最新小型提升管催化裂化實驗

1、小型提升管催化裂化試驗一、實驗目的1、了解催化裂化在石油加工過程中的重要性；2、了解催化裂化的基本原理；3、了解實驗裝置及流程，掌握基本操作；4、學會實驗數(shù)據(jù)的記錄及處理方法。二、實驗原理從石油中用簡單的蒸餾方法獲得的汽、煤、柴油輕質燃料，在質和量兩方面均不能滿足人們的需要。因此，往往需將石油中的重質餾分通過催化劑的作用，在一定的溫度條件下經(jīng)一系列化學反應轉化為輕質油品。催化裂化是重油輕質化的一個主要煉油工藝。由于輕質油的需求量大，價值高，工藝裝置的建設投資相對較低，規(guī)模又較大，經(jīng)濟效益好，所以受到極大重視，在煉油工業(yè)中占有極其重要的地位。催化裂化反應是在催化劑表面上進行的，屬于“氣液固”非均

2、相催化反應。原料進入反應器后經(jīng)過以下七個步驟才變成產(chǎn)品離開催化劑。第一步，原料分子從主氣流中擴散到催化劑表面；（外擴散）第二步，原料分子沿催化劑孔道向催化劑內部擴散；（內擴散）第三步，靠近催化劑表面的原料分子被催化劑活性中心吸附，原料分子變得活潑，某些化學鍵開始松動；（吸附、活化）第四步，被吸附的原料分子在催化劑表面發(fā)生化學反應；（反應）第五步，產(chǎn)品分子從催化劑表面上脫附下來；（脫附）第六步，產(chǎn)品分子沿催化劑孔道向外進行擴散；（內擴散）第七步，產(chǎn)品分子擴散到主氣流中去。（外擴散）(一)催化裂化的化學反應催化裂化過程中的化學反應并不是單一的裂化反應，而是多種化學反應同時進行。1、裂化反應催化裂化

3、過程中的主要反應是裂化反應，即CC鍵斷裂，其反應速度較快，如：CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH2=CH-CH3+CH3CH2CH2CH3 (正庚烷) (丙烯) (丁烷)(乙基環(huán)戊烷) (2乙基戊烯1)(異丁基苯) (苯) (異丁烯)2、異構化反應異構化反應是催化裂化的重要反應，它是在分子量大小不變的情況下，烴類分子發(fā)生結構和空間位置的變化。異構化反應有以下幾種情況：骨架異構化，如：(二甲基環(huán)戊烷) (甲基環(huán)已烷)(正丁烷) (異丁烷)(丁烯1) (異丁烯)雙鍵位移，如：(丁烯1) (丁烯2)雙鍵空間結構變化，如：(順丁烯2) (反丁烯2)3、氫轉移反應某一烴分子上的氫

4、脫下來，立即加到另一個烴分子上。如：(甲基環(huán)已烷) (甲基環(huán)已烯) (正丁烷)伴隨著氫轉移的反應便是大分子烯烴、環(huán)烷烴和芳烴的縮合反應，其反應結果是這些大分子不斷放出氫，最終變成焦炭，沉積在催化劑表面上，使催化劑活性降低。這些焦炭的實驗式在CH1.6CH0.46之間。4、芳構化反應芳構化反應是烷烴、烯烴環(huán)化生成環(huán)烷烴及環(huán)烯烴，然后進一步進行氫轉移反應，不斷放出氫原子，最后生成芳烴的反應過程。由于芳構化反應，使其汽油、柴油含芳烴量較多。如：(庚烯2) (甲基環(huán)已烷) (甲苯)催化裂化反應除了以上四類外，還有甲基轉移反應、疊合反應和烷基化反應。（二）再生的化學反應及反應熱焦炭的主要成分是碳和氫，一

