催化重整設(shè)備課件

1、第五章 催化重整設(shè)備催化重整：在催化劑作用下，烴類分子重新排列成新分子結(jié)構(gòu)的工藝過程。截至2006年1月1日，世界主要國家和地區(qū)共有煉油廠661座，原油總加工能力為4256Mt/a,其中催化重整總處理能力占原油總加工能力的11.4%。美國居世界催化重整處理能力第一位。催化重整在石油化工中的地位：化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對芳烴的需求量愈來愈大，催化重整是生產(chǎn)芳烴的“龍頭”，也是提高汽油辛烷值的重要手段。催化重整工藝發(fā)展概況：1938年第一次出現(xiàn)臨氫重整，1949年以后出現(xiàn)半再生式固定床催化重整，1968年后催化重整工藝有了新突破，目前，改用新的雙金屬或多金屬催化劑。第一節(jié) 重整工藝裝置生產(chǎn)過程一、半再生和

2、循環(huán)再生式重整工藝1、固定床半再生重整裝置簡介特點(diǎn)：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時間后，催化劑上積炭達(dá)到一定數(shù)量，其活性大大降低，反應(yīng)溫度升高，產(chǎn)品產(chǎn)量下降。重整工藝生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、重整、芳烴抽提和芳烴精餾等四個部分。（1）鉑重整工藝流程 原料油與循環(huán)氫混合，再經(jīng)換熱、加熱后進(jìn)入重整反應(yīng)器，出來的產(chǎn)物再降溫進(jìn)入后加氫反應(yīng)器，再進(jìn)入高壓分離器得到產(chǎn)品。（2）Chevron公司的錸重整工藝使用鉑錸雙金屬催化劑；工藝結(jié)構(gòu)簡單，包括硫吸附器、反應(yīng)器、分離器和穩(wěn)定塔。（3）雙(多)金屬重整工藝流程的特點(diǎn)鉑錸催化劑對系統(tǒng)中水分要求十分嚴(yán)格；操作壓力低；采用適于較低壓力下的加氫精制催化劑；重整轉(zhuǎn)化率較高，反應(yīng)吸收熱

3、量較大；氫解性能強(qiáng)，需設(shè)置注硫、注水、注氯措施。（4）麥格納重整裝置簡介采用多個反應(yīng)器，催化劑裝量按反應(yīng)器順序遞增；各反應(yīng)器入口溫度不同，逐級遞升；循環(huán)氣分兩路，一路從一反進(jìn)入，另一路三反或四反進(jìn)入。2、連續(xù)再生式重整裝置簡介 第一、二、三反應(yīng)器疊在一起，催化劑由上而下通過，然后至再生器再生，油氣經(jīng)加熱進(jìn)入第四反應(yīng)器。3、Howe-Baker公司催化重整工藝 采用鉑或雙金屬催化劑，產(chǎn)物硫含量小，重整產(chǎn)物無須加氫處理。4、ExxonMobil公司的Powerforming工藝 特點(diǎn)：系統(tǒng)中任何一個反應(yīng)器都可切出，進(jìn)行催化劑再生，其余三四個繼續(xù)串聯(lián)操作，裝置不必停工。二、連續(xù)再生重整工藝連續(xù)重整工

4、藝的主要特征是裝置內(nèi)設(shè)有單獨(dú)的催化劑連續(xù)再生循環(huán)回路，使積炭催化劑連續(xù)不斷地進(jìn)行再生，催化劑始終保持有較高的活性。目前此類型工藝有美國UOP公司的CCR鉑重整工藝和法國IFP的連續(xù)重整工藝。1、UOP公司的CCR Platforming工藝 催化劑依靠重力下移，輸送磨損低，產(chǎn)生粉塵少，占地少，但檢修較費(fèi)時。UOP第一代重整裝置UOP第二代與第一代相比：反應(yīng)系統(tǒng)壓力由0.88MPa降為0.35MPa；采用新型徑向反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如圖；再生系統(tǒng)由常壓再生改為加壓再生；取消流量控制料斗，減少裝填催化劑費(fèi)用，流速由閉鎖料斗給定；氯化區(qū)改為軸向床，無氯化鼓風(fēng)機(jī)，氣體一次通過；采用全氫提升系統(tǒng)，提升器結(jié)構(gòu)如圖

