第三章-催化裂化裝置

第三章催化裂化裝置

Catalyticcrackingunit2/1/20231石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論燃料生產(chǎn)中一個(gè)重要的問(wèn)題：如何將原油中的重質(zhì)餾分油甚至渣油轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)燃料產(chǎn)品？重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油從大分子分解為較小的分子主要依靠分解反應(yīng)（熱反應(yīng)和催化反應(yīng)）從低H/C的組成轉(zhuǎn)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）2/1/20232石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化是最重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化過(guò)程之一，在汽油和柴油等輕質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)中占有很重要的地位。催化裂化是重質(zhì)油在酸性催化劑存在下，在500℃左右、1×105~3×105Pa下發(fā)生裂解，生成輕質(zhì)油、氣體和焦炭的過(guò)程。催化裂化是現(xiàn)代化煉油廠用來(lái)改質(zhì)重質(zhì)瓦斯油和渣油的核心技術(shù)，是煉廠獲取經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。2/1/20233石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化能力在各個(gè)主要二次加工工藝中居于首位。2/1/20234石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化是目前石油煉制工業(yè)中最重要的二次加工過(guò)程，也是重油輕質(zhì)化的核心工藝催化裂化是提高原油加工深度、增加輕質(zhì)油收率的重要手段催化裂化于1936年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化

催化裂化原料：重質(zhì)餾分油(減壓餾分油、焦化餾分油)、常壓重油、減渣、脫瀝青油

一、催化裂化的原料和產(chǎn)品2/1/20235石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論主要控制指標(biāo)：金屬含量和殘?zhí)贾礜i+V：不大于20PPm殘?zhí)迹翰淮笥?%產(chǎn)品分布：氣體:10～20%，氣體中主要是C3、C4，烯烴含量很高汽油:產(chǎn)率在30～60%之間，辛烷值較高，約80～90柴油:產(chǎn)率在0～40%，十六烷值較低，需調(diào)和或精制油漿：產(chǎn)率在0～10%焦炭:產(chǎn)率在5%～10%，原子比大約是C:H=1:0.3～1

2/1/20236石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論二、催化裂化的發(fā)展過(guò)程催化裂化反應(yīng)分解等反應(yīng)生成氣體、汽油等小分子產(chǎn)物

