～80μm，>80μm

適當的細粉(<40μm)含量可以改善流化品質，降低催化劑損耗及提高再生效率，細粉在粗顆粒之間起了潤滑作用，改善了催化劑流化性能採用“磨損指數”來評價微球催化劑的機械強度通常要求微球催化劑磨損指數≯2

2024-1-1877三、工業用分子篩催化劑的種類1．REY型分子篩催化劑裂化活性高、水熱穩定性好、汽油收率高的特點，但其焦炭和幹氣的產率也高，汽油的辛烷值低2．USY型分子篩催化劑其穩定性提高、耐熱和抗化學穩定性增強,氫轉移反應活性降低,因此它的產物中烯烴含量增加、汽油辛烷值提高、焦炭產率降低3．REHY型分子篩催化劑兼有REY和HY分子篩的特點，其在保持REY分子篩的較高活性和穩定性的同時，也改善了反應的選擇性2024-1-1878選擇催化劑的參考原則：①在摻煉渣油的比例增大時，要選用REHY乃至USY催化劑；若原料的重金屬含量高，則宜選用具有較小表面積的基質的USY催化劑；②當要求的產品方案從最大輕油收率向最大辛烷值方向變化時，催化劑的選擇也應相應地從REY向REHY以至USY型催化劑方向轉變；③根據現有裝置的具體條件尤其是制約條件來選用催化劑2024-1-1879四、裂化催化劑助劑1．辛烷值助劑主要活性組分是一種中孔擇形分子篩，最常用的是ZSM-5分子篩

ZSM-5分子篩的主要功能是有選擇性地把一些裂化生成的、辛烷值很低的正構C7～C13烷烴或帶一個甲基側鏈的烷烴和烯烴進行選擇性裂化生成辛烷值高的C3～C5烯烴，而且C4、C5異構物比例大，從而提高了汽油的辛烷值2024-1-18802024-1-1881辛烷值助劑的加入量約為系統催化劑藏量的10～20%，補充量為0.1～0.4kg/t原料油加入辛烷值助劑以後，汽油的MON可提高1.5～2個單位，RON可提高2～3個單位

使用辛烷值助劑後，一般情況下輕質油收率降低1.5～2.5%，LPG收率約增加50%

2024-1-18822．金屬鈍化劑工業上使用的鈍化劑主要有銻型、鉍型和錫型三類銻型和鉍型主要是鈍鎳，而錫型主要是鈍釩。目前使用比較廣泛的是銻型鈍化劑

鈍化劑的加入量一般認為以催化劑上的銻/鎳比為0.3～1.0

為宜目前使用的絕大部分鈍化劑都有毒性，使用時應注意安全

2024-1-18833．CO助燃劑CO助燃劑的作用是促進煙氣中的CO氧化成CO2

目前廣泛使用的助燃劑的活性組分主要是鉑、鈀等貴金屬，以Al2O3或SiO2-Al2O3作為載體其他的助劑，例如釩捕集劑、硫轉移劑等

催化重整

(CatalyticReforming)第一節概述2024-1-18842024-1-18石油煉製工程85一、催化重整的原料和產品“重整”是指烴類分子重新排列成新的分子結構

目的：催化重整是生產高辛烷值汽油及輕芳烴(苯、甲苯、二甲苯，簡稱BTX)的重要石油加工過程，同時也生產相當數量的副產氫氣催化重整原料：直餾汽油餾分（石腦油）、目前為了擴大原料來源，也有用焦化汽油、加氫汽油產品：高辛烷值汽油、輕芳烴(BTX)、副產氫氣和液化氣2024-1-18石油煉製工程86催化重整的原料主要是直餾汽油餾分，即石腦油(Naphtha)。根據生產任務的不同，所用原料的餾程也不同：

①在生產高辛烷值汽油時，一般用80～180℃的餾分(寬餾分）；

②當以生產BTX為主時，則宜用60～145℃的餾分作原料(窄餾分）。生產實際中常用60～130℃餾分作原料2024-1-18石油煉製工程87二、催化重整技術發展1940年建成第一套催化重整裝置