5、般焦炭的含氫量為812(wt)。在再生器中燒去的焦炭包括三個部分：催化炭裂化反應產(chǎn)生的縮合產(chǎn)物，附加炭原料本身所固有的殘?zhí)哭D化生成的碳；可汽提炭因汽提不完全而殘留在催化劑微孔內的油氣。焦炭燃燒的主要化學反應式如下：C+O2CO2 放熱：33913KJ/Kg-CarbonC+1/2O2CO 放熱：10258KJ/Kg-Carbon2H+1/2O2H2O 放熱：KJ/Kg-Hydrogen三、實驗裝置采用RU-II小型提升管催化裂化試驗裝置，其工藝流程圖見下圖。四、原料和催化劑1、實驗原料大慶減壓餾分油(即蠟油)，其性質見表1。表1 原料油的性質分 析 項 目減 壓 餾 分 油密 度（g/mL）0

6、.8591餾 程 HK/2 353 10 375 30 395 50 403 70 410 90 418 KK/97 425350/500餾出 殘 炭 (wt)0.09粘 度100/20 (mm2/s)5.112、催化劑取自燕山石油化工公司煉油廠工業(yè)平衡劑，型號：XP-800+XP-750，廠家：美國Grace Davison，其性質及組成見表2、表3。表2 催化劑的性質定炭活性孔體積骨架密度充氣密度沉降密度壓緊密度催化劑0.0758.60.282.520.76790.77810.8393表3 催化劑的組成含量Al2O3FeNaCVNiCuSbRe2O3名稱(ppm)(ppm)(ppm)(w%

7、)(ppm)(ppm)(ppm)(ppm)(w%)催化劑40.4810044000.0644936894026301.22五、實驗步驟1、開工前的準備(1)首先確定實驗方案和操作參數(shù)。本實驗的基本操作條件見表4。表4 催化裂化實驗基本操作條件控 制 點參 數(shù) 值控 制 點參 數(shù) 值t1再生器上部溫度 ()650t14原料油泵頭溫度 ()50t2再生器下部溫度 ()650t15 化油箱溫度 ()130t3再生器斜管溫度 ()530t16 油罐油溫度 ()90t4提升管底部溫度 ()520p3 兩器壓差 (mmH2O)100100t5提升管中部溫度 ()510p4汽提段壓差(mmH2O)42020

8、t6提升管頂部溫度 ()500p5提升管壓差(mmH2O)155t7沉降器頂部溫度 ()450f5 霧化水流量 (g/min)4.0t8 氣提段溫度 ()500f4 汽提水流量 (g/min)4.0t9 待生斜管溫度 ()500再斜松動氣量 (L/h)40t10 氣提爐溫度 ()500予提升氣量 (L/h)65t11原料油預熱溫度 ()260待生松動氣量 (L/h)40t12原料預熱爐溫度 ()360主風流量 (L/h)840t13原料油管線溫度 ()50(2)準備好氮氣源；向汽提水瓶、霧化水瓶加滿蒸餾水；向柴油瓶內加滿柴油；準備好裂化氣采樣袋三個；準備好實驗所需的原料油和催化劑，并將原料油加

9、入到化油箱內的原料油桶中。(3)將氣路儀表柜上“空氣氮氣”切換閥轉向“空氣”位置，打開空氣總閥，調節(jié)空氣減壓閥使空氣壓力指示0.2MPa，將裂化氣表和煙氣表前的放空閥打開。2、加催化劑升溫(1)首先合上計算機供電電源，進入微機控制系統(tǒng)。(2)調節(jié)氣路儀表柜上轉子流量計的調節(jié)閥，使其流量達到要求的刻度。(3)讓待生塞閥及再生塞閥處于全關狀態(tài)。(4)將實驗所用催化劑過40目篩，稱重8Kg，抽真空將催化劑裝入裝置。(5)合上裝置供電空氣開關，開始加熱。(6)保持待生塞閥及再生塞閥處于全關狀態(tài)，使催化劑在再生器中加熱。(7)待提升管各個溫度達到300后，將待塞閥和再塞閥控制方式調整為自動，使催化劑開始

