重油催化裂化基础知识

重油催化裂化基础知识广州石化总厂炼油厂重油催化裂化车间编一九八八年十二月第一章 概 述第一节 催化裂化在炼油工业生产中的作用催化裂化是炼油工业中使重质原料变成有价值产品的重要加工方法之一。它不仅能将廉价的重质原料变成高价、优质、市场需要的产品，而且现代化的催化裂化装置具有结构简单，原料广泛（从瓦斯油到常压重油），运转周期长、操作灵活（可按多产汽油、多产柴油，多产气体等多种生产方法操作），催化剂多种多样，（可按原料性质和产品需要选择合适的催化剂），操作简便和操作费用低等优点，因此，它在炼油工业中得到广泛的应用。第二节 催化裂化生产发展概况早在1936年美国纽约美孚真空油公司（SoCony vacu um co、）正式建立了工业规模的固定床催化裂化装置。由于所产汽油的产率及辛烷值均比热裂化高得多，因而一开始就受到人们的重视，并促进了汽车工业发展。如图所示，片状催化剂放在反应器内不动，反应和再生过程交替地在同一设备中进行、属于间歇式操作，为了使整个装置能连续生产，就需要用几个反应器轮流地进行反应和再生，而且再生时放出大量热量还要有复杂的取热设施。由于固定床催化裂化的设备结构复杂，钢材用量多、生产连续性差、产品收率及性质不稳定，后为移动床和流化床催化裂化所代替。第一套移动床催化裂化装置和第一套流化床催化裂化（简称FCC装置都是1942年在美国投产的。原料烟气空气原反应产物料固定床反应器空气再生器反应器烟气空气原料反应产物移动床反应器移动床催化裂化的优点是使反应连续化。它们的反应和再生过程分别在不同的两个设备中进行，催化裂化在反应器和再生器之间循环流动，实现了生产连续化。它使用直径约为3毫米的小球型催化剂。起初是用机械提升的方法在两器间运送催化剂，后来改为空气提升，生产能力较固定床大为提高、产品质量也得到了改善。由于催化剂在反应器和再生器内靠重力向下移动、速度很缓慢，所以对设备磨损很小，但移动床的设备仍较复杂，耗钢量仍较大，特别是处理量在80万吨/年以上的大型装置、移动床远不如流化床优越。因此现代的大型催化裂化装置都是采用流化床。流化催化裂化（FCC）的优点是：原料选择范围比较宽、主要产品汽油的收率和质量都比较高，装置处理量大，经济上更有利，热能的利用比较合理和设备的结构比较简单，工艺过程简单，操作容易灵活性大。四十多年来，FCC开发了很多型式。但按反应器和再生器的相对位置和结构的不同分为两大类：其一是反应器和再生器处于分开位置的并列式。早期的并列式大多是两器布置在一个水平上，称为同度并列式。六十年代后期，由于分子筛催化剂的应用，提升管反应器得到很大发展，为了满足提升管长度的要求，大多采用高低并列式。反应器位置较高，再生器位置较低，另一类是反应器和再生器重叠在一起的同轴式。并列式可以埃索公司五十年代初期的型FCC装置为代表。这种型号的装置共建了40套。它是由四十年代的、和型装置发展起来的。型FCC装置是FCC最初的一种工业化型式，于1942年5月在美国巴吞鲁（Ba ton ROUge）炼油厂首次建成投产，处理能力为65万吨/年。以后又陆续建成了两套。型属于上流式，装置有上流式反应和再生两大部分。系统内所有循环的催化剂都是自下而上地通过反应器和再生器，反应时，催化剂，反应产品和烟道气一起从反应器顶部出来。这样类型的装置有许多缺点，例如：催化剂输送管线过长，压力降比较大；催化剂的粉碎严重，损失较大；装置过高，达60m，比较笨重；操作弹性小，只能加工轻质原料等，由于有这么多缺点，所以型装置很快就改进为型装置。型FCC装置属于下流式。第一套型FCC装置于1944年投产，陆续建成31套。与型FCC装置相比，其主要改进是：（1）、催化剂由反应器和再生器的西部引出，因此简化了催化剂的输送系统。（2）、反应器和再生器中保持密相床层。（3）、催化剂的输送由滑阀来控制。（4）、装置的高度由型60米降低到50-55米，因而节约了钢材和投资。型FCC装置又是型FCC的改进型式，第一套与1947年建成投产，其特点如下：（1）、再生器的操作压力比、型再生的操作压力为10-30千帕（表），而反应器的操作压力为80-120千帕（表），因此为了 防止油气倒窜，再生器的位置就得比反应器高得多，才能保证再生器的立管有足够的压头（立管长23-25米）。在型设计中，自动控制和滑阀结构有较大的改进，可使再生器的操作压力提高，并和反应器的操作压力相接近。