其發展大體可以分為三個階段：

①從1940年至1949年為第一階段。這個時期是以氧化鉬/氧化鋁和氧化鉻/氧化鋁為催化劑的重整過程，亦稱為臨氫重整過程；

②1949年美國環球油公司(UOP)開發出了鉑重整催化劑；

③1967年雪弗隆研究公司研究成功鉑錸/氧化鋁雙金屬重整催化劑並投入工業應用，稱為鉑錸重整HydroformingPlatformingPt-ReReforming2024-1-18石油煉製工程88三、催化重整工藝流程

原料預處理以高辛烷值汽油為主重整反應

原料預處理重整反應系統重整原料拔頭油副產氫氣燃料氣高辛烷值汽油組分重整迴圈氫2024-1-18石油煉製工程89

原料預處理以生產芳烴為主重整反應芳烴抽提和分離部分

2024-1-18石油煉製工程90原料預處理預分餾切取合適沸程的重整原料預脫砷含砷量降到100ppb以下預加氫除去原料油中的能使催化劑中毒的毒物鉬酸鎳鈷鉬鎳1、原料預處理部分目的：餾分合格及雜質含量合乎原料要求2024-1-18石油煉製工程91原料的預處理包括原料的預分餾、預脫砷、預加氫三部分，其目的是得到餾分範圍、雜質含量都合乎要求的重整原料。為了保護價格昂貴的重整催化劑，對原料中的雜質含量有嚴格的限制。預分餾：切取合適沸程的重整原料。在多數情況下，進入重整裝置的原料是原油常壓塔頂＜180℃（生產高辛烷值汽油時）或＜130℃（生產輕芳烴時）汽油餾分。在預分餾塔，切去＜80℃或＜60℃的輕餾分。

2024-1-18石油煉製工程92預加氫：脫除原料油中對催化劑有害的雜質，使雜質含量達到限制要求。同時使烯烴飽和以減少催化劑的積炭，延長運轉週期。預加氫催化劑一般採用鉬酸鈷、鉬酸鎳催化劑，也有用複合催化劑。脫水塔進行脫水。重整原料油要求的含水量很低，一般的汽提塔難以達到要求，故採用蒸餾脫水法。脫水塔實質上是一個蒸餾塔。塔頂產物是水和少量輕烴的混合物，經冷凝冷卻後在分離器中油水分層，再分別引出。2024-1-18石油煉製工程932．重整反應部分重整反應是強吸熱反應，為了維持較高的反應溫度，一般採用三至四個反應器串聯，反應器間有加熱爐加熱原料至所需的反應溫度，通常在四個反應器中加入的催化劑量之比為1:1.5:2.5:5，反應器的入口溫度一般為480～520℃2024-1-18石油煉製工程94生產芳烴和生產高辛烷值汽油時，其原料預處理和重整反應兩部分的工藝流程基本相同，不同之處在：

①因存在裂解反應，重整生成油中含有少量烯烴，在芳烴抽提時，烯烴會混入芳烴而影響芳烴純度，因此要經過加氫使這些烯烴飽和

②分理出富氫氣體後的重整生成油進入脫戊烷塔，塔頂分出≤C5的輕組分，塔底為脫戊烷油，即芳烴抽提的進料2024-1-18石油煉製工程95目前工業重整裝置廣泛採用的反應系統流程可分兩大類：固定床反應器半再生式工藝流程移動床反應器連續再生式工藝流程固定床：主要特徵是採用3～4個固定床反應器串聯，每0.5～la停止過油，全部催化劑就地再生一次；移動床：主要特徵是設有專門的再生器，反應器和再生器都是採用移動床反應器，催化劑在反應器和再生器之間不斷地進行迴圈反應和再生，一般每3～7d全部催化劑再生一遍。

