11Mt每年独山子炼厂催化裂化装置工艺设计毕业论文

西安石油大学高职毕业设计（论文）1.1Mt/a 独山子炼厂催化裂化装置工艺设计摘 要：根据独山子石化常压渣油催化裂化反应性质数据及相关数据对催化裂化装置进行了工艺设计，本设计主要内容是反应再生系统。首先确定独山子石化1.1Mt/a 常压渣油催化裂化装置的加工方案为多产汽油方案，反应再生系统的烧焦形式为烧焦罐完全燃烧形式，并对反应系统和再生系统分别进行了物料衡算和热量衡算，根据计算的结果设计了反应再生系统的主要主要设备（反应器，再生器，沉降器，旋风分离器等）的工艺尺寸，其次还对反应再生系统进行了压力平衡计算，并计算滑阀直径。关键词：催化裂化；反应再生；催化剂西安石油大学高职毕业设计（论文）I目 录1 绪论 .11.1 设计依据 .11.2 设计原则 .11.3 装置的特点 .11.4 催化裂化的国内外发展概况和趋势 .11.5 工艺流程说明 .22 反应系统的计算 .42.1 原料及产品性质计算 .42.1.1 基础数据 .42.1.2 原料及产品性质 .42.2 提升管工艺计算 .52.2.1 基础数据 .52.2.2 提升管直径和长度的计算 .52.2.3 预提升段尺寸的确定 .122.3 沉降器的工艺设计计算 .132.3.1 沉降器的结构 .132.3.2 旋风分离器的设计计算 .142.4 反应沉降器的工艺计算结果汇总 .173 再生系统的计算 .183.1 再生器的燃烧计算 .183.1.1 焦炭中的碳与氢的量 .183.1.2 燃烧产物量和空气用量 .183.1.3 烧焦耗风指标 .203.1.4 烟风比 .203.1.5 燃烧结果汇总 .203.2 再生器的热平衡计算 .213.2.1 再生器各处吹扫及松动蒸汽 .213.2.2 供热 烧焦放出的热量 .213.2.3 出再生器热 .213.2.4 外取热器取出热量 .223.2.5 再生器热平衡汇总 .233.3 再生器的物料平衡 .23西安石油大学高职毕业设计（论文）II3.4 再生器藏量及烧焦强度计算 .233.4.1 再生器藏量的计算 .233.4.2 再生器烧焦强度计算 .253.5 再生器的工艺尺寸设计 .253.5.1 主要部件直径的计算 .253.5.2 高度的计算 .263.5.3 内部附件设备的设计计算 .273.5.4 旋风分离器的设计计算 .283.6 主风机选型 .313.7 再生器计算结果汇总 .324 两器压力平衡 .344.1 再生线路压力平衡 .354.1.1 推动力 .354.1.2 阻力 .354.2 待生线路压力平衡 .354.2.1 推动力 .354.2.2 阻力 .354.3 滑阀的设计计算 .364.3.1 再生滑阀 .364.3.2 待生滑阀 .365 毕业设计总结 .37参考文献 .38致 谢 .39西安石油大学高职毕业设计（论文）11 绪论1.1 设计依据（1） 西安石油大学职业技术学院下发的毕业设计任务书 。（2） 中国石油化工总公司“炼油装置工艺设计技术规定” 。（3） 国家标准总局“中华人民共和国国家标准” 。1.2 设计原则（1） 设计规模为 1.1Mt/a。（2） 原料为独山子炼厂常压渣油。（3） 装置组成：装置主要由反应再生、分馏、吸收稳定、烟气能量回收系统等部分组成。（4） 装置年开工时数：8000h。（5） 余热锅炉：充分利用再生烟气的能量产生蒸汽。（6） 低温热利用：尽量回收装置低温位热量，用以加热生活用水。1.3 装置的特点由于装置所处理的原料是常压渣油，与馏分油相比：原料变重、残炭含量高、生焦率变大，同时原料中的硫、氮杂质和重金属含量也明显变大，这就对裂化反应和催化剂再生条件提出更高的要求，本设计参照国内外在重油催化裂化设计方面的各项有关技术。为满足重油催化裂化要求快速反应、快速分离的特点，本设计采用提升管反应器，在提升管下部设预提升段，并采用新型高效喷嘴，提升管出口设有 T 型快速分离器。由于重油催化裂化对催化剂在选择性和活性上要求高，本设计一方面采用适用于渣油催化裂化的新型催化剂超稳分子筛催化剂；另一方面采用烧焦罐完全再生的技术。决定催化裂化装置处理能力的关键参数之一是烧焦能力，因为它涉及到核心设备再生器的设计以及核心机组主风机组的选择设计，而且对转装置以后的发展非常重要。1.4 催化裂化的国内外发展概况和趋势由于原油的日益重质化和劣质化，给重油裂化带来了一系列难题。催化裂化未来的发展将重点集中在两个方面：即新型催化剂和催化裂化工艺的研究。西安石油大学高职毕业设计（论文）2催化剂方面：全世界FCC催化剂约80的市场为GRACE DaNisonAlbemarce 和Engellarddg 三大跨国公司所拥有，随着近年来我国催化裂化催化剂的研究，新品种也不断推出，在应用方面基本上可以做到“量体裁衣” 。