催化裂解原理与机理

催化裂化催化裂化是石油烃在催化剂存在下在高温下裂化以生产低碳烯烃如乙烯、丙烯、丁烯等并同时生产轻质芳烃的过程。由于催化剂的存在，催化裂化可以降低反应温度，提高低碳烯烃和轻质芳烃的收率，提高裂化产品分布的灵活性。一，催化裂化的一般特征1.催化裂化是碳阳离子反应机理和自由基反应机理共同作用的结果。乙烯在裂解气产品中的比例大于催化裂解气产品中的比例。2.在一定程度上，催化裂化可以看作是深度催化裂化，其气体收率远高于催化裂化，而且液体产品中芳烃含量很高。3.催化裂化的反应温度很高。分子量较大的气体产物会发生二次裂解反应。此外，低碳烯烃将发生氢转移反应生成烷烃，还将发生聚合反应或芳构化反应生成汽油和柴油。二、催化裂化的反应机理一般来说，催化裂化过程既包括催化裂化反应，也包括热裂化反应，热裂化反应是碳阳离子和自由基两种反应机理共同作用的结果，但具体的裂化反应机理因催化剂和裂化过程的不同而不同。在钙铝系催化剂的热解过程中，自由基反应机理起主导作用。在酸性沸石分子筛裂化催化剂的低温裂化过程中，碳阳离子反应机理占主导地位。碳阳离子机理和自由基机理在双酸性中心沸石催化剂中温裂解过程中起着重要作用。三、催化裂化的影响因素与催化裂化相似，影响催化裂化的因素主要包括以下四个方面：原料组成、催化剂性能、操作条件和反应设备。3.1原料油性质的影响一般来说，原料油的氢碳比和特征因子K越大，催化裂化焦油处理方案1饱和含量越高，BMCI值越低，裂化低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯等)的产率越高。)；原料的残炭值越高，硫、氮和重金属的含量越高，低碳烯烃的产率越低。当使用所有民族的烃作为裂化原料时，低碳烯烃产率的顺序通常是烷烃环烷烃异链烷烃芳烃。3.2催化剂的性质催化裂化催化剂分为金属氧化物裂化催化剂和沸石分子筛裂化催化剂。催化剂是催化裂化过程中影响产品分布的重要因素。裂化催化剂应该具有高的活性和选择性，不仅要保证在裂化过程中产生更多的低碳烯烃，而且要使氢气、甲烷和液体产物的产率尽可能低，同时应该具有高的稳定性和机械强度。对于沸石分子筛裂化催化剂，分子筛的孔结构、酸性和粒度是影响催化效果的三个最重要的因素。对于金属氧化物裂化催化剂，催化剂的活性组分、载体和添加剂是影响催化作用的最重要因素。3.3运行条件的影响操作条件对催化裂化的影响与催化裂化相似。高压法连续分离以轻柴油为裂解原料的裂解气原料的雾化效果和气化效果越好，原料油的转化率越高，低碳烯烃的收率越高。反应温度越高，溶剂油比越大，原料油的转化率和低碳烯烃的产率越高，但焦炭的产率也增加。由于催化裂化的反应温度高，油气的停留时间不宜过长，以免发生过多的二次反应。反应压力的影响相对较小。理论上，催化裂化应采用高温、短停留时间、大蒸汽量和大溶剂油比，以达到低碳烯烃的最大收率。3.4石蜡基原料的裂解效果优于环烷基原料。因此，大多数催化裂化工艺使用石蜡基馏分或重油作为裂化原料。针对环烷基原料，特别是从加拿大油砂沥青中提取的馏分油和加氢馏分油，重油国家重点实验室沈建建教授开发了一种专用裂化催化剂。初步评价结果表明，乙烯和丙烯的总收率接近30 wt%。四.催化裂化工艺简介烃类催化裂化的研究已经有半个世纪的历史了。其研究范围包括轻烃、馏分油和重油，并开发了各种裂化技术。下面是一个简短的介绍。4.1催化裂化工艺(催化裂化工艺)该工艺由中国石化石油化工科学研究院开发。以重油为原料，用固体酸择形分子筛催化剂在温和的反应条件下进行裂化反应，生产低碳烯烃或异构烯烃和高辛烷值汽油。该工艺借鉴了流化催化裂化技术，采用催化剂的流化、连续反应和再生技术，实现了工业化。DCC工艺有两种操作模式 DCC-1和DCC-2。DCC-1采用相对苛刻的操作条件在提升管密相流化床反应器中进行反应，以生产最大量的主要由丙烯组成的气态烯烃；DCC-II使用温和的操作条件在提升管反应器中反应，以生产最大量的小分子烯烃如丙烯、异丁烯和异戊烯，同时生产高辛烷值和高质量的汽油。