2024-1-18石油煉製工程96移動床反應器連續再生式重整反應系統，有美國UOP和法國IFP的專利技術，是目前世界上工業應用主要的兩家技術。UOP和IFP連續重整採用的反應條件基本相似，都用鉑錫催化劑。

UOP連續重整的三個反應器是疊置的。

IFP連續重整的三個反應器則是並行排列。勝煉連續重整技術提供了更為適宜的反應條件，取得了較高的芳烴產率、較高的液體收率和氫氣產率，突出的優點是改善了烷烴芳構化反應的條件規模小的裝置來用連續重整是不經濟的2024-1-18石油煉製工程97

鉑錸重整的其他操作條件如下：空速：1.5～2h-1氫油比：1200:1(體)；5～10(分子比)壓力：1.5～2.0MPa

連續重整裝置的反應條件一般如下：反應壓力：0.35～0.8MPa氫油分子比：1.5～4反應溫度：500～530℃2024-1-18石油煉製工程98以生產芳烴產品為目的時，重整反應產物——脫戊烷油中一般含芳烴30％～60％，其餘是非芳烴。這一混合物中，芳烴和非芳烴的沸點相近或有共沸現象一般用精餾的方法很難將它們分開，通常採用液-液抽提的方法，先分出混合芳烴，然後進行芳烴精餾。芳烴液-液抽提的原理是根據芳烴在溶劑中的溶解度不同，使芳烴和非芳烴得到分離。2024-1-18石油煉製工程99重整反應產物經過抽提後得到的是苯、甲苯、二甲苯和重芳烴的混合物，芳烴精餾的目的就是將它們分離成單體芳烴。目前我國芳烴精餾的工藝流程有兩種類型：一種是三塔流程，用來生產苯、甲苯、混合二甲苯和重芳烴；另一種是五塔流程，用來生產苯、甲苯、鄰二甲苯、間對二甲苯、乙基苯和重芳烴。2024-1-18石油煉製工程1002024-1-18石油煉製工程1012024-1-18石油煉製工程102

催化重整的化學反應2024-1-181032024-1-18104一、催化重整的化學反應催化重整是以C6～C11的石腦油作原料，在一定操作條件和催化劑作用下，烴分子發生重新排列，使環烷烴和烷烴轉化成芳烴和異構烷烴，同時產生氫氣的過程重整催化劑是一種雙功能催化劑，即有金屬功能，進行脫氫和環化等反應；又有酸性功能，進行異構化和加氫裂解反應1．六員環的脫氫反應2024-1-181052．五員環烷烴的異構脫氫反應3．直鏈烷烴的異構化反應2024-1-181064．烷烴的環化脫氫反應2024-1-181075．加氫裂化反應6．芳烴脫烷基反應2024-1-181087．烯烴的飽和反應8．積炭反應烴類的深度脫氫，生成烯烴和二烯烴，烯烴進一步聚合及環化，形成稠環芳香烴，並吸附在催化劑上，最終轉化成焦炭而使催化劑失活

2024-1-18109以上反應中第1，2，4是生成芳烴的反應，芳烴有較高的辛烷值，故目的產品不論是高辛烷值汽油還是芳烴，這些反應都是有利的。但這三種反應的反應深度是不一樣的：

①六員環的脫氫反應最快；

②五員環的異構脫氫反應要比前者慢得多；

③烷烴脫氫環化反應速度很慢2024-1-18110烷烴異構化反應，雖不能直接生成芳烴，但卻能提高辛烷值；加氫裂化生成小分子的烴類，而且在催化重整條件下，加氫裂化還包含有異構化反應，因此，加氫裂化反應有利於提高辛烷值，但過多的加氫裂化會使液體收率降低，所以，對加氫裂化反應要適當控制2024-1-18111生產上通常用“芳烴潛含量”來表徵重整原料的反應性能，即當原料中的環烷烴全部轉化成芳烴時所能得到的芳烴量。其計算方法如下(含量皆為品質分數)