縮合反應(yīng)生成焦炭

焦炭沉積在催化劑的表面上，使催化劑的活性下降。因此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)后，必須燒去催化劑上的焦炭以恢復(fù)催化劑的活性。這種用空氣燒去積炭的過(guò)程稱做“再生”。由此可見(jiàn)，一個(gè)工業(yè)催化裂化裝置必須包括反應(yīng)和再生兩個(gè)部分。2/1/20237石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論因此，一個(gè)工業(yè)催化裂化裝置必須解決周期性地進(jìn)行反應(yīng)和再生，同時(shí)又周期性地供熱和取熱這一個(gè)問(wèn)題。如何解決反應(yīng)和再生這一對(duì)矛盾是早期促進(jìn)催化裂化工業(yè)裝置型式發(fā)展的主要推動(dòng)力。催化裂化反應(yīng)：吸熱過(guò)程，一般每公斤新鮮原料的反應(yīng)大約需吸熱400KJ再生：放熱過(guò)程，每公斤焦炭燃燒約放出熱量33500kJ2/1/20238石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論1.固定床反應(yīng)器預(yù)熱后的原料進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，通常只經(jīng)過(guò)幾分鐘到十幾分鐘，催化劑的活性就因表面積炭而下降，此時(shí)，停止進(jìn)料，用水蒸氣吹掃后，通入空氣進(jìn)行再生。因此，反應(yīng)和再生是輪流間歇地在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。為了在反應(yīng)時(shí)供熱及在再生時(shí)取走熱，在反應(yīng)器內(nèi)裝有取熱的管束，用一種融鹽循環(huán)取熱。為了使生產(chǎn)連續(xù)化，可以將幾個(gè)反應(yīng)器組成一組，輪流地進(jìn)行反應(yīng)和再生。設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)連續(xù)性差2/1/20239石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論2.移動(dòng)床催化裂化反應(yīng)和再生是分別在反應(yīng)器和再生器內(nèi)進(jìn)行的。原料油與催化劑同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的頂部，它們互相接觸，一面進(jìn)行反應(yīng)，一面向下移動(dòng)。當(dāng)它們移動(dòng)至反應(yīng)器的下部時(shí)，催化劑表面上已沉積了一定量的焦炭，于是油氣從反應(yīng)器的中下部導(dǎo)出，而催化劑則從底部下來(lái)，再由氣升管用空氣提升至再生器的頂部，然后，在再生器內(nèi)向下移動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行再生。再生過(guò)的催化劑經(jīng)另一根氣升管又提升至反應(yīng)器。由于催化劑在反應(yīng)器和再生器之間循環(huán)，起到熱載體的作用，因此，移動(dòng)床內(nèi)可以不設(shè)加熱管。但是在再生器中，由于再生時(shí)放出的熱量很大，雖然循環(huán)催化劑可以帶走一部分熱量，但仍不能維持合適的再生溫度。因此，在再生器內(nèi)還須分段安裝一些取熱管束，用高壓水進(jìn)行循環(huán)以取走剩余的熱量。2/1/202310石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論3.流化床催化裂化其反應(yīng)和再生也是分別在兩個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，其原理與移動(dòng)床相似，只是在反應(yīng)器和再生器內(nèi)，催化劑與油氣形成與沸騰的液體相似的流化狀態(tài)。為了便于流化，催化劑制成直徑為20~100μm的微球。由于在流化狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)器或再生器內(nèi)溫度分布均勻，而且催化劑的循環(huán)量大，可攜帶的熱量多，減少了反應(yīng)器和再生器內(nèi)溫度變化的幅度，因而不必再在設(shè)備內(nèi)專設(shè)取熱設(shè)施，從而大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)。2/1/202311石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論同固定床催化裂化相比較，移動(dòng)床或流化床催化裂化都具有生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定及設(shè)備簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備簡(jiǎn)化方面，流化床的優(yōu)點(diǎn)更突出，特別是流化床更適用于大處理量的生產(chǎn)裝置。由于流化床催化裂化的優(yōu)越性，它很快就在各種催化裂化型式中占據(jù)了主導(dǎo)地位。自60年代以來(lái)，為配合高活性的分子篩催化劑，流化床反應(yīng)器又發(fā)展為提升管反應(yīng)器。目前，在全世界催化裂化裝置的總加工能力中，提升管催化裂化已占絕大部分。我國(guó)的情況也是如此。2/1/202312石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論二、流化催化裂化的定義Definition催化裂化裝置，也稱為流化催化裂化裝置(“FCC”)。所謂“流化（Flowing）”是指當(dāng)氣體以一定的速度通過(guò)裝有催化劑（Catalyst）的空間時(shí)，催化劑將劇烈擾動(dòng)，氣固兩相混合在一起，像流體一樣流動(dòng)或沸騰。DCC：deepcatalystcrackingRCC：residuumcatalystcracking深度催化裂化渣油催化裂化Flowingcatalystcracking2/1/202313石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論

