炼油生产安全技术—催化裂化的装置简介类型及工艺流程

炼油生产安全技术炼油生产安全技术 催化裂化的装催化裂化的装 置简介类型及工艺流程置简介类型及工艺流程 一 装置简介一 装置简介 一 装置发展及其类型 1 装置发展 催化裂化工艺产生于 20 世纪 40 年代 是炼油厂提高原油 加工深度的一种重油轻质化的工艺 20 世纪 50 年代初由 esso 公司 美国 推出了 型流出催化 装置 使用微球催化剂 平均粒径为 60 70tan 从而使催化裂 化工艺得到极大发展 1958 年我国第一套移动床催化裂化装置在兰州炼油厂投产 1965 年我国自己设计制造施工的 型催化装置在抚顺石油二厂 投产 经过近 40 年的发展 催化裂化已成为炼油厂最重要的加 工装置 截止 1999 年底 我国催化裂化加工能力达 8809 5 104t a 占一次原油加工能力的 33 5 是加工比 例最高的一种装置 装置规模由 34 60 104t a 发展到国内最 大 300 104t a 国外为 675 104t a 随着催化剂和催化裂化工艺的发展 其加工原料由重质化 劣质化发展至目前全减压渣油催化裂化 根据目的产品的不同 有追求最大气体收率的催化裂解装置 dcc 有追求最大液化气 收率的最大量高辛烷值汽油的 mgg 工艺等 为了适应以上的发 展 相应推出了二段再生 富氧再生等工艺 从而使催化裂化 装置向着工艺技术先进 经济效益更好的方向发展 2 装置的主要类型 催化裂化装置的核心部分为反应 再生单元 反应部分有 床层反应和提升管反应两种 随着催化剂的发展 目前提升管 反应已取代了床层反应 再生部分可分为完全再生和不完全再生 一段再生和二段 再生 完全再生即指再生烟气中 co 含量为 10 6 级 从反应与 再生设备的平面布置来讲又可分为高低并列式和同轴式 典型 的反应 再生单元见图 2 4 图 2 5 图 2 6 图 2 7 其特 点见表 2 11 二 装置单元组成与工艺流程 1 组成单元 催化裂化装置的基本组成单元为 反应 再生单元 能量 回收单元 分馏单元 吸收稳定单元 作为扩充部分有 干气 液化气脱硫单元 汽油 液化气脱硫醇单元等 各单元作用介 绍如下 1 反应 再生单元 重质原料在提升管中与再生后的热催化剂接触反应后进入 沉降器 反应器 油气与催化剂经旋风分离器与催化剂分离 反 应生成的气体 汽油 液化气 柴油等馏分与未反应的组分一 起离开沉降器进入分馏单元 反应后的附有焦炭的待生催化剂 进入再生器用空气烧焦 催化剂恢复活性后再进入提升管参加 反应 形成循环 再生器顶部烟气进入能量回收单元 2 三机单元 所谓三机系指主风机 气压机和增压机 如果将反一再单 元作为装置的核心部分 那么主风机就是催化裂化装置的心脏 其作用是将空气送人再生器 使催化剂在再生器中烧焦 将待 生催化剂再生 恢复活性以保证催化反应的继续进行 增压机是将主风机出口的空气提压后作为催化剂输送的动 力风 流化风 提升风 以保持反 再系统催化剂的正常循环 气压机的作用是将分馏单元的气体压缩升压后送人吸收稳 定单元 同时通过调节气压机转数也可达到控制沉降器顶部压 力的目的 这是保证反应再生系统压力平衡的一个手段 3 能量回收单元 利用再生器出口烟气的热能和压力使余热锅炉产生蒸汽和 烟气轮机作功 发电等 此举可大大降低装置能耗 目前现有 的重油催化裂化装置有无此回收系统 其能耗可相差 1 3 左右 4 分馏单元 沉降器出来的反应油气经换热后进入分馏塔 根据各物料 的沸点差 从上至下分离为富气 至气压机 粗汽油 柴油 回 炼油和油浆 该单元的操作对全装置的安全影响较大 一头一 尾的操作尤为重要 即分馏塔顶压力 塔底液面的平稳是装置 安全生产的有力保证 保证气压机人口放火炬和油浆出装置系 统的通畅 是安全生产的必备条件 5 吸收稳定单元 经过气压机压缩升压后的气体和来自分馏单元的粗汽油 经过吸收稳定部分 分割为干气 液化气和稳定汽油 此单元 是本装置甲类危险物质最集中的地方 6 干气 液化气脱硫和汽油液化气脱硫醇单元该两部分为 产品精制单元 干气 液化气在胺液 乙醇胺 二乙醇胺 甲基二乙醇 胺等 作用下 吸收干气 液化气中的 h2s 气体以达到脱除 h2s 的目的 汽油和液化气在碱液状态中在磺化酞氰钴或聚酞氰钻作用 下将硫醇氧化为二硫化物 以达到脱除硫醇的目的 2 工艺流程 工艺原则流程见图 2 8 原料油由罐区或其他装置 常减压 润滑油装置 送来 进入 原料油罐 由原料泵抽出 换热至 200 300 c 左右 分馏塔来 的回炼油和油浆一起进入提升管的下部 与由再生器再生斜管 来的 650 700 c 再生催化剂接触反应 然后经提升管上部进入 