5、；還原區(qū)改到閉鎖料斗上部，料斗分為還原區(qū)、卸料區(qū)、鎖定料斗區(qū)和緩沖區(qū)，還原氣在第一反應(yīng)器前排出；采用新型高效的R-34或R-134催化劑，節(jié)省費(fèi)用。UOP第三代與第二代比較：燒焦區(qū)內(nèi)篩網(wǎng)由圓柱形改成錐形結(jié)構(gòu)；分離料斗用斜管與再生器相連；提升氣改用N2 ，增加了操作安全性；取消提升器，以L閥和無直接彎頭的提升裝置；還原段放回反應(yīng)器頂上，設(shè)計為兩段還原。2、IFP的連續(xù)重整工藝 反應(yīng)器并列布置，高徑比達(dá)到最優(yōu)化，框架輕、反應(yīng)器床層死區(qū)小。IFP第一代連續(xù)重整工藝 主要特點(diǎn)是再生系統(tǒng)靠氫氣提升來實現(xiàn)。IFP第二代連續(xù)重整工藝IFP第二代連續(xù)重整工藝的特點(diǎn)：總選擇性良好；年消耗量低；再生氣循環(huán)采用冷回

6、路；反應(yīng)器并列式布置；安全可靠度高；循環(huán)和再生由在線自動化系統(tǒng)控制，系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。3、UOP和IFP連續(xù)再生鉑重整工藝流程比較（1）環(huán)球油品公司的連續(xù)再生鉑重整 特點(diǎn)：采用重疊式反應(yīng)器，熱循環(huán)。（2）法國石油研究院連續(xù)再生催化重整 特點(diǎn)：采用并列式反應(yīng)器，冷循環(huán)。4、國內(nèi)催化重整裝置運(yùn)轉(zhuǎn)水平裝置運(yùn)轉(zhuǎn)水平，加工能力有很大發(fā)展；1998年開發(fā)了低壓組合床重整工藝。該技術(shù)核心內(nèi)容：前部反應(yīng)器采用半再生固定床重整工藝，后部反應(yīng)器采用移動床連續(xù)重整工藝，先進(jìn)、獨(dú)特；主要特點(diǎn)：含氯腐蝕氣體單獨(dú)抽出；再生氣體采用“干、冷”循環(huán)、燒焦過程嚴(yán)格連續(xù)；閉鎖料斗和再生器底部提升器使用氮?dú)饨橘|(zhì)；降低裝置標(biāo)高；采用

7、催化劑無閥輸送技術(shù)；減少催化劑磨損。5、新型設(shè)備的應(yīng)用要求：新型、高效、低能耗；用兩臺雙殼程換熱器代替六臺管殼式換熱器，換熱面積減小，節(jié)省投資、占地面積和能耗；焊板式重整進(jìn)料換熱器傳熱系數(shù)高，體積小，重量輕，壓降小，效率高；還有如表面蒸發(fā)空冷器等設(shè)備將在新建設(shè)裝置中廣泛應(yīng)用。第二節(jié) 重整反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)一、軸向反應(yīng)器圓筒形，殼體由普通碳鋼制成，襯里可防高溫腐蝕，入口處設(shè)分配頭、事故氮?dú)饩€，分配頭下端盲死，催化劑床層最上層安裝氣體分配籃。分配籃作用：增加催化劑床層頂部和油氣接觸的表面積，使油氣均勻進(jìn)入催化劑床層；過濾油氣攜帶的雜物，延長開工周期。反應(yīng)器中部放鉑催化劑，底部有陶土小球，外壁涂變色漆，催

8、化劑床層中設(shè)測溫點(diǎn)。二、徑向反應(yīng)器原料經(jīng)進(jìn)料分配器后進(jìn)入扇形筒，氣流以徑向進(jìn)入催化劑層，進(jìn)入中心管，產(chǎn)物從中心管下部導(dǎo)出。1、殼體又稱反應(yīng)器筒體，壁厚不超過40毫米，用單層厚鋼板卷焊而成。2、中心管由管、定距圓鋼和外包絲網(wǎng)組成。內(nèi)管布滿68mm的小孔，外層用不銹鋼絲包扎。國內(nèi)將外包沖孔板代替外包絲網(wǎng)，因為外包不銹鋼絲網(wǎng)使催化劑破碎較嚴(yán)重。、扇形筒目的：使油氣在反應(yīng)器內(nèi)形成徑向流動；要求：均布于反應(yīng)器內(nèi)壁圓周為限。、中心管罩帽作用：阻止油氣短路。要求：足夠密封高度，沉降高度，力求靈活簡便。三、軸向反應(yīng)器和徑向反應(yīng)器的比較徑向反應(yīng)器的總壓降比軸向反應(yīng)器小得多，用于鉑錸重整或多金屬重整很有利。 徑向