2024-1-18112用“芳烴轉化率”或“重整轉化率”來表徵重整原料的轉化深度和操作水準高低原料中芳烴潛含量越高，重整後得到的芳烴產率就越高芳烴潛含量只是說明生產芳烴的可能性（潛在能力），並不是最高能力在實際生產中可能獲得比芳烴潛含量更高的芳烴產率2024-1-18113四、催化重整的主要操作因素

1．反應溫度無論從反應速度還是化學平衡來考慮，提高反應溫度對催化重整都有利，但反應溫度還受以下因素的限制：

①設備材質；

②催化劑的耐熱穩定性和容碳能力等；

③非理想的副反應。提高反應溫度則加氫裂化反應加劇，催化劑積炭加快，液體產率下降目前國內各重整裝置的反應器入口溫度多在480～530℃之間

2024-1-18114

催化重整常採用加權平均溫度來表示反應溫度反應溫度應隨催化劑活性的逐漸降低而逐步提高高溫有利於芳烴的生成和辛烷值的提高，但高溫也加劇了副反應地進行，使液體產物的收率下降

2024-1-181152．反應壓力反應壓力影響生成油的收率、芳烴產率、汽油品質和操作週期工業裝置上以最後一個反應器的進口壓力代表反應壓力

提高反應壓力對生成芳烴的環烷烴脫氫、烷烴環化脫氫反應都不利，相反卻有利於加氫裂化反應解決這個矛盾的方法有兩個：採用較低的壓力，經常再生；採用較高的反應壓力，犧牲一些轉化率以延長生產週期

2024-1-18116如何選擇最適宜的反應壓力還要考慮到原料的性質和催化劑性能：對易生焦的原料採用較高的反應壓力催化劑的容焦能力大，穩定性好則可採用較低的反應壓力我國的半再生式鉑錸重整約採用18atm的反應壓力，鉑重整採用20～30atm，而連續再生式重整裝置的壓力可降到8atm左右，甚至可降到3.5atm

2024-1-181173．進料空速空速反映了反應時間的長短，對一定的反應器，空速越大，反應時間越短，處理能力就越大。空速的選擇取決於催化劑的活性和原料組成催化重整中各類反應的反應速度不同，因而空速的變化對各類反應的影響也不同對環烷基原料可採用較高的空速；而對石蠟基原料則需要用較低的空速對鉑催化劑我國一般採用3h-1左右的空速，鉑錸重整裝置採用1.5～2h-1

2024-1-181184．氫油比(H/O)

使用迴圈氫的目的是：①抑制生焦反應；②保護催化劑；③起熱載體的作用，減少反應床層的溫降，提高反應器內的平均溫度；④稀釋原料，使原料在床層中分布均勻

2024-1-18119在總壓不變時，提高氫油比意味著提高氫分壓，有利於抑制催化劑上積炭。但是提高氫油比使迴圈氫量增大，壓縮機功率消耗增加。在氫油比過大時會由於減少了反應時間而降低了轉化率因此，對穩定性較高的催化劑和生焦傾向小的原料，可採用較小的H/O，反之則採用較大的H/O，鉑重整裝置採用的摩爾氫油比為5～8，鉑錸重整的輕油比<5，甚至可進一步降到1～32024-1-181202024-1-18121

煉油廠的構成和工藝流程

煉油廠主要由兩大部分組成，即：煉油過程和輔助設備。從原油生產出各種石油產品一般需經過多個物理的及化學的煉油過程。通常，每個煉油過程相對獨立的組成一個煉油生產裝置。

2024-1-181222024-1-18123一、煉油生產裝置按生產目的分為以下幾類：

原油分離裝置

(龍頭裝置、加工能力）原油加工的第一步是把原油分離為多個餾分油和殘渣油，因此，每個煉油廠都有原油常壓蒸餾裝置或原油常減壓蒸餾裝置。在此裝置中，還設有原油脫鹽脫水設施。重油輕質化裝置

