石油炼制工程第8章-催化裂化PPT

1、主讲教师：刘英杰 石油化工学院,石 油 炼 制 工 程,常减压蒸馏,一次加工,油品精制,第八章 催化裂化过程,第一节 概 述,燃料生产中一个重要的问题,重质油轻质化 将原油中的重质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品,催化裂化最重要的二次加工手段 焦化 只适合加工VR； 加氢裂化 技术先进，产品收率高，质量好，但设备投资大，操作费用高，H2来源有困难；,中国汽油70.0%来自催化裂化，美国32.0%来自催化裂化。,1911年,Burton热裂化，印第安纳标准石油公司,热裂化：,1890年,Gulf公司M.AFEE，发现Al2O3（催化剂昂贵、无法回收） 1927，法国工程师Houdry，1）以白土

2、（SiO2、Al2O3、Fe2O3）做裂化催化剂，降低成本；2）空气烧掉焦炭解决催化剂回收问题； 1922年，美孚石油公司引进Houdry，成立Houdry Process Co.，于1936年建成第一套固定床催化裂化装置，1943年又建成移动床催化裂化（50万吨/年，轻油收率70%以上）,催化裂化：,一、FCC发展概况,印第安纳标准石油公司联合其他石油公司（新泽西、法本（德国）、凯洛格等几家公司，后来加上英国石油、英荷壳牌、德士古、环球油品），成立了催化剂研究协会，于1941年开发了流化催化裂化FCC，先后发展出I、II、III、IV型FCC装置，最终淘汰了移动床 50年代，60年代，UOP

3、公司（环球油品）合成Y型分子筛，分子筛的出现，促进了提升管FCC技术的发展，如UOP的高低并列提升管等,热裂化：,一、FCC发展概况,一、FCC发展概况,结构复杂 连续性差,生产连续、产品性质稳定,生产连续、产品性质稳定、设备简化、处理量大,分子筛催化剂：活性高、选择性好,Cat：3-6mm,Cat：20-100m,一、FCC发展概况,天然的活性白土 （硅酸铝）,人工合成的硅酸铝 （移动床：36mm； 流化床：20100m）,分子筛,60年代，已引进18套热裂化装置 50年代开始搞催化，主要从苏联购买；研究机构如大化所、石油大学、石科院等，专家如侯祥麟、陈俊武等， 1965年，我国第一套60万

4、吨/年同高并列FCC装置，在抚油二厂，陈俊武主持设计，洛阳石化 1966年，我国第一套120万吨/年的带U型管反的三器FCC装置，齐鲁胜利炼油厂，陈俊武主持设计，洛阳石化 1977年，我国第一套12万吨/年提升管FCC装置，玉门炼厂，陈俊武主持设计，洛阳石化,中国：,一、FCC发展概况,烃类在催化剂表面发生反应,催化剂活性下降,催化剂恢复活性,二、FCC原料和产品,二、FCC原料和产品,馏分油,P: 0.2-0.4 MPa, T: 500 左右,催化剂,重质油,催化裂化的描述,气体(H2+C1C4),汽油(C5-C12),柴油(C13-C23),油浆(C24),焦炭,1020% C3C4多，烯

5、烃含量高,3060% ON高，RON可达90左右,20%40% CN较低，需调和或精制,010%,5%10% C:H=1:0.31,一、FCC原料和产品,产品,一、FCC原料和产品,原料,一、FCC原料和产品,原料,第八章 催化裂化过程,第二节 烃类的催化裂化反应,一、单体烃的催化裂化反应 二、石油馏分的催化裂化反应特征 三、渣油的催化裂化反应 四、烃类催化裂化反应的热力学特征 五、烃类催化裂化反应动力学规律,一、单体烃的催化裂化反应,1）烷 烃主要发生分解反应,烷烃 小分子烷烃小分子烯烃,多从中间的C-C键断裂，分子越大越易断裂。 碳数相同，异构烷烃比正构烷烃易分解。,1、各类单体烃的反应行

6、为,一、单体烃的催化裂化反应,2）环烷烃,分解反应,脱氢反应,异构化反应,断环：生成烯烃，烯烃可继续反应。,断侧链,一、单体烃的催化裂化反应,3）芳 烃,一、单体烃的催化裂化反应,4）烯 烃,分解反应,异构化反应,氢转移反应,芳构化反应,一、单体烃的催化裂化反应,4）烯 烃,异构化反应,骨架异构化,双键移位,一、单体烃的催化裂化反应,4）烯 烃,（烯烃） （环烷） （烷烃） （芳烃）,（烯烃） （烯烃） （烷烃） （芳烃）,氢转移反应烯烃参与，生成富氢饱和烃及缺氢产物,一、单体烃的催化裂化反应,4）烯 烃,芳构化反应通过连续脱氢，环化生成芳烃,一、单体烃的催化裂化反应,原料 中间物 产物,烷烃