这样，两器就可以并列地放置在高度差不多相同的位置上，因此型的高度就由型的50-55米，降低到37-40m。这不仅可以节约钢材，而且也给操作和检修带来很多方便。（2）、反应器和再生器内的旋风分离器，由型的一级改为二级，同时，由于采用了微球催化剂，旋风分离器的效率大大提高，这样就可以取消除尘器。型FCC装置第一套于1951年投产。其所需的钢材和投资比型节省20%，主要特点如下：（1）、催化剂由U型管密相输送。（2）、反应器和再生器之间的催化剂循环、主要由改变U型管两端的催化剂密度来调节，不像、型靠滑阀来调节。（3）、由反应器输送到再生器的催化剂，不是通过再生器的分布板、而是直接由密相提升管送入分布板上的流化床，因此可以减少分布板的腐蚀。同轴式FCC装置可以凯洛格公司的正流式A、B和C等三种型式为代表。环球油品公司烟囱式的FCC也是同轴式的一种。第一套A型正流式FCC装置于1951年在加拿大建成，处理能力为15万吨/年。同年在美国的庞卡成（POnCa city）建成第二套，处理能力41.7万吨/年。以后又陆续建成了四套。使这种型式的FCC装置总数达到6套，A型正流式的装置特点是：（1）、反应器位于再生器顶部，催化剂输送管线全在两器之内。（2）、提升管和立管中的催化剂流量都是由塞阀控制。（3）、反应器的旋风分离器只有一级。（4）、反应器的操作压力为70-90千帕（表），再生器的操作压力为120-130千帕（表）。由于再生器的压力比较高，当时又没有考虑发到烟道气能量回收的问题，故主风机动力消耗比较大，这是A型FCC装置的主要缺点之一。第一套B型正流式FCC装置于1953年末投产，以后又陆续兴建了这种型式的装置总计15套。B型和A型FCC装置的主要差别是B型的再生器装在反应器之上，操作压力比较低，为50-60千帕（表），动力消耗比较省。第一套C型正流式FCC装置于1963年投产，在美国石油公司（AneriCan oiIco）德克萨斯炼油厂。处理能力为247.9万吨/年。这样装置共建成10套，其主要特点是：（1）、反应器装在再生器之上；增设了一氧化碳锅炉和气体透平，为回收烟道气的余热和动力。（2）第一次采用两根提升管，将新鲜原料和回炼油分别在提升管内进行选择型的裂化。属于同轴式的环球油品公司的烟囱式FCC装置共建成套。第一套这样的FCC装置于年投产。这种装置的反应器位于再生器之上。待生催化剂通过外部的汽提，经过蒸汽汽提后，流过外部的立管和滑阀，进入再生器。再生催化剂也是经由外部的提管和滑阀送入反应器的。催化剂的循环量靠滑阀来调节。相对来说我国对催化裂化技术的开发、应用起步较晚主要因为五十年代中国一直被世人认为是贫油国，当时我国的石油及石油产品主要依靠从苏联进口，进入六十年代以后，由于大庆油田的开发、原有产品大幅度上升，达到自给自足。1961年，国家科委组织各有关部部委根据世界先进炼油技术的发展趋势，制定了五个炼油工业的重点攻关项目，被称为“五朵金花”、催化裂化为其中的“朵”，在全国各部门的协作努力下，1965年5月在抚顺二厂建成了我国第一套年处理为60万吨的流化催化裂化装置，目前已建成大小30余套装置。催化裂化技术的发展与催化剂的不断改进和提高也是分不开的。最初固定床所用的催化剂是经过活化处理的天然白土、质量很差。1940年开始采用工人合成的硅酸铝催化剂。流化床所用的催化剂，先是由小球催化剂磨碎成不规则形状的细粉，以后出现了微球状催化剂。到1964年又制成了质量更好的分子筛催化剂，这样，由于催化剂的发展，使催化裂化的优越性又大为提高。与此同时，流化床催化裂化工业装置逐渐推广采用提升管反应器，代替原来的床层反应器，采用高温短接触，以充分发挥分子筛催化剂的特点，并克服了床层反应的特点，使装置改造后生产能力大幅度增加，汽油产率显著提高，产品质量也得到进一步改善。第二节 催化裂化的主要特点1、催化剂需不断地再生催化裂化是靠催化剂的作用在一定温度（460530）条件下，使原料油经过一系列化学反应，裂化成轻质油产品，流化催化裂化的催化剂是固体。原料油在与催化剂接触反应时，总是要生成一些焦炭，沉积在催化剂表面上，并且很快地使催化剂失去活性。因此，必须不断地空气把沉积在催化剂表面上的焦炭烧掉，以恢复它的活性，这个步骤叫做催化剂再生。再生过程催化剂又可用来继续进行裂化反应。这种不断地循环反应和再生的过程是催化裂化产生装置的主要部分。热裂化是不用催化剂而完全靠把原料油加热到一定的高温进行裂化的。这两种裂化方法的化学原理有根本的区别，生产操作条件和设备也很不相同。