例如在RFCC方面已开发出的催化剂有CA一2000、LIP和LCC一2、LHO一1、RCH系列催化剂、ZSM 一5Y 复合分子筛和机械混合分子筛催化剂等，在重油的裂解能力、抗重金属污染能力和焦炭选择性方面都有较大的优势。今后催化剂的重点发展将围绕提高催化剂的焦炭选择性、降低催化裂化能耗、提高汽油质量三方面进行，从而满足化工原料和汽油新标准的要求。工艺方面：研究者们越来越重视通过数学模拟对催化裂化工业过程进行操作和优化设计以及对复杂反应体系进行动力学研究，其主要方法是通过物理和化学分析手段，将大量化合物按其动力学性质合并成若干个虚拟的单一组分来进行处理，即所谓的集总(Lumping)方法。目前在 RFCC方面主要是用十集总动力学模型、十一集总动力学模型、十四集总动力学模型、十六集总动力学模型进行模拟和优化，实现现有装置的“免费升级” ，在实践中创造了经济效益。综上所述，催化裂化未来的总体发展将是能量系统综合优化。其关键就是采用各种先进技术，使自身及相关装置的能量得到最佳利用。Shell公司就提出了“合成气园”新概念，它以渣油等为气化原料，生产合成的产品用于发电、制氢、生产甲醇和化肥，并且还向城市提供清洁燃料。像此种生产比单独生产的投资、运行成本及能量的运用都要优越，因而更具有竞争力、抗风险能力，能量利用率明显提高。从全局的角度出发，采用先进技术，从而实现催化裂化的能量优化和可持续发展。基于我国原油资源的特点和RFCC在二次加工能力中占绝对比重的现状，未来RFCC仍然是我国重油轻质化和生产汽油的主要加工技术。加强技术创新，注重现有工艺、催化剂、工程技术和生产技术的改进以及现有装置的改造。尽可能掺炼更多的渣油，实现炼油工业尽可能低的投资把原油转变成符合环保法规要求的石油产品。提高RFCC综合技术水准，缩小同先进水平的差距，使其具有同国外大公司竞争的能力。1.5 工艺流程说明催 化 裂 化 的 流 程 主 要 包 括 三 个 部 分 ： 原 料 油 催 化 裂 化 ； 催 化 剂 再 生 ； 产 物 分 离 。 原 料 喷 入 提 升 管 反 应 器 下 部 ， 在 此 处 与 高 温 催 化 剂 混 合 、 气 化 并 发生 反 应 。 反 应 温 度 480 530 ,压 力 0.14MPa（ 表 压 ） 。 反 应 油 气 与 催 化 剂 在 沉降 器 和 旋 风 分 离 器 (简 称 旋 分 器 )， 分 离 后 ， 进 入 分 馏 塔 分 出 汽 油 、 柴 油 和 重 质 回炼 油 。 裂 化 气 经 压 缩 后 去 气 体 分 离 系 统 。 结 焦 的 催 化 剂 在 再 生 器 用 空 气 烧 去 焦炭 后 循 环 使 用 ， 再 生 温 度 为 600 730 。 1.5.1 反 应 部 分 原 料 经 换 热 后 与 回 炼 油 混 合 经 对 称 分 布 物 料 喷 嘴 进 入 提 升 管 ， 并 喷 入 燃 油 加西安石油大学高职毕业设计（论文）3热 ， 上 升 过 程 中 开 始 在 高 温 和 催 化 剂 的 作 用 下 反 应 分 解 ， 进 入 沉 降 器 下 段 的 气 提段 ， 经 汽 提 蒸 汽 提 升 进 入 沉 降 器 上 段 反 应 分 解 后 反 应 油 气 和 催 化 剂 的 混 合 物 进 入沉 降 器 顶 部 的 旋 风 分 离 器 （ 一 般 为 多 组 ） ， 经 两 级 分 离 后 ， 油 气 进 入 集 气 室 ， 并经 油 气 管 道 输 送 至 分 馏 塔 底 部 进 行 分 馏 ， 分 离 出 的 催 化 剂 则 从 旋 分 底 部 的 翼 阀 排出 ， 到 达 沉 降 器 底 部 经 待 生 斜 管 进 入 再 生 器 底 部 的 烧 焦 罐 。 1.5.2 再 生 部 分 再 生 器 阶 段 ， 催 化 剂 因 在 反 应 过 程 中 表 面 会 附 着 油 焦 而 活 性 降 低 ， 所 以 必 须进 行 再 生 处 理 ， 首 先 主 风 机 将 压 缩 空 气 送 入 辅 助 燃 烧 室 进 行 高 温 加 热 ， 经 辅 助 烟道 通 过 主 风 分 布 管 进 入 再 生 器 烧 焦 罐 底 部 ， 从 反 应 器 过 来 的 催 化 剂 在 高 温 大 流 量主 风 的 作 用 下 被 加 热 上 升 ， 同 时 通 过 器 壁 分 布 的 燃 油 喷 嘴 喷 入 燃 油 调 节 反 应 温 度 ，这 样 催 化 剂 表 面 附 着 的 油 焦 在 高 温 下 燃 烧 分 解 为 烟 气 ， 烟 气 和 催 化 剂 的 混 合 物 继续 上 升 进 入 再 生 器 继 续 反 应 ， 油 焦 未 能 充 分 反 应 的 催 化 剂 经 循 环 斜 管 会 重 新 进 入烧 焦 罐 再 次 处 理 。 最 后 烟 气 及 处 理 后 的 催 化 剂 进 入 再 生 器 顶 部 的 旋 风 分 离 器 进 行气 固 分 离 ， 烟 气 进 入 集 气 室 汇 合 后 排 入 烟 道 ， 催 化 剂 进 再 生 斜 管 送 至 提 升 管 。 