分馏塔 下部 反应完的待生催化剂进入沉降器下部汽提段 被 汽提蒸汽除去油气的待生剂通过待生斜管进入再生器下部烧焦 罐 由主风机来的空气送人烧焦罐烧焦 并同待生剂一道进入 再生器继续烧焦 烧焦再生后的再生催化剂由再生斜管进人提 升管下部循环使用 烟气经一 二 三级旋分器分离出催化剂后 其温度在 650 700 c 压力 0 2 0 3mpa 表 进人烟气轮机作功带动 主风机 其后温度为 500 550 c 压力为 0 01mpa 表 左右 再进入废热锅炉发生蒸汽 发汽后的烟气 温度大约为 200 左 右 通过烟囱排到大气 反应油气进入分馏塔后 首先脱过热 塔底油浆 油浆中含 有 2 左右催化剂 分两路 一路至反应器提升管 另一路经换 热器冷却后出装置 脱过热后油气上升 在分馏塔内自上而下 分离出富气 粗汽油 轻柴油 回炼油 回炼油去提升管再反 应 轻柴油经换热器冷却后出装置 富气经气压机压缩后与粗 汽油共进吸收塔 吸收塔顶的贫气进入再吸收塔由轻柴油吸收 其中的 c4 c5 再吸收塔顶干气进入干气脱硫塔脱硫后作为产品 出装置 吸收塔底富吸收油进入脱吸塔以脱除其中的 c2 塔底 脱乙烷汽油进入稳定塔 稳定塔底油经碱洗后进入脱硫醇单元 脱硫醇后出装置 稳定塔顶液化气进入脱硫塔脱除 h s 再进 入脱硫醇单元脱硫醇后出装置 脱硫脱硫醇未画出 三 化学反应过程 1 催化裂化反应的特点 催化裂化反应是在催化剂表面上进行的 其反应过程的 7 个步骤如下 气态原料分子从主流扩散到催化剂表面 原料分子沿 催化剂外向内扩散 原料分子被催化剂活性中心吸附 原 料分子发生化学反应 产品分子从催化剂内表面脱附 产 品分子由催化剂外向外扩散 产品分子扩散到主流中 重质原料反应生成目的产品可用下图表示 2 催化裂化反应种类 石油馏分是由十分复杂的烃类和非烃类组成 其反应过程 十分复杂 种类繁多 大致分为几个类型 1 裂化反应 是主要的反应 即 c c 键断裂 大分子变为小分子的反应 2 异构化反应 是重要的反应 即化合物的相对分子量不变 烃类分子结 构和空间位置变化 所以催化裂化产物中会有较多异构烃 3 氢转移反应 是一个烃分子上的氢脱下来加到另一个烯烃分子上 使其 烯烃饱和 该反应是催化裂化特有的反应 虽然氢转移反应会 使产品安定性变好 但是大分子的烃类反应脱氢将生成焦炭 4 芳构化反应 烷烃 烯烃环化生成环烷烃和环烯烃 然后进一步氢转移 反应生成芳烃 由于芳构化反应使汽油 柴油中芳烃较多 除以上反应外 还有甲基转移反应 叠合反应和烷基化反 应等 四 主要操作条件及工艺技术特点 1 主要操作条件 因不同的工艺操作条件不尽相同 表 2 12 列出一般一段 再生催化裂化的主要操作条件 2 工艺技术特点 1 微球催化剂的气 固流态化 催化裂化确切一点应该叫作流化催化裂化 微球催化剂 60 70 1m 粒径 在不同气相线速下呈现不同状态 可分为固 定床 即催化剂不动 流化床 即催化剂只在一定的空间运动 和 输送床 即催化剂与气相介质一同运动而离开原来的空间 三种 催化裂化的提升管反应是输送床 而再生器中待生催化剂 的烧焦过程是流化床 所以微球催化剂的气 固流态化是催化 裂化工艺得以发展的基础 从而使反应 再生能在不同的条件 下得以实现 2 催化裂化的化学反应 最主要的反应是大分子烃类裂化为小分子烃类的化学反应 从而使原油中大于 300 馏分的烃类生成小分子烃类 气体 液 化气 汽油 柴油等 极大地增加了炼油厂的轻质油收率 并 能副产气体和液化气 五 催化剂及助剂 1 催化剂 烃类裂化反应 应用热裂化工艺也能完成 但是有了催化 剂的参加 其化学反应方式不同 所以导致二类工艺的产品性 质和产品分布都不同 目前催化裂化所使用的催化剂都是分子筛微球催化剂 根 据不同产品要求可制造出各种型号的催化剂 但其使用性能要 求是共同的 即高活性和选择性 良好的水热稳定性 抗硫 氮 重金属的中毒 好的强度 易再生 流化性能好等 目前 常见的有重油催化裂化催化剂 生产高辛烷值汽油催化剂 最 大轻质油收率催化剂 增加液化气收率催化剂和催化裂解催化 剂等 由于催化裂化原料的重质化 使重油催化剂发展十分迅 速 目前国内全渣油型催化剂性能见表 2 13 2 催化裂化助剂 为了补充催化剂的其他性能 近年来发展了多种起辅助作 用的助催化剂 这些助剂均以剂的方式 加到裂化催化剂中起 到除催化裂化过程外的其他作用 如促进再生烟气中 co 转化 为 c02 提高汽油辛烷值 钝化原料中重金属对催化剂活性毒 性 降低烟气中的 sox 的含量等各类助剂 它们绝大多数也是 制造成与裂化催化剂一样的微球分别加入再生器内 但占总剂 量很少 一般在 1 3 所以每天添加量