在流化催化裂化裝置中，催化劑的輸送、原料油的裂化反應(yīng)（crackingreaction）和催化劑（Catalyst）的再生（Rebirth），都應(yīng)用了流化技術(shù)，所以統(tǒng)稱“流化催化裂化裝置（FlowingCatalyticcrackingunit）”以區(qū)別于固定床催化裂化裝置（fixingbedCatalyticcrackingunit）和移動(dòng)床催化裂（movingbedCatalyticcrackingunit）化裝置。2/1/202314石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論三、流化催化裂化裝置的特點(diǎn)(1)產(chǎn)品質(zhì)量好。汽油辛烷值高，一般約為80左右，而且安定性好。(2)開(kāi)工周期長(zhǎng)。一般開(kāi)工周期為1年，周期長(zhǎng)的可達(dá)2～3年。(3)可提供大量化工原料。在裂化氣體中，主要為含C3和C4的烴類，其中的丙烯、丁烯和異丁烷的含量很高，它們都是石油化工生產(chǎn)的重要原料。同時(shí)，還能提供大量的民用液化石油氣。而催化柴油中含有大量重質(zhì)芳烴，是制取萘的原料。柴油中的重質(zhì)芳烴抽提后，16烷值亦可得到改善。2/1/202315石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論(4)產(chǎn)品方案靈活。同一裝置，采用不同的操作條件，可以得到不同產(chǎn)品的產(chǎn)率(氣體、汽油、柴油的產(chǎn)率和比例)。(5)原料選擇范圍寬。常壓重餾分油、減壓餾分油、焦化蠟油、潤(rùn)滑油脫蠟后的蠟膏、脫瀝青油等，均可作為催化裂化原料。隨著催化裂化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在常壓重油和減壓渣油也可作為催化裂化原料油使用。

(6)經(jīng)濟(jì)效益好。由于催化裂化裝置可以將低值的重質(zhì)油晶變?yōu)楦邇r(jià)值的輕質(zhì)油品，而且輕質(zhì)油收率很高，故經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。2/1/202316石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論四、催化裂化裝置的組成單元

