最新小型提升管催化裂化实验

1、小型提升管催化裂化试验一、实验目的1、了解催化裂化在石油加工过程中的重要性；2、了解催化裂化的基本原理；3、了解实验装置及流程，掌握基本操作；4、学会实验数据的记录及处理方法。二、实验原理从石油中用简单的蒸馏方法获得的汽、煤、柴油轻质燃料，在质和量两方面均不能满足人们的需要。因此，往往需将石油中的重质馏分通过催化剂的作用，在一定的温度条件下经一系列化学反应转化为轻质油品。催化裂化是重油轻质化的一个主要炼油工艺。由于轻质油的需求量大，价值高，工艺装置的建设投资相对较低，规模又较大，经济效益好，所以受到极大重视，在炼油工业中占有极其重要的地位。催化裂化反应是在催化剂表面上进行的，属于“气液固”非均

2、相催化反应。原料进入反应器后经过以下七个步骤才变成产品离开催化剂。第一步，原料分子从主气流中扩散到催化剂表面；（外扩散）第二步，原料分子沿催化剂孔道向催化剂内部扩散；（内扩散）第三步，靠近催化剂表面的原料分子被催化剂活性中心吸附，原料分子变得活泼，某些化学键开始松动；（吸附、活化）第四步，被吸附的原料分子在催化剂表面发生化学反应；（反应）第五步，产品分子从催化剂表面上脱附下来；（脱附）第六步，产品分子沿催化剂孔道向外进行扩散；（内扩散）第七步，产品分子扩散到主气流中去。（外扩散）(一)催化裂化的化学反应催化裂化过程中的化学反应并不是单一的裂化反应，而是多种化学反应同时进行。1、裂化反应催化裂化

3、过程中的主要反应是裂化反应，即CC键断裂，其反应速度较快，如：CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH2=CH-CH3+CH3CH2CH2CH3 (正庚烷) (丙烯) (丁烷)(乙基环戊烷) (2乙基戊烯1)(异丁基苯) (苯) (异丁烯)2、异构化反应异构化反应是催化裂化的重要反应，它是在分子量大小不变的情况下，烃类分子发生结构和空间位置的变化。异构化反应有以下几种情况：骨架异构化，如：(二甲基环戊烷) (甲基环已烷)(正丁烷) (异丁烷)(丁烯1) (异丁烯)双键位移，如：(丁烯1) (丁烯2)双键空间结构变化，如：(顺丁烯2) (反丁烯2)3、氢转移反应某一烃分子上的氢

4、脱下来，立即加到另一个烃分子上。如：(甲基环已烷) (甲基环已烯) (正丁烷)伴随着氢转移的反应便是大分子烯烃、环烷烃和芳烃的缩合反应，其反应结果是这些大分子不断放出氢，最终变成焦炭，沉积在催化剂表面上，使催化剂活性降低。这些焦炭的实验式在CH1.6CH0.46之间。4、芳构化反应芳构化反应是烷烃、烯烃环化生成环烷烃及环烯烃，然后进一步进行氢转移反应，不断放出氢原子，最后生成芳烃的反应过程。由于芳构化反应，使其汽油、柴油含芳烃量较多。如：(庚烯2) (甲基环已烷) (甲苯)催化裂化反应除了以上四类外，还有甲基转移反应、叠合反应和烷基化反应。（二）再生的化学反应及反应热焦炭的主要成分是碳和氢，一

5、般焦炭的含氢量为812(wt)。在再生器中烧去的焦炭包括三个部分：催化炭裂化反应产生的缩合产物，附加炭原料本身所固有的残炭转化生成的碳；可汽提炭因汽提不完全而残留在催化剂微孔内的油气。焦炭燃烧的主要化学反应式如下：C+O2CO2 放热：33913KJ/Kg-CarbonC+1/2O2CO 放热：10258KJ/Kg-Carbon2H+1/2O2H2O 放热：KJ/Kg-Hydrogen三、实验装置采用RU-II小型提升管催化裂化试验装置，其工艺流程图见下图。四、原料和催化剂1、实验原料大庆减压馏分油(即蜡油)，其性质见表1。表1 原料油的性质分 析 项 目减 压 馏 分 油密 度（g/mL）0

6、.8591馏 程 HK/2 353 10 375 30 395 50 403 70 410 90 418 KK/97 425350/500馏出 残 炭 (wt)0.09粘 度100/20 (mm2/s)5.112、催化剂取自燕山石油化工公司炼油厂工业平衡剂，型号：XP-800+XP-750，厂家：美国Grace Davison，其性质及组成见表2、表3。表2 催化剂的性质定炭活性孔体积骨架密度充气密度沉降密度压紧密度催化剂0.0758.60.282.520.76790.77810.8393表3 催化剂的组成含量Al2O3FeNaCVNiCuSbRe2O3名称(ppm)(ppm)(ppm)(w%