為了提高輕質油收率，需將部分或全部減壓餾分油和渣油轉化為輕質油，這一任務主要由裂化反應過程來完成，如催化裂化、加氫裂化、焦化等。

油品改質及油品精製裝置

此類裝置的作用是提高油品的品質已達到品質指標要求，如催化重整、加氫精製、電化學精緻、溶劑精緻、氧化瀝青等。加氫處理、減粘裂化等也歸入此類。

油品調合裝置

為了達到產品品質要求，通常需要進行餾分油直接的調合，並且加入各種提高油品性能的添加劑。油品調合方案的優化對提高現代煉廠的效益也能起到重要作用。

氣體加工裝置如氣體分離、氣體脫硫、烷基化、C5/C6異構化、合成甲基叔丁基醚（MTBE)等。

制氫裝置在現代煉廠，由於加氫過程的耗氫量大，催化重整裝置的副產氫氣不敷使用，有必要建立專門的制氫裝置。

2024-1-18124

化工產品生產裝置如芳烴分離、含H2S氣體制硫、某些聚合物單體的合成等。

產品分析中心為了保證產品的出廠品質。由於生產方案不同，煉廠中所包含的煉油過程的種類和多少，或者說複雜程度都有所不同。一般來說，規模大的煉廠其複雜程度會高些，但也有一些大規模的煉廠的複雜程度並不高。

2024-1-181252024-1-18126二、輔助設施輔助設施是維持煉廠正常運轉生產所必需的，主要的輔助設施有：供電系統供水系統供水蒸氣系統原油和產品儲運系統三廢處理系統

第二節煉油裝置工藝流程

2024-1-18127

一個煉廠或一個煉油裝置的構成和生產程式是用工藝流程圖來描述的。煉油生產是自動化程度較高的連續生產過程，正確設計的工藝流程不僅對保障日常生產，而且對提高效益具有重要的作用。根據使用目的和描述範圍的不同，煉廠的工藝流程大體上可以分為以下三類：1．全廠生產工藝流程圖此圖反映了煉廠的生產方案、各生產裝置之間的關係。

2．生產裝置工藝原理流程圖此圖反映了一個煉油生產裝置所採用的技術方案、裝置內各主要設備之間的關係和物流之間的關係。3．煉油裝置工藝管線—自動控制流程圖

此圖的作用主要是作為繪製工藝管線及儀錶安裝的依據。在此圖中繪出了裝置內的所有管線和儀錶。2024-1-18128

工藝流程圖是煉廠和煉油裝置的最基本的技術檔，無論是欲瞭解一個煉廠或煉油裝置，或是進行設計或技術改造，都必須首先考慮此技術檔。2024-1-181292024-1-181302024-1-18131第三節煉油過程的結構分析

2024-1-18132原油加工能力指原油常減壓蒸餾裝置的處理能力2.重油輕質化能力指將減壓餾分油和渣油轉化成輕質油的能力。通常以催化裂化、加氫裂化和焦化三種過程的處理能力之和與原油加工能力之比來表示此能力，也成為轉化指數C.I.(ConversionIndex)。中國屬於深度加工型的國家，其轉化指數較高。

3．生產汽油的能力

此能力包括生產汽油的數量和品質水準。除了直餾汽油以外，催化裂化是最主要的生產汽油的過程。因此，催化裂化的處理能力在很大程度上反映了在數量上生產汽油的能力。催化重整、烷基化、異構化、含氧化合物合成等過程是提高汽油辛烷值的主要過程，同時也可改善汽油的其他性能，這些過程的生產能力反映了在品質上的生產汽油的能力。在中國催化裂化處理量對原油的處理量比例較大，這主要是由於中國的原油偏重，需要通過催化裂化來生產更多的汽油和柴油，但我國在催化重整提高汽油品質方面明顯偏低，只占上述四類過程的4.9%。