ConstitutionofCatalyticcrackingunit按照工藝流程，整個(gè)裝置可以分為四個(gè)單元或“系統(tǒng)”：(1)反應(yīng)-再生系統(tǒng)（Respond-rebornsystem）。包括原料油的裂化反應(yīng)和催化劑的再生兩個(gè)工藝過(guò)程。(2)分餾系統(tǒng)（distillatingsystem）。根據(jù)裂化產(chǎn)品的沸程不同，將其分割成氣體、汽油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{。2/1/202317石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化裝置的組成單元(3)吸收穩(wěn)定系統(tǒng)（Absorbstabilitysystem）。用穩(wěn)定汽油將裂化氣體中的C3和C4組分(液化石油氣的主要成分)吸收下來(lái)，把乙烷及其以下的輕組分(裂化干氣的主要組分)汽提出去，作為燃料氣使用。2/1/202318石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化裝置的組成單元(4)能量回收系統(tǒng)（Ｅnergyrecoveringsystem）。由于催化劑再生時(shí)產(chǎn)生的煙氣攜帶有大量熱能和壓力能，回收這部分能量，可以降低生產(chǎn)成本和能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于大型裝置，一般都是采用煙氣輪機(jī)回收壓力能，用作驅(qū)動(dòng)主風(fēng)機(jī)的動(dòng)力和帶動(dòng)薄電機(jī)發(fā)電；用余熱鍋爐進(jìn)行熱能回收，以產(chǎn)生蒸汽，供汽輪機(jī)使用或外輸。2/1/202319石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論第一節(jié)工藝流程2/1/202320石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化裝置的命名一般說(shuō)來(lái)，催化裂化裝置的分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)，盡管因裝置不同而存在差異，但并無(wú)根本差別。因此裝置的分類及命名，均根據(jù)反應(yīng)-再生系統(tǒng)的特點(diǎn)而定，如“Ⅳ型催化裂化裝置”、“提升管催化裂化裝置”、“同軸式催化裂化裝置”等。2/1/202321石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論高低并列式同軸式2/1/202322石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論一、反應(yīng)-再生系統(tǒng)圖1-3-1表示的是典型的提升管流化催化裂化裝置的工藝流程原理。由于沉降器位置高于再生器，所以又名“高低并列式提升管催化裂化裝置”。2/1/202323石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論l一輔助燃燒室，2一主風(fēng)(空氣)分布管；3一再生器密相段(床)；4一再生器稀相段；5一再生器一、二級(jí)旋風(fēng)分離器6一煙氣集氣室，7一反應(yīng)油氣集氣室，8一沉降器一、二級(jí)旋風(fēng)分離器9一快速分離器，10一沉降器沉降段，11一沉降器汽提段；12一待生斜管，13一待生單動(dòng)滑閥；14一再生淹流斗；15一提升管反應(yīng)器；16一再生斜管；17一再生單動(dòng)滑閥圖1-3-1提升管催化裂化裝置反應(yīng)—再生系統(tǒng)流程2/1/202324石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論反應(yīng)-再生原理重質(zhì)原油在提升管中與再生后的熱催化劑接觸反應(yīng)后進(jìn)入沉降器，油氣與催化劑經(jīng)旋風(fēng)分離器與催化劑分離，反應(yīng)生成的氣體、汽油、液化氣、柴油等餾分與未反應(yīng)的組分一起離開(kāi)沉降器進(jìn)入分餾單元；反應(yīng)后的附有焦碳的待生催化劑進(jìn)入再生器用空氣燒焦，催化劑恢復(fù)活性后再進(jìn)入提升管參加反應(yīng)，形成循環(huán)，再生器頂部煙氣進(jìn)入能量回收單元．2/1/202325石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論二、分餾系統(tǒng)沉降器來(lái)的反應(yīng)油氣，經(jīng)換熱器進(jìn)入分餾塔，根據(jù)物料的沸點(diǎn)差，從上至下分離為富氣、粗汽油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{。2/1/202326石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論分餾系統(tǒng)流程圖圖1-3-2分餾系統(tǒng)典型流程示意圖1.分餾塔底人字形擋板處用油漿洗滌（1）防止少量催化劑細(xì)粉堵塞塔盤和影響產(chǎn)品質(zhì)量；（2）由于反應(yīng)油氣溫度較高，500℃左右，油漿洗滌可取走多余的熱量。2.油漿：一部分回?zé)?，一部分回分餾塔，一部分送出裝置作自用燃料。3富氣經(jīng)壓縮后去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的凝縮油罐，粗汽油進(jìn)吸收塔上部。4.輕柴油氣提冷卻后送出裝置重柴油直接送出裝置。2/1/202327石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論分餾系統(tǒng)2/1/202328石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論在分餾塔內(nèi)將反應(yīng)油氣分成幾個(gè)產(chǎn)品：塔頂為汽油及富氣，側(cè)線有輕柴油、重柴油，塔底產(chǎn)品是油漿和回?zé)捰蜑榱巳∽叻逐s塔的過(guò)剩熱量，設(shè)有塔頂循環(huán)回流、一個(gè)至兩個(gè)中段回流以及塔底油漿循環(huán)回流2/1/202329石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論催化裂化分餾塔有以下特點(diǎn)：1.進(jìn)料是帶有催化劑粉塵的過(guò)熱油氣,2.全塔剩余熱量大（由高溫油氣帶入），而且催化裂化產(chǎn)品的分餾精確度要求也不高，因此設(shè)置四個(gè)循環(huán)回流分段取熱。2/1/202330石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論200～300

℃600～750

℃490～510

℃2

～3s2/1/202331石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論分餾系統(tǒng)2/1/202332石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論三、吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)從分餾塔頂油氣分離器出來(lái)的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中又溶有C3、C4甚至C2組分，因此吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用：利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣（≤C2）、液化氣（C3、C4）和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油。2/1/202333石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論富氣經(jīng)氣壓機(jī)升壓、冷卻并分出凝縮油后，由底部進(jìn)入吸收塔；穩(wěn)定汽油和粗汽油則作為吸收液由塔頂進(jìn)入，將富氣中的C3、C4（含少量C2）等吸收后得到富吸收油。吸收塔頂部出來(lái)的貧氣中夾帶有少量穩(wěn)定汽油，可經(jīng)再吸收塔用柴油回收其中的汽油組分后成為干氣，送出裝置。富吸收油和凝縮油均進(jìn)入解吸塔，使其中的氣體解吸后，從塔頂返回凝縮油沉降罐，塔底的未穩(wěn)定汽油送入穩(wěn)定塔，通過(guò)精餾作用將液化氣和穩(wěn)定汽油分開(kāi)。有時(shí)，塔頂要排出部分不凝氣（也稱氣