10、循環(huán)。(8)開啟制冷系統(tǒng)。待提升管各個溫度達到穩(wěn)定后，可啟動霧化水泵和汽提水泵，稍后慢慢減少汽提氣和霧化氣直至全關，當循環(huán)穩(wěn)定后將氣路儀表柜上“空氣氮氣”切換閥轉向“氮氣”位置，十分鐘后可準備進油。(9)打開煙氣在線測量裝置并進行調零。3、進油(1)首先接通電子稱電源，使電子稱顯示為0。將融化的原料的油桶小心放在電子稱上，將裂化氣表和煙氣表前的放空閥關閉。(2)先進柴油。將“空氣重油”切換閥轉向“柴油”。(3)啟動油泵開始進油。待重油爐溫度重新達到穩(wěn)定后將提升管替油氣轉子流量計慢慢調至零。(4)進柴油20分鐘待一切正常后，將“柴油重油”切換閥轉向“重油”位置。(5)標定泵的進油量，使泵的柱塞行

11、程達到預定進油量。一般為11.5千克/小時左右。4、標定(1)放空三級冷凝油罐中的汽油。(2)標定開始，應同時完成三項操作： a.迅速關閉接油瓶上方的開關并對電子稱進行清零。換完收油瓶后將開關打開。 b.記錄裂化氣和煙氣表的數(shù)值，并打開裂化氣收集管上的開關開始收集裂化氣。c.開啟煙氣在線測量裝置記錄系統(tǒng)。(3)根據(jù)分析的需要，確定標定時間為3小時。在標定期間要采集裂化氣樣三次進行組成分析。(4)在標定過程中，應保持各轉子流量計的氣量及泵量不變，并認真如實地填寫實驗原始記錄表。(5)標定達到終止時間，應同時完成以下三項操作： a. 記錄裂化氣和煙氣表的數(shù)值。 b. 記錄進油量。c. 關閉收油瓶上

12、方的開關，換另一個收油瓶。(6)標定結束后，用分液漏斗放出收油瓶中的水和油，分離出水后稱重，即得到催化裂化液體產(chǎn)品的重量。5、停工(1)裝置停工前將“柴油重油”切換閥轉向“柴油”方向，繼續(xù)進柴油20-30分鐘，清洗管線中的重油。(2)慢慢開啟提升管替油氣調節(jié)閥，使上述氣量恢復到進油前給定量后關閉油泵。待流量計的轉子升起10分鐘后，將“空氣氮氣”切換閥轉向“空氣”位置。(3)十分鐘后慢慢開啟提升管霧化氣和氣提氣使之恢復進水前的氣量，關閉水泵。(4)關閉計算機控制系統(tǒng)。上述各種符號所代表的意義見表1.2-4。六、產(chǎn)品的分析和測試1、氣體產(chǎn)品的分析在催化裂化實驗標定過程中，采集到的裂化氣采用氣相色譜

13、分析方法測定各物質的組成及含量。由實驗1.3完成2、液體產(chǎn)品的分析在催化裂化實驗的標定過程中，收集到的生成油樣通過模擬蒸餾實驗裝置和實沸點蒸餾裝置進行餾分切割。七、實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)的處理可通過以下計算式進行：(1)焦炭產(chǎn)率的計算式中： C焦炭產(chǎn)率(m%) V煙氣標定時間內所計量的煙氣總量(升) Uco標定時間內對煙氣實時分析，煙氣中一氧化碳的體積百分含量 Uco2標定時間內對煙氣實時分析，煙氣中二氧化碳的體積百分含量 W標定時間內的進油總量(Kg)(2)裂化氣及其各組分產(chǎn)率的計算已知分子量數(shù)據(jù)如下：M1(H2)2.016 M2(Air(N2)27 M3(CH4)16.042 M4(C2=)

14、28.052 M5(C20)30.368 M6(C30)44.094 M7(C3=)42.072 M8(iC40)58.120 M9(nC40)58.12 M10(反C4=-2)56.104 M11(iC4=-1)56.104 M12(nC4=-1)56.104 M13(順C4=-2)56.104 M14(nC50)72.146M15(iC50)72.146 M16(C5+)72 各組分的百分質量產(chǎn)率：式中： V0裂化氣標定時間內所計量的裂化氣總量(升) Ai標定時間內采樣分析的裂化氣各組分的百分體積含量(V%) Mi各組分分子量 W標定時間內的進油總量 總C2的質量百分產(chǎn)率：B2W4W5 總