9、反應(yīng)器缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修困難；軸向反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省合金材料，制造方便，進(jìn)料分布均勻，裝卸催化劑比較容易；軸向反應(yīng)器缺點(diǎn)：原料和催化劑接觸不均勻，產(chǎn)生局部結(jié)焦。四、重整反應(yīng)器材料的選擇、要求能在高溫下承受氫氣的腐蝕；所用材料不應(yīng)使催化劑中毒。、選材辦法采用鉻鉬鋼制造筒體，稱熱壁反應(yīng)器；采用隔熱混凝土襯在反應(yīng)器內(nèi)壁，使筒體壁溫下降，稱冷壁反應(yīng)器。第三節(jié)固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器簡介一、固定床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器的定義（）定義在反應(yīng)器內(nèi)裝填有固定不動的固體催化劑或固體反應(yīng)物顆粒，用以實現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。（）特點(diǎn)床層靜止不動，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。（）用途用

10、于實現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時，床層則填裝固體反應(yīng)物。2、固定床反應(yīng)器的分類（1）絕熱反應(yīng)器1）適用條件：收率和反應(yīng)控制不受影響；2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉；3）分類：軸向絕熱式、徑向絕熱式；4）比較：徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力降較小，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。5）系統(tǒng)采用絕熱操作的情形反應(yīng)熱相當(dāng)?shù)?，沒有過高溫度變化下可得到所要轉(zhuǎn)化率和收率；可加入惰性物或過量加入某反應(yīng)物使熱容增加，轉(zhuǎn)化率和收率不因溫度變化而受影響；串聯(lián)絕熱床段每段之后或每一床層之后裝有中間冷卻或中間加熱裝置，在

11、不過多增加費(fèi)用的情況下達(dá)到所需轉(zhuǎn)化率和收率。6）厚床層絕熱反應(yīng)器 一般應(yīng)用包括帶有中間冷卻或中間加熱的多個單床層反應(yīng)器或裝在單個外殼內(nèi)的多床層反應(yīng)器，以及在床層與床層之間或在同一床層內(nèi)的直接接觸冷卻；結(jié)構(gòu)上注意床層的支承、多床層反應(yīng)器、裝料和卸料設(shè)備等部件。 床層的支承：設(shè)計柵板支承催化劑的裝載重量加上預(yù)期的壓降，材質(zhì)防腐；反應(yīng)器較大時，用中間支承。 多床層反應(yīng)器多床層安置在支承板上，床層之間的空間安裝熱交換器管束或直接接觸急冷。 裝料和卸料的設(shè)備裝料要求：減少磨損，排除粉末，使催化劑分布均勻；裝料方式：對空氣加壓裝料，吊運(yùn)裝料；卸料：將催化劑直接卸到料斗或卡車上，不流動的部分人工清除；惰性氣

12、體保護(hù)同時卸空、清凈、篩分和包裝；真空卸料法；淺床層反應(yīng)器實例：硝酸工業(yè)中用于產(chǎn)生氧化氮的氨氧反應(yīng)等。（2）非絕熱的固定床反應(yīng)器由許多管子組成管子里裝滿催化劑，外面冷卻或加熱介質(zhì)；也可相反熱交換器式固定床反應(yīng)器和管式固定床直接火加熱反應(yīng)器。1）熱交換器式固定床反應(yīng)器 類似于列管式換熱器，流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換，管內(nèi)裝填催化劑，反應(yīng)物料自上而下通過床層，管間為載熱體與管內(nèi)物料進(jìn)行換熱。2）列管式固定床反應(yīng)器 類似于列管式換熱器，管內(nèi)或管間置催化劑，反應(yīng)物料自上而下通過床層，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，與管內(nèi)物料進(jìn)行換熱，以維持所需溫度。適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。