2024-1-181334．加工含硫原油的能力國際石油市場上中東原油佔有很大比例，而中東原油的含硫量較高。加工含硫原油的主要問題是設備腐蝕和產品品質，近年來由於環保要求日益嚴格，對汽油、柴油等的含硫量限制更苛刻，是加工含硫原油的問題更顯突出。加工含硫原油的主要手段是加氫過程，包括加氫裂化、加氫精製、加氫處理等過程。因此，加氫過程處理能力與原油處理能力的比值可以反映加工含硫原油的能力。我國的加氫能力比值只有11.6%，明顯偏低。這一方面是由於我國原有多數含硫較低，另一方面，更主要的是受資金和技術的限制。實際上，加氫過程能力的大小除了反映加工含硫原油的能力以外，還反映了對市場需要的適應能力和提高產品品質的能力、煉油廠技術的先進性。2024-1-181345．潤滑油的生產能力

潤滑油的產量對原油處理量的比例並不大，全世界平均比值只有1.2%，但潤滑油的品種很多，在國民經濟中的作用也很重要。

2024-1-18135

上述分析只是定性的，在分析時還需要具體結合國情或廠情。W.L.Nelson提出了一“複雜程度(Complexity)”來定量的表示煉廠生產各種產品的能力，至今在國外尚有應用。煉廠的複雜程度的計算方法如下：規定原油常壓蒸餾裝置的複雜程度為1.0，按以下公式計算煉油裝置的複雜程度：

世界主要國家煉油能力萬t/a截止2003-01-012024-1-18136裂化催化劑的失活與再生2024-1-181372024-1-18138一、裂化催化劑的失活在反應—再生過程中，裂化催化劑的活性和選擇性不斷下降，此現象稱為催化劑的失活1．水熱失活表面結構發生變化，比表面積減小、孔容減小、分子篩的晶體結構破壞deactivationHydrothermaldeactivation2024-1-181392．結焦失活催化裂化反應生成的焦炭沉積在催化劑的表面上，覆蓋催化劑表面的活性中心，使催化劑的活性和選擇性下降

結焦失活的程度與催化裂化反應的生焦速率密切相關

焦炭催化焦附加焦可汽提焦(劑油比焦)污染焦2024-1-181403．毒物引起的失活裂化催化劑的毒物主要是某些金屬(鐵、鎳、銅、釩等重金屬及鈉)和鹼性氮化物重金屬在裂化催化劑上的沉積會降低催化劑的活性和選擇性鎳起著脫氫催化劑的作用釩會破壞分子篩的晶體並使催化劑的活性下降2024-1-18141重金屬污染的影響與其老化程度有關污染指數表示法：

鹼金屬和鹼土金屬以離子狀態存在時也可降低催化劑的活性2024-1-181424．催化劑的平衡活性(equilibriumcatalystactivity)影響催化劑平衡活性的因素主要有：①催化劑的水熱失活速度再生器的操作條件對催化劑的水熱失活速度的影響是決定性的

②催化劑的置換速率③催化劑的重金屬污染平衡劑上沉積的鎳只有約1/3的具有與新鮮鎳相同的毒性

2024-1-18143除了上面的因素以外，影響催化劑平衡活性的還有新鮮催化劑的活性及穩定性、原料油的性質及重金屬含量、催化劑的流失率、裝置的操作條件等研究表明，許多催化裂化裝置的催化劑置換率在每日1%左右時(對系統藏量)，催化劑的平衡活性約可以維持在65～752024-1-18144二、裂化催化劑的再生(regeneration)催化劑上沉積的焦炭是一種縮合產物，它的主要成分是碳和氫，其經驗分子式可寫成（CHn）m，n=0.5～1.0通常離開反應器時的催化劑(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催化劑由於結焦而喪失的活性，但不能恢復由於結構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能力

2024-1-18145C：1.0%C：0.1～0.05%2024-1-181461．再生反應和再生反應熱再生反應的熱效應與焦炭的組成(H/C)及再生煙氣中的CO2/CO比值有關，一般CO2/CO=1.1～1.3再生反應是強放熱反應，熱效應相當大，足以提供本裝置熱平衡所需要的熱量