7、&异构烷烃 烷烃,裂化,环烷烃 烯烃,芳香烃,烯烃,异构烯烃,芳香烃,焦炭,裂化,缩合,聚合,芳构化,异构化,裂化,各种烃类催化裂化反应网络示意图,H-转移,裂化,一、单体烃的催化裂化反应,辛烷值大小顺序：芳烃、异构烯烃异构烷烃、烯烃环烷烃正构烷烃,1）什么是正碳离子？ 2）正碳离子的形成 3）正碳离子的反应过程 4）催化裂化反应的特点,烃类的催化裂化反应遵循正碳离子反应机理,对比：自由基机理,2、烃类催化裂化反应机理,一、单体烃的催化裂化反应,来源：一个烯烃分子获得一个氢离子而生成，如：,正碳离子的稳定性强弱顺序为： 叔正碳离子仲正碳离子伯正碳离子,1）什么是正碳离子？,一、单体烃的催化裂化

8、反应,（1）烯烃与质子酸（H+）作用,（2）芳烃与质子酸（H+）作用,（3）烷烃在非质子酸中心脱去H-,2）正碳离子的形成,一、单体烃的催化裂化反应,（1）正十六烯从催化剂表面或已生成的正碳离子获得一个H+而生成正碳离子：,3）正碳离子的反应过程,一、单体烃的催化裂化反应,（2） 大的正碳离子不稳定，容易在位置上断裂：,（3）生成的正碳离子是伯正碳离子，不稳定，易于变成仲正碳离子，然后又接着在位置上断裂：,一、单体烃的催化裂化反应,（5）正碳离子将H+还给催化剂，本身变成烯烃，反应终止，例如：,（4）氢或烷基转移的异构化反应，是催化裂化特有反应：,一、单体烃的催化裂化反应,此外，对带有烷基侧链

9、的芳烃反应历程可以描述成：,断裂的位置在烷基侧链与苯核连接的C-C键上,+,一、单体烃的催化裂化反应,（1）正碳离子分解时不生成比C3、C4更小的正碳离子，因此裂化气中含C1、C2少， C3、C4 多；,（3）具有叔碳离子的烃分子易于生成正碳离子，因此异构烷烃或烯烃、环烷烃和带侧链的芳烃的反应速率高。,（4）正碳离子反应通过催化剂供H+，而不像热反应通过自由基进行反应，大大降低了活化能，提高了反应速率。 等等,4）催化裂化反应的特点,一、单体烃的催化裂化反应,认识FCC反应与热裂化反应的区别,烷 烃,一、单体烃的催化裂化反应,烯 烃,认识FCC反应与热裂化反应的区别,一、单体烃的催化裂化反应,

10、环烷烃,认识FCC反应与热裂化反应的区别,一、单体烃的催化裂化反应,认识FCC反应与热裂化反应的区别,带烷基侧链（C3）的芳烃,一、单体烃的催化裂化反应,二、石油馏分的催化裂化反应,油气：气相,催化剂：固相,气-固非均相反应,二、石油馏分的催化裂化反应,FCC反应特征一： 各类烃之间存在着竞争吸附和反应的阻滞作用。,FCC反应特征二： 复杂的平行顺序反应。,二、石油馏分的催化裂化反应,原料油气,反应产物,二、石油馏分的催化裂化反应,烃类在催化剂表面上的吸附能力： 稠环芳烃稠环环烷烃烯烃单烷基侧链的单环芳烃环烷烃烷烃,烃类在催化剂表面上的反应速度： 烯烃大分子单烷基侧链的单环芳烃异构烷烃及环烷烃

11、小分子单烷基侧链的单环芳烃正构烷烃稠环芳烃,二、石油馏分的催化裂化反应,对生产有何指导意义？,含较多的稠环芳烃原料的处理！ （芳香基原料、催化裂化循环油或油浆）,反应特征一：各类烃之间存在着竞争吸附和反应的阻滞作用。,二、石油馏分的催化裂化反应,催化裂化工艺流程图,二、石油馏分的催化裂化反应,烧焦罐,再生器,沉降器,双提升管催化裂化技术,2011年国家科学技术进步奖二等奖,二、石油馏分的催化裂化反应,反应特征二：复杂的平行顺序反应。,对生产有何指导意义？,反应深度对产品产率分布有重要影响！,馏分油,汽油,气体,焦炭,二、石油馏分的催化裂化反应,二、石油馏分的催化裂化反应,提升管反应终止（控制）

12、技术,胜利油田石化总厂60万吨/年重油催化裂化装置应用情况,二、石油馏分的催化裂化反应,多产异构烷烃催化裂化技术,2006年国家科学技术进步奖二等奖,第二反应区： 温度适中，长反应时间，低重