15、C3的質量百分產(chǎn)率：B3W6W7 總C4的質量百分產(chǎn)率：B4W8W9W10W11+ W12+W13 裂化氣(小于等于C4)的質量百分產(chǎn)率：B5W1W3+B2B3B4(3)液體產(chǎn)品產(chǎn)率的計算： 式中： G汽油汽油的產(chǎn)率(m%) W標定生成油的質量(Kg) W標定的總進油量(Kg) K汽油分析液體生成油中汽油的質量百分含量(m%)式中： K柴油分析生成油中的柴油質量百分含量(m%)式中： K重油分析生成油中重油質量百分含量(m%)(4)損失的計算 損失(%)(1G汽油G柴油G重油B5C)100%(5)轉化率的計算 轉化率=（1-G柴油-G重油）100%(6)輕油轉化率的計算： 輕油轉化率=( G汽

16、油+G柴油) 100%八、思考題1、催化裂化反應類型有哪些？試舉例說明。2、待生催化劑上的焦炭是怎樣形成的？再生反應包括哪些？3、為什么要嚴格控制劑油比？4、小型提升管催化裂化實驗裝置主要包括哪些部件？請簡要說明其流程。5、影響催化裂化反應深度的因素可能有哪些？小型提升管催化裂化試驗記錄表提 升 溫 度 再生器溫度沉降器溫度原料油預熱溫度原料爐汽提爐溫度 壓 力 MPa溫度沉頂 再 頂提 底提 中提 頂斜 管再 下再 上沉 頂汽 提待 斜催化劑加入量（Kg）原料泵提升管兩器頂汽提段霧 化汽 提再 斜預提升待 生氣升 主 風 量轉速壓 差壓 差壓 差水 重水 重松 動松 動（r/min)mmH2

17、OmmH2OmmH2Og/ming/min1/h1/h1/h1/hM3/h 煙氣數(shù)據(jù)項目標定進料量油氣量煙表生成油（Kg）定碳（）液體產(chǎn)品分析W時間（Kg）（升)（升）（V%)初值總重待生劑項目儀器色譜實沸點CO終值瓶蓋再生劑汽油CO2柴油N2凈值凈重碳差重油O2損失轉化率輕油劑油比裝置液體 產(chǎn)品產(chǎn)率W% 裂化氣汽油柴油重油1重油2收率收率氣體（C4）（C5204）（204330）（330500） (500)焦炭單產(chǎn)W總計總產(chǎn)FCC裂化氣分析一、實驗目的1、FCC裂化氣分析是對催化裂化試驗的裂化氣產(chǎn)物進行組成分析的必要工作，目的是測定裂化氣體產(chǎn)物的組成及其分布，為催化裂化試驗的物料衡算提供可靠

18、的數(shù)據(jù)。2、了解FCC裂化氣氣相色譜分析的原理，基本掌握裂化氣分析的方法。3、學會色譜數(shù)據(jù)的處理方法。二、實驗原理采用HP-AL/KCL石英毛細管柱分析裂化氣中的小分子烴類組成，N2作載氣，氫火焰離子化檢測器（FID），峰面積相對摩爾校正因子歸一化法進行定量計算。H2含量分析采用30.5mm，長：3m的5A分子篩填充不銹鋼色譜柱，以N2作載氣，熱導檢測器(TCD)，外標法定量。N2含量分析采用30.5mm，長：3m的5A分子篩填充不銹鋼色譜柱，以H2作載氣，熱導檢測器(TCD)，外標法定量。三、實驗儀器及藥品1、儀器與材料(1) 北京分析儀器廠SP3420氣相色譜儀，內裝HP-AL/KCL石英

19、毛細管柱。天美7890氣相色譜儀，內裝5A分子篩充填柱。北京分析儀器廠SP2305氣相色譜儀，內裝5A分子篩充填柱。(2)色譜數(shù)據(jù)工作站。2.試驗用氣體(1) 高純N2、H2和空氣，分別用作SP3420和天美7890氣相色譜儀的載氣、燃氣和助燃氣。(2) 裂化氣標準氣，煙氣標準氣。(3) 裂化氣和煙氣試樣取自小型催化裂化反應實驗。四、實驗步驟1、取樣：用專用氣袋分別取原料油催化裂化實驗(即實驗1.2)過程中產(chǎn)生的裂化氣和煙氣樣品。2、分別按各臺色譜儀的操作規(guī)程和操作條件開啟各臺色譜儀、設置操作條件，并接通色譜數(shù)據(jù)工作站。3、待色譜儀穩(wěn)定后，在SP3420氣相色譜儀的HP-AL/KCL石英毛細管