4.2催化热裂解工艺(CPP工艺)该工艺是中国石化石油化工研究院开发的生产乙烯和丙烯的专利技术。在传统催化裂化技术的基础上，以蜡油、掺渣油的蜡油或常压渣油等重油为原料，采用提升管反应器、特制催化剂和流化催化剂输送的连续反应-再生循环操作方式，在比蒸汽裂化温和的操作条件下生产乙烯和丙烯。连续生产工艺是在催化裂化催化裂化工艺的基础上发展起来的。其关键技术是通过工艺和催化剂的进一步改进，将其目标产品从丙烯转化为乙烯和丙烯。4.3重油直接裂解制乙烯(HCC工艺)该工艺由洛阳石化工程公司炼油研究所开发。它是一种直接裂解重油生产乙烯，同时生产丙烯、丁烯和轻质芳烃的催化裂解工艺。借鉴成熟的重油催化裂化工艺，采用流化“反应-再生”技术，利用提升管反应器或下行反应器实现高温短接触的工艺要求。4.4其他催化裂化工艺如催化蒸汽热裂解工艺(反应温度一般很高，在800左右)、THR工艺(日本东洋工程公司开发的重油催化转化和催化裂解工艺)、快速裂解技术(斯通韦伯斯特公司和雪佛龙公司联合开发的一套催化裂解烯烃生产工艺)等。五、催化裂化工艺流程5.1设备形式催化裂化装置的核心设备是反应器和再生器，常见的形式是同轴并联。同轴型是指反应器(沉降器)和再生器设备中心在一个垂直轴上，两个设备连接成一个整体。它的优点是节能、节省空间和制造材料。其缺点是设备过于集中，施工、安装、检查和维护不方便。并联型是指反应器和再生器在空间上平行布置，相对独立，占用空间稍多，支撑钢结构的成本也相应较高。其优点是设备交叉少，内部空间大，安装、检查和维护方便，过程介质对设备形状的影响小，流体相对规则，在大型设备中应用较多。5.2主要反应过程5.2.1反应部分原料通过对称分布的物料喷嘴进入提升管，并喷洒燃油加热。在上升过程中，原料在高温和催化剂的作用下开始反应分解。原料进入反应器下部的气体汽提段，被汽提蒸汽提升进入反应器上部反应分解。反应油气和催化剂的混合物进入反应器顶部的旋风分离器(通常为多组)。经过两级分离后，油气进入集气室，通过油气管道输送到分馏塔底进行分馏。分离出的催化剂从旋风分离器底部的翼阀排出，到达反应器底部，通过斜管进入再生器底部的燃烧罐中5.2.2再生部分在再生器阶段，由于反应过程中油焦粘附在表面，催化剂的活性降低，因此必须进行再生处理。首先，主风机将压缩空气送入辅助燃烧室进行高温加热，通过辅助烟道经主配气管进入再生器烧焦罐底部，来自反应器的催化剂在高温大流量主空气的作用下被加热。同时，燃料通过分布在再生器壁上的燃料喷嘴喷射，以调节反应温度。这样，附着在催化剂表面的油焦将在高温下燃烧并分解成烟气，烟气和催化剂的混合物将继续上升并进入再生器继续反应，油焦未能充分反应的催化剂将通过循环斜管重新进入烧焦罐进一步处理。最后，烟气和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，烟气进入集气室合并后排入烟道，催化剂进入再生斜管送至提升管。5.2.3烟气利用再生器排出的烟气一般通过三级旋风分离器再次分离回收，高温高速烟气主要有两路。首先，烟气进入烟机，带动烟机转动，带动发电机或鼓风机；其次，进入余热锅炉进行余热回收，最后废气通过工业烟囱排出。催化裂化和催化裂化的区别在一定程度上，催化裂化是在催化裂化的基础上发展起来的，但两者之间有明显的区别，具体如下：1.不同的目的催化裂化的目的是生产轻油产品，如汽油、煤油和柴油，而催化裂化的目的是生产基本的化工原料，如乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯。2.不同的原材料催化裂化的原料通常是减压馏分、焦化蜡油、常压渣油和与减压渣油混合的减压馏分。催化裂化的原料范围比较广，可以是催化裂化原料、石脑油、柴油、C4和C5轻烃等。3.不同的催化剂用于催化裂化的催