正因为催化裂化用了催化剂，而使它具有许多超过热裂化的显著优点。2、产品质量好催化裂化所产生汽油辛烷值高，可达80（马达法）以上安定性也比较好、适于作高压缩比汽油发动机（如高级小轿车）的燃料不宜发生炸震现象，耗油少而岀大力。催化裂化汽油经过适当的精制还能作航空汽油的基础油。催化理化柴油含芳烃多，十元烷值比直馏柴油低，用作油品发动机燃料，常常需要和直馏柴油等调合使用。但是它所含的芳烃如果用抽提方式分离出来是石油化学工业的宝贵原料。用催化裂化柴油深度加氢还可以生产大比重优质喷气机燃料。3、轻质油和石油化工原料高催化裂化的汽油、柴油产率一般总共可达80%左右，比热裂化高得多，热裂化只有65-70%。此外，催化裂化还生产大量的液化气，它是丙烷丙烯和丁烯丁烷的混合物，一般产率为10%左右，高的可达20%以上。其中含有大量丙烯和丁烯，合计约占液化气的70%（wt），即占原料油的70%左右，其中丙烯产率约为3%，而混合丁烯的产率约为4%，它们是宝贵的石油化工原料，可以生产合成橡胶，合成纤维，合成树脂等合成产品和各种有机溶剂等。如果一座年处理量为120万吨的催化裂化装置，所产的丙烯都用于生产晴纤维时，则可以产人造毛二万四千吨，丙烯可以生产聚丙烯塑料，环氧树脂、异丙醇、丁醇、辛醇、丙酮等重要的化工产品；正丁烯和正丁烷经脱氢生产的丁二烯是合成各种橡胶的主要原料，正丁烯还用可以生产仲丁醇和甲乙酮等溶剂；液化气中分离岀的异丁烯也是宝贵的化工原料，可以生产聚异丁烯，能作橡胶，也可制成润滑油的添加剂。异丁烯和各种丁烯一起经烷基化能生产工业异辛烷，是制取航空汽油和高级车用汽油所需的高辛烷值组分。100吨催化裂化原料可生产34吨工业异辛烷，即等于提高汽油生产率34%。催化裂化干气可以作合成氨的原料，它含有一部分乙烯，干气经次氨化法可以制取环氧乙烷，再进一步生产乙二醇、甘醇和乙醇胺等重要的化工产品。有此可见，催化裂化不仅是生产发动机燃料轻质石油产品的重要炼油装置，而且可生产大量的石油化工原料。这一点是加氢裂化方法所不可比拟的。4、装置开工周期长工业生产装置合理地延长开工周期，对于增加有效生产时间从而提高产品，降低成本是非常重要的。热裂化装置在生产中由于不可避免的付反应生焦现象，反应炉管总是不断地结焦。当结焦达到一定的厚度，就必须停工烧焦（除焦），所以热裂化装置的开工周期受炉管结焦的限制，一般不超过一年，催化裂则不受这种限制，只要采取适当措施使设备的磨损和磨蚀速度减慢，并经常保持操作正确和平稳，就能够延长开工周期。催化裂化装置的开工周期一般能达二年左右，现在世界上流化催化裂化装置最长的开工周期是六年。第三节 催化裂化工业装置的组成部分催化裂化生产装置主要由四个系统组成，（本节主要针对我们RFCC装置进行阐述）即：反应再生系统，分馏系统，吸收稳定系统和能量回收系统，其关系如图，各个系统的任务和所包括的内容简述如下：能量回收反应/再生原料分馏吸收稳定产品产品1、反应再生系统反应再生系统是本装置的重要组成部分。预先经过加热的原料油通过提升管反应器变成反应产物，即各种产品的混合气体，再送到分馏系统处理，反应过程中生产的焦炭沉积到催化剂上不断地被送入两个再生器进行催化剂再生，在再生器中采用强制通风将沉积在催化剂上炭烧掉，烧焦放出的热量使催化剂及通入的风的温度均大大提高，催化剂带出的热量提供了反应所需的热量，高温空气则送去能量回收系统。反应系统还包括催化剂的加料和卸料系统以及原料油的进行最后预热所用的加热炉。2、分馏系统分馏系统的任务是把反应器送来的产物，油气混合物进行冷却并分成各种产品，使产品的主要性质合乎规定的质量标准。主要设备是分馏塔。分馏塔顶分出粗汽油和最轻的气体部分（叫做富气），都送到吸收稳定系统进一步处理，而其中部和底部分别岀轻柴油及油浆产品。分馏系统还包括产品的热量回收系统（即换烈系统），把各个产品带出的热量先通过换热器以预热原料油，然后才经冷却器降至较低的温度送出装置。3、吸收稳定系统吸收稳定的任务是进行富气的分离和使汽油质量最后合乎要求，它包括富气压缩机，解吸塔，一、二级吸收塔、稳定塔、及含氰污水水解塔几个部分。富气首先经压缩机升高压力后送到吸收塔并在塔顶分出干气，其余去稳定塔分出液化气和稳定汽油，粗汽油先进吸收塔作吸收油用，后在稳定塔分出，称为稳定汽油、达到蒸汽压指标合格。在生产操作中这三个系统是紧密相联的整体。反应再生系统是“龙”“头”，部分操作的变化会很快地反映和影响到分馏和吸收稳定系统，而后两