7、)(ppm)(ppm)(ppm)(ppm)(w%)催化剂40.4810044000.0644936894026301.22五、实验步骤1、开工前的准备(1)首先确定实验方案和操作参数。本实验的基本操作条件见表4。表4 催化裂化实验基本操作条件控 制 点参 数 值控 制 点参 数 值t1再生器上部温度 ()650t14原料油泵头温度 ()50t2再生器下部温度 ()650t15 化油箱温度 ()130t3再生器斜管温度 ()530t16 油罐油温度 ()90t4提升管底部温度 ()520p3 两器压差 (mmH2O)100100t5提升管中部温度 ()510p4汽提段压差(mmH2O)42020

8、t6提升管顶部温度 ()500p5提升管压差(mmH2O)155t7沉降器顶部温度 ()450f5 雾化水流量 (g/min)4.0t8 气提段温度 ()500f4 汽提水流量 (g/min)4.0t9 待生斜管温度 ()500再斜松动气量 (L/h)40t10 气提炉温度 ()500予提升气量 (L/h)65t11原料油预热温度 ()260待生松动气量 (L/h)40t12原料预热炉温度 ()360主风流量 (L/h)840t13原料油管线温度 ()50(2)准备好氮气源；向汽提水瓶、雾化水瓶加满蒸馏水；向柴油瓶内加满柴油；准备好裂化气采样袋三个；准备好实验所需的原料油和催化剂，并将原料油加

9、入到化油箱内的原料油桶中。(3)将气路仪表柜上“空气氮气”切换阀转向“空气”位置，打开空气总阀，调节空气减压阀使空气压力指示0.2MPa，将裂化气表和烟气表前的放空阀打开。2、加催化剂升温(1)首先合上计算机供电电源，进入微机控制系统。(2)调节气路仪表柜上转子流量计的调节阀，使其流量达到要求的刻度。(3)让待生塞阀及再生塞阀处于全关状态。(4)将实验所用催化剂过40目筛，称重8Kg，抽真空将催化剂装入装置。(5)合上装置供电空气开关，开始加热。(6)保持待生塞阀及再生塞阀处于全关状态，使催化剂在再生器中加热。(7)待提升管各个温度达到300后，将待塞阀和再塞阀控制方式调整为自动，使催化剂开始

10、循环。(8)开启制冷系统。待提升管各个温度达到稳定后，可启动雾化水泵和汽提水泵，稍后慢慢减少汽提气和雾化气直至全关，当循环稳定后将气路仪表柜上“空气氮气”切换阀转向“氮气”位置，十分钟后可准备进油。(9)打开烟气在线测量装置并进行调零。3、进油(1)首先接通电子称电源，使电子称显示为0。将融化的原料的油桶小心放在电子称上，将裂化气表和烟气表前的放空阀关闭。(2)先进柴油。将“空气重油”切换阀转向“柴油”。(3)启动油泵开始进油。待重油炉温度重新达到稳定后将提升管替油气转子流量计慢慢调至零。(4)进柴油20分钟待一切正常后，将“柴油重油”切换阀转向“重油”位置。(5)标定泵的进油量，使泵的柱塞行

11、程达到预定进油量。一般为11.5千克/小时左右。4、标定(1)放空三级冷凝油罐中的汽油。(2)标定开始，应同时完成三项操作： a.迅速关闭接油瓶上方的开关并对电子称进行清零。换完收油瓶后将开关打开。 b.记录裂化气和烟气表的数值，并打开裂化气收集管上的开关开始收集裂化气。c.开启烟气在线测量装置记录系统。(3)根据分析的需要，确定标定时间为3小时。在标定期间要采集裂化气样三次进行组成分析。(4)在标定过程中，应保持各转子流量计的气量及泵量不变，并认真如实地填写实验原始记录表。(5)标定达到终止时间，应同时完成以下三项操作： a. 记录裂化气和烟气表的数值。 b. 记录进油量。c. 关闭收油瓶上

12、方的开关，换另一个收油瓶。(6)标定结束后，用分液漏斗放出收油瓶中的水和油，分离出水后称重，即得到催化裂化液体产品的重量。5、停工(1)装置停工前将“柴油重油”切换阀转向“柴油”方向，继续进柴油20-30分钟，清洗管线中的重油。(2)慢慢开启提升管替油气调节阀，使上述气量恢复到进油前给定量后关闭油泵。待流量计的转子升起10分钟后，将“空气氮气”切换阀转向“空气”位置。(3)十分钟后慢慢开启提升管雾化气和气提气使之恢复进水前的气量，关闭水泵。(4)关闭计算机控制系统。上述各种符号所代表的意义见表1.2-4。六、产品的分析和测试1、气体产品的分析在催化裂化实验标定过程中，采集到的裂化气采用气相色谱