1.5.3 烟 气 利 用 再生器排除的烟气一般还要经三级旋风分离器再次分离回收催化剂，高温高速的烟气主要有两种路径：（1）进入烟机，推动烟机旋转带动发电机或鼓风机；（2）进入余热锅炉行余热回收，最后废气经工业烟囱排放。西安石油大学高职毕业设计（论文）42 反应系统的计算2.1 原料及产品性质计算2.1.1 基础数据原料及产品基础数据见表 2-1 。表 2-1 原料及产品基础数据表恩氏馏程（）项目 204d0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%原料油 0.8887 203 315 382 418 486 559汽油 0.7328 38 58 82 112 146 179 201柴油 0.8636 202 235 256 276 300 328 345回炼油 0.8745 248 334 375 383 397 426 456油浆 0.9368 285 378 436 465 508 568原料预热温度：200 新鲜原料量：137500kg/h 回炼油量：27500kg/h 回炼比： 0.22.1.2 原料及产品性质原料及产品的特性因子及分子量（以原料油为例来计算）斜率 s = （2-1）803159109%90 点 馏 出 温 度点 馏 出 温 度= 3.05（/% ）体积平均沸点： （2-2）vt59070310tt= 54862=432() Me = -1.53181-0.0128 +3.64678 （2-3）0.67vt0.3s=3.025则： Me=20.594()Me= - Me=432-20.594tv=411.41() d 由 d 查相关图表换算得 0.89276.15204由 d 和 Me 查图得 K=12.0，M=380.t其它油品计算结果如表 2-2 ：西安石油大学高职毕业设计（论文）5表 2-2 各原料及产品的性质项目 6.15dt ，vMe ，t特性因子 K 斜率 s 分子量 M原料油 0.8928 432.00 411.41 12.0 3.0500 380汽油 0.7377 115.40 104.90 11.9 1.5125 102柴油 0.8678 279.00 273.21 11.4 1.1625 212回炼油 0.8786 383.00 377.98 12.0 1.1500 330油浆 0.9406 489.00 476.33 11.7 2.3750 4302.2 提升管工艺计算2.2.1 基础数据（1） 反应条件沉降器顶部压力： 0.180 Mpa 提升管出口温度： 510 原料预热温度： 200 新鲜原料流量： 137.5 t/h回炼油流量： 27.5 t/h 催化剂循环量： 898.7 t/h 再生剂入口温度： 720提升管停留时间： 2.8s （2） 产品产率 表 2-3 产品产率表名称 干气 液化气 汽油 柴油 油浆 焦炭 损失产率(m%) 4.5 12 44 25 5 9.3 0.5（3） 原料及产品性质原料及产品基础数据见表 2-1，原料及产品性质见表 2-2。2.2.2 提升管直径和长度的计算 （1）物料衡算提升管物料平衡见表 2-4西安石油大学高职毕业设计（论文）62-4 物料衡算表项目 kg/h 平均分子量 kmol/h新鲜原料 137.5103 380 361.84回炼油 27.5103 330 83.33催化剂 898.7103 再生剂带入烟气 898.7 29.0 30.99进料雾化 7500 18 预提升 500 18 吹扫 648 18 松动 435 18 水蒸气总量 11083 18 615.72入方合计 1982566 1091.88干气+ 损失 6462.5 19.47 330.86液化气 16500 49.53 333.13汽油 60500 102 593.13柴油 34375 212 162.15回炼油 27500 330 83.33油浆 6875 430 15.99烟气 898.7 29.0 30.99水蒸气 11083 18 615.72催化剂+ 焦炭 911075 出方合计 11615488 2165.3（2）热量衡算由公式： Q=qC T (2-4)P式中： Q热量，kJ/hC 比热，kJ/(kg)Pq流量，kg/h T温差，计算可得：1）供热方： 再生催化剂带入热 Q ，设催化剂的循环量为 Xkg/h， 7201 t再Q 催化剂循环量 催化剂比热容 （ ） （2-5）1 t再 反X1.12(720-510)=148.8X（kJ/h ） 反应生成的焦炭吸附在催化剂上放出的吸附热 Q ,2西安石油大学高职毕业设计（论文）7焦炭产量=137500 9%=12375 (kJ/h) 因为焦炭 C/H=90/10所以 烧炭量=123750.9=11137.5 (kJ/h)=928.13 (kmol/h)烧氢量=12375 0.