20、柱上分析裂化氣中的小分子烴類組成，在天美7890氣相色譜儀的5A柱上分析裂化氣中的H2、N2含量。5、在對應色譜柱上，進行外標定實驗。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、裂化氣組成計算 對裂化氣中N2和H2的定量計算，可用N2、H2外標法。 按下式計算裂化氣的烴類組成： xi=( Aifi /Aifi)C% 其中：xi - i組分摩爾百分數(shù) Ai - i組分峰面積 Fi - i組分的摩爾校正因子 C%- 裂化氣中烴類的總含量(即100%減去非烴組分含量)，以摩爾百分數(shù)表示。 裂化氣烴類組分摩爾校正因子：組 分C10C20C12=C30C3=iC40C40摩爾校正因子4.17221.331.371.001.00

21、組 分nC4=反C4=iC4=iC50順C4=nC50C5摩爾校正因子1.021.021.020.971.020.970.96六、思考題(1)氣相色譜分析所用的色譜柱（包括固定相和固定液）和檢測器的種類和選用方法。定量分析的內標法和外標法。(2)談談你對目前裂化氣和煙氣分析實驗方案的改進意見?？蓮膶嶒灥臏蚀_性、快捷性和自動化程度上考慮。FCC裂化氣分析實驗記錄表 指導教師簽字：實驗項目FCC裂化氣分析實驗時間實驗地點實驗組號學生班級學生姓名序號組分峰面積FID相對摩爾校正因子含量(%)代號名稱1C10甲烷2C20乙烷3C2=乙烯4C30丙烷5C3=丙烯6iC40異丁烷7nC40正丁烷8反C4=

22、反丁烯9nC4=1-丁烯10iC4=異丁烯11順C4=順丁烯12i-C50異戊烷13nC50正戊烷14C5C5的烴H2（外標）N2（外標）FCC煙氣分析1）MGA 5便攜式在線煙氣分析儀系統(tǒng)，由德國MRU 公司制造，配備完善的采樣預處理系統(tǒng)和紅外測量單元氣室CO,NO,SO2,CO2 和催化轉換測量NO2 的測量原理，長壽命的電化學傳感器測量O2 單元；儀器增加了煙氣溫度測量和壓力、差壓、流速及流量測量計算。燃燒計算和報表統(tǒng)計，分析測量顯示結果一幕了然，圖文式界面，操作簡單。2）連續(xù)分析的氣體成分及測量原理： 一氧化碳 CO 0 1000/4000 ppm NDIR 紅外傳感器原理 一氧化氮

23、NO 0 - 500/2000 ppm NDIR 紅外傳感器原理 二氧化物 SO2 0 1000/4000 ppm NDIR 紅外傳感器原理 二氧化碳 CO2 0 - 20/40 % NDIR 紅外傳感器原理 二氧化氮 NO2 0 500 ppm 催化轉換 氧氣 O2 0 25.0% 電化學傳感器原理3）特點和基本配置 自動測試和控制儀器軟硬件功能 內置帕爾帖氣體冷卻器單元 采樣探管手柄帶內置加熱金屬燒結過濾器 采用全程加熱采樣管線，長度3 米或5 米 自動收集冷凝水通過專用的蠕動泵 儀器自動校準零點，通過三通電池閥切換 自動測量程序控制：自動測量、自動存儲 大屏幕高對比度液晶顯示，操作提示功能 所有測量數(shù)據(jù)一幕了然 使用者可以自定義顯示和打印輸出 多種類燃料類型包括自己選擇的燃料自定義 可變的參比氧選擇適合于排放匯報報表 差壓測量功能，能夠計算流速和排放流量 RS232 接口進入PC 內置數(shù)據(jù)存儲約7500 組數(shù)據(jù)存儲器 測量數(shù)據(jù)在PC 上實時顯示