通常在計算再生熱時，是根據元素碳和元素氫的燃燒發熱值並結合焦炭的H/C以及煙氣中的CO2/CO來計算再生反應熱，此計算值為再生反應的總熱效應

2024-1-18147元素氫和元素碳的燃燒熱如下：

這種計算方法實際上是把焦炭看成是碳和氫的混合物，實際計算中還須從總熱效應中扣除某一個數值以對燃燒熱作出修正常見的修正方法如ESSO法(焦炭脫附熱的數值為總熱效應的11.5%)、PACE法(從總熱效應中扣除5～10%的水脫附熱)等2024-1-181482．再生反應動力學再生反應速度決定再生器的效率，它直接對催化劑的活性、選擇性，裝置的生產能力有重要的影響

燒焦反應是個非催化反應，反應速度受化學反應控制

不同催化劑上的燒碳反應速度不同主要是由於焦炭的組成及結構不同

2024-1-18149燒焦中氫的燃燒速度是燒碳反應的1.8～2.4倍，且對氫和碳來說均是一級反應，所以當催化劑上的碳85%被燒掉時，焦炭中的氫已幾乎全部燒掉催化劑上焦炭中氫的燃燒動力學，可以用下式來表達：2024-1-18150影響燒焦速率的主要因素有：①再生溫度溫度提高10℃，燒炭速度可提高15～20%，但提高溫度受催化劑穩定性和設備材料的限制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↗，反應壓力↗，反應物濃度↗，反應速度↗，焦炭產率↗

再生壓力一般為1.4～2.0atm(表)b.提高過剩氧濃度2024-1-18151③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2024-1-18152對於催化裂化來說，我們希望催化劑的含碳量越低越好，催化劑含碳量越低，則其活性越高目前在工業上也開發了各種各樣的高效再生技術，如兩段再生、再生器切線進料、高速床再生、提高催化劑的流化品質、降低再生器中催化劑的藏量等技術

2024-1-181533．再生器反應動力學模型在實際生產過程中，結焦催化劑的再生反應是在流化床中進行的，流化狀態對反應物的有效濃度有直接的影響，從而也對再生反應速度產生重要的影響設再生器的入口氧濃度為21%，出口為0.5%當氣體在流化床中處於完全返混狀態時，則有效氧濃度與出口氧濃度相同，為0.5%若氣體以平推流通過，則有效氧濃度為出口與入口濃度的對數平均值，即：

2024-1-18154例題：

已知：幹煙氣組成為CO2=15.2%(v)，CO=0，O2=1.4%，幹空氣流量為44800Nm3/h,新鮮原料量為75t/h，幹空氣中O2/N2=21/79(v)求：①燒焦產生的水量；

②理論需氧量；

③焦炭產率。2024-1-18155解：幹空氣流量=44800Nm3/h=44800/22.4=2000kmol/h

幹空氣中N2量=2000×0.79=1580kmol/h

幹空氣中O2量=2000×0.21=420kmol/h

幹煙氣中N2的百分率=1-0.152-0.014=0.834

幹煙氣量=1580/0.834=1894.5kmol/h

理論需氧量=420-1894.5×0.014=393.48kmol/h

煙氣中CO2量=1894.5×0.152=287.96kmol/h2024-1-18156

C+O2→CO2287.96287.96287.96∴燒氫耗氧量=393.48-287.96=105.52kmol/h2H2+O2→2H2O2×105.52105.522×105.52∴燒焦產生水量=105.52×2=211.04kmol/h