13、）自熱式固定床反應(yīng)器以冷的原料作載熱體，使冷原料預(yù)熱，然后進(jìn)入床層。前提是反應(yīng)器內(nèi)物料為放熱反應(yīng)。、固定床反應(yīng)器的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，選擇性較高；催化劑機(jī)械損耗??；結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時，可能出現(xiàn)飛溫；操作過程中催化劑不能更換。二、流化床反應(yīng)器定義：在有固體和流體參加反應(yīng)的反應(yīng)器中，采用粉末狀的固體，讓流體自下而上通過反應(yīng)器。當(dāng)流體的速度逐漸加大，粉末從靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，像流體一樣在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)運(yùn)動或隨流體從反應(yīng)器流出。主要特點(diǎn)：固體物料比較容易從反應(yīng)器取出。（a）型提升管反應(yīng)器（b）正流式反應(yīng)器（c）環(huán)球油品公司的反應(yīng)器（d）提升管裂化器

14、（e）輸送管裂化器（f）折疊提升管裂化器、流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)（）優(yōu)點(diǎn)：物料的流化狀態(tài)有助于實施連續(xù)流動和循環(huán)操作；氣固之間、床層與內(nèi)部構(gòu)件之間傳熱性能良好，床層等溫；結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，適于大型操作；氣固之間傳質(zhì)速率高。（）局限性：固體顆粒停留時間不一致，反應(yīng)不完全；氣固接觸效率低；轉(zhuǎn)化率分布和產(chǎn)物分布不合適，有燒結(jié)現(xiàn)象；存在顆粒損失和磨損現(xiàn)象；由實驗室到工業(yè)規(guī)模的放大較為困難。、流化床反應(yīng)器的分類鼓泡床：在流態(tài)化生產(chǎn)過程中，通過氣泡行為，來控制反應(yīng)器的床層性能；湍動床：當(dāng)改變鼓泡床的某些參數(shù)，床層的兩相特征漸趨模糊進(jìn)入湍動流體系。此時，床層壓力波動值會陡然下降；快速流化床：為鼓泡床和湍動床的延伸

15、，床層密度為固體加料速率的函數(shù)，固體負(fù)荷可變動。、結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的一些問題簡介（）分布器引發(fā)流化、維持床內(nèi)物料連續(xù)運(yùn)動并使氣體均勻分布。流化操作的關(guān)鍵分布器的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：有助于產(chǎn)生均勻而平穩(wěn)的流態(tài)化；使床層物料的磨損盡可能地小；能盡量減小被磨蝕的危險；能防止正常操作期間固體物料的倒流。（）固體顆粒的輸送從再生器出來的催化劑通過一根立管移動，催化劑的流動用滑閥控制，稀相產(chǎn)生較低的靜壓頭，輸送力是密相和稀相間的壓力差，位頭必須防止在立管中的返向流動。（）轉(zhuǎn)送管線加料器常用直的型加料（a）和階梯式擋板加料（c），擋板降低顆粒的向下速度并增加氣體在水平方向加速顆粒的機(jī)會。（4）流化床反應(yīng)器

16、的內(nèi)部構(gòu)件為了提高氣-固流化的單程轉(zhuǎn)化率，一般選用湍動床流化系統(tǒng)；當(dāng)固體物料的顆粒性質(zhì)難以改變或一定時，內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)十分重要；內(nèi)部構(gòu)件分兩類：橫向構(gòu)件，縱向構(gòu)件。1）橫向構(gòu)件多孔板 最常見；開孔率為10-40%，每隔一米左右安裝一塊擋板，床層建立在擋板上，防止氣泡成長，改善停留時間分布；擋板的夾帶量和泄漏量決定床層之間的固體交換量，有助于建立全床合適的溫度梯度和濃度梯度。其流動特性表現(xiàn)在氣-固相在擋板床層內(nèi)激烈混合，層間進(jìn)行有限交換。百葉窗擋板 能有效提高轉(zhuǎn)化深度，擋板下的氣墊會限制氣泡成長，其導(dǎo)向性使床層不存在徑向的轉(zhuǎn)化率分布。橫向構(gòu)件優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性；有助于建立縱向溫度梯度和濃度梯度；減小床層所需存料量；減少徑向的轉(zhuǎn)化率分布；減少旋風(fēng)分離器的顆粒損失。 缺點(diǎn)：降低容積效率；催化率發(fā)生燒結(jié)并堵塞小孔；加劇催化劑磨耗和損失；增添了開車、停車及檢修的麻煩