13、分析方法测定各物质的组成及含量。由实验1.3完成2、液体产品的分析在催化裂化实验的标定过程中，收集到的生成油样通过模拟蒸馏实验装置和实沸点蒸馏装置进行馏分切割。七、实验数据处理实验数据的处理可通过以下计算式进行：(1)焦炭产率的计算式中： C焦炭产率(m%) V烟气标定时间内所计量的烟气总量(升) Uco标定时间内对烟气实时分析，烟气中一氧化碳的体积百分含量 Uco2标定时间内对烟气实时分析，烟气中二氧化碳的体积百分含量 W标定时间内的进油总量(Kg)(2)裂化气及其各组分产率的计算已知分子量数据如下：M1(H2)2.016 M2(Air(N2)27 M3(CH4)16.042 M4(C2=)

14、28.052 M5(C20)30.368 M6(C30)44.094 M7(C3=)42.072 M8(iC40)58.120 M9(nC40)58.12 M10(反C4=-2)56.104 M11(iC4=-1)56.104 M12(nC4=-1)56.104 M13(顺C4=-2)56.104 M14(nC50)72.146M15(iC50)72.146 M16(C5+)72 各组分的百分质量产率：式中： V0裂化气标定时间内所计量的裂化气总量(升) Ai标定时间内采样分析的裂化气各组分的百分体积含量(V%) Mi各组分分子量 W标定时间内的进油总量 总C2的质量百分产率：B2W4W5 总

15、C3的质量百分产率：B3W6W7 总C4的质量百分产率：B4W8W9W10W11+ W12+W13 裂化气(小于等于C4)的质量百分产率：B5W1W3+B2B3B4(3)液体产品产率的计算： 式中： G汽油汽油的产率(m%) W标定生成油的质量(Kg) W标定的总进油量(Kg) K汽油分析液体生成油中汽油的质量百分含量(m%)式中： K柴油分析生成油中的柴油质量百分含量(m%)式中： K重油分析生成油中重油质量百分含量(m%)(4)损失的计算 损失(%)(1G汽油G柴油G重油B5C)100%(5)转化率的计算 转化率=（1-G柴油-G重油）100%(6)轻油转化率的计算： 轻油转化率=( G汽

16、油+G柴油) 100%八、思考题1、催化裂化反应类型有哪些？试举例说明。2、待生催化剂上的焦炭是怎样形成的？再生反应包括哪些？3、为什么要严格控制剂油比？4、小型提升管催化裂化实验装置主要包括哪些部件？请简要说明其流程。5、影响催化裂化反应深度的因素可能有哪些？小型提升管催化裂化试验记录表提 升 温 度 再生器温度沉降器温度原料油预热温度原料炉汽提炉温度 压 力 MPa温度沉顶 再 顶提 底提 中提 顶斜 管再 下再 上沉 顶汽 提待 斜催化剂加入量（Kg）原料泵提升管两器顶汽提段雾 化汽 提再 斜预提升待 生气升 主 风 量转速压 差压 差压 差水 重水 重松 动松 动（r/min)mmH2

17、OmmH2OmmH2Og/ming/min1/h1/h1/h1/hM3/h 烟气数据项目标定进料量油气量烟表生成油（Kg）定碳（）液体产品分析W时间（Kg）（升)（升）（V%)初值总重待生剂项目仪器色谱实沸点CO終值瓶盖再生剂汽油CO2柴油N2净值净重碳差重油O2损失转化率轻油剂油比装置液体 产品产率W% 裂化气汽油柴油重油1重油2收率收率气体（C4）（C5204）（204330）（330500） (500)焦炭单产W总计总产FCC裂化气分析一、实验目的1、FCC裂化气分析是对催化裂化试验的裂化气产物进行组成分析的必要工作，目的是测定裂化气体产物的组成及其分布，为催化裂化试验的物料衡算提供可靠

18、的数据。2、了解FCC裂化气气相色谱分析的原理，基本掌握裂化气分析的方法。3、学会色谱数据的处理方法。二、实验原理采用HP-AL/KCL石英毛细管柱分析裂化气中的小分子烃类组成，N2作载气，氢火焰离子化检测器（FID），峰面积相对摩尔校正因子归一化法进行定量计算。H2含量分析采用30.5mm，长：3m的5A分子筛填充不锈钢色谱柱，以N2作载气，热导检测器(TCD)，外标法定量。N2含量分析采用30.5mm，长：3m的5A分子筛填充不锈钢色谱柱，以H2作载气，热导检测器(TCD)，外标法定量。三、实验仪器及药品1、仪器与材料(1) 北京分析仪器厂SP3420气相色谱仪，内装HP-AL/KCL石英