焦炭產量=287.96×12+105.52×2×2×1=3877.6kg/h

焦炭產率=3877.6/(75×103)=0.0517=5.17%

流態化基本原理2024-1-181572024-1-18158一：流態化的形成和轉化1．固定床、流化床及稀相輸送

①當氣速較小時，催化劑堆緊，為固定床階段；

②當氣速增達到一定程度以後，床層開始膨脹，為膨脹床；

③當u=umf時，固體粒子被氣流懸浮起來做不規則運動，為流化床階段；

④繼續增大氣速至u=ut，催化劑開始被氣流帶走，為稀相輸送階段2024-1-18159因此，固體顆粒的流化可根據氣速劃分成三個階段：

①固定床階段，u<umf；

②流化床階段，umf<u<ut；

③稀相輸送階段，u>ut2024-1-18160

在固定床階段，氣體通過固定床顆粒之間的空隙時，因有摩擦阻力而產生壓降，摩擦阻力與氣體流速的平方成正比，故u↗，床層壓降↗

2024-1-18161當床層所受壓力達到平衡時，床層被懸浮起來而顆粒自由運動。床層受三個力作用：重力、摩擦力和浮力。對催化劑來說，其摩擦力與床層壓降有關:

固體顆粒的重量為一定值，即V(1-ε)為一定值，因此當氣速增大時，V↗，ε↗，但V(1-ε)不變，因此，△P.F也不變

隨著氣速上升，所受摩擦阻力增大，當u達到ut時，催化劑的浮力比重力大了，催化劑也就被氣體帶走了2024-1-181622．氣-固流態化域根據流化床中氣體的表觀氣速不同，床層可以分為幾種不同的流化狀態:固定床、散式流化床、鼓泡流化床、湍動床、快速床和輸送床

①固定床

②散式流化床

③鼓泡流化床

④湍動床

⑤快速床

⑥輸送床

2024-1-18163二：流化床的一些基本現象1．散式流化沒有聚集現象，床層介面平穩，隨著氣速的增大，床層的空隙率增大，床層膨脹可以用床高與起始流化時的床高之比LB/Lmf來表示床層的膨脹程度，亦稱膨脹比影響膨脹比的因素有固體顆粒的性質和粒徑、氣體的流速和性質、床徑和床高等在催化裂化裝置中，催化劑的密相輸送就是處於散式流化狀態2024-1-181642．鼓泡床的一些基本現象鼓泡床的固體顆粒不是以單個而是以集團進行運動的鼓泡床的床層包括氣泡相和顆粒相兩部分

①氣泡的形狀

②氣體返混和固體返混

③氣泡的形成

④氣節和溝流圖1圖2圖32024-1-18165⑤密相床和稀相在流化床床層的頂部有一個波動的介面，介面以下成為密相床，介面以上的空間稱為稀相

氣速較低時，稀相和密相之間有明顯的介面；隨著氣速的增大，密相床的密度變小而稀相的密度增大，兩相之間的介面逐漸變得不明顯⑥催化劑的夾帶被固體帶到稀相的固體顆粒可以分為兩部分：細顆粒：終端速度低於表觀速度較粗顆粒：終端速度比表觀速度大

2024-1-18166⑦輸送分離高度(分離空間高度)隨著氣體離開床面向上運動，沿整個容器截面的速度分佈趨於均勻，當氣體上升至某個高度時，氣體分佈達到均一，等於表觀氣速，此時的高度(以床面為基準)即稱為“空間分離高度”或“輸送分離高度”能夠繼續隨氣體上升至輸送分離高度以上的顆粒只是那些終端速度低於表觀氣速的細粉，也就是說，在稀相段的顆粒濃度隨高度增加而減小，到達輸送分離高度以後，顆粒濃度不再降低2024-1-181674．快速流化床隨著氣速的增大，當氣速達到ufp時，即進入快速床階段，此時，必須依靠提高固體顆粒的迴圈量才能維持床層密度形成快速流化床的基本前提條件是：①流化固體是細顆粒；②氣速超過固體顆粒的終端速度，ufp=3～4ut；③有一定的迴圈量，以保證床層有一定的密度。快速流化床的特點是：①床層很均勻；②採用氣速高、處理量大；③氣固接觸良好2024-1-181685．流化床反應器的特點其優點有：

①由於返混和傳熱效率高，床層各部分溫度較均勻，避免了局部高溫現象，對強放熱反應(再生)，可採用較高的反應溫度以提高反應速度；

②氣-固運動很激烈，且固體顆粒的直徑很小，因此氣固之間的傳質效率高，提高了傳質步驟的速率，對於擴散