19、毛细管柱。天美7890气相色谱仪，内装5A分子筛充填柱。北京分析仪器厂SP2305气相色谱仪，内装5A分子筛充填柱。(2)色谱数据工作站。2.试验用气体(1) 高纯N2、H2和空气，分别用作SP3420和天美7890气相色谱仪的载气、燃气和助燃气。(2) 裂化气标准气，烟气标准气。(3) 裂化气和烟气试样取自小型催化裂化反应实验。四、实验步骤1、取样：用专用气袋分别取原料油催化裂化实验(即实验1.2)过程中产生的裂化气和烟气样品。2、分别按各台色谱仪的操作规程和操作条件开启各台色谱仪、设置操作条件，并接通色谱数据工作站。3、待色谱仪稳定后，在SP3420气相色谱仪的HP-AL/KCL石英毛细管

20、柱上分析裂化气中的小分子烃类组成，在天美7890气相色谱仪的5A柱上分析裂化气中的H2、N2含量。5、在对应色谱柱上，进行外标定实验。五、实验数据处理1、裂化气组成计算 对裂化气中N2和H2的定量计算，可用N2、H2外标法。 按下式计算裂化气的烃类组成： xi=( Aifi /Aifi)C% 其中：xi - i组分摩尔百分数 Ai - i组分峰面积 Fi - i组分的摩尔校正因子 C%- 裂化气中烃类的总含量(即100%减去非烃组分含量)，以摩尔百分数表示。 裂化气烃类组分摩尔校正因子：组 分C10C20C12=C30C3=iC40C40摩尔校正因子4.17221.331.371.001.00

21、组 分nC4=反C4=iC4=iC50顺C4=nC50C5摩尔校正因子1.021.021.020.971.020.970.96六、思考题(1)气相色谱分析所用的色谱柱（包括固定相和固定液）和检测器的种类和选用方法。定量分析的内标法和外标法。(2)谈谈你对目前裂化气和烟气分析实验方案的改进意见。可从实验的准确性、快捷性和自动化程度上考虑。FCC裂化气分析实验记录表 指导教师签字：实验项目FCC裂化气分析实验时间实验地点实验组号学生班级学生姓名序号组分峰面积FID相对摩尔校正因子含量(%)代号名称1C10甲烷2C20乙烷3C2=乙烯4C30丙烷5C3=丙烯6iC40异丁烷7nC40正丁烷8反C4=

22、反丁烯9nC4=1-丁烯10iC4=异丁烯11顺C4=顺丁烯12i-C50异戊烷13nC50正戊烷14C5C5的烃H2（外标）N2（外标）FCC烟气分析1）MGA 5便携式在线烟气分析仪系统，由德国MRU 公司制造，配备完善的采样预处理系统和红外测量单元气室CO,NO,SO2,CO2 和催化转换测量NO2 的测量原理，长寿命的电化学传感器测量O2 单元；仪器增加了烟气温度测量和压力、差压、流速及流量测量计算。燃烧计算和报表统计，分析测量显示结果一幕了然，图文式界面，操作简单。2）连续分析的气体成分及测量原理： 一氧化碳 CO 0 1000/4000 ppm NDIR 红外传感器原理 一氧化氮

23、NO 0 - 500/2000 ppm NDIR 红外传感器原理 二氧化物 SO2 0 1000/4000 ppm NDIR 红外传感器原理 二氧化碳 CO2 0 - 20/40 % NDIR 红外传感器原理 二氧化氮 NO2 0 500 ppm 催化转换 氧气 O2 0 25.0% 电化学传感器原理3）特点和基本配置 自动测试和控制仪器软硬件功能 内置帕尔帖气体冷却器单元 采样探管手柄带内置加热金属烧结过滤器 采用全程加热采样管线，长度3 米或5 米 自动收集冷凝水通过专用的蠕动泵 仪器自动校准零点，通过三通电池阀切换 自动测量程序控制：自动测量、自动存储 大屏幕高对比度液晶显示，操作提示功能 所有测量数据一幕了然 使用者可以自定义显示和打印输出 多种类燃料类型包括自己选择的燃料自定义 可变的参比氧选择适合于排放汇报报表 差压测量功能，能够计算流速和排放流量 RS232 接口进入PC 内置数据存储约7500 组数据存储器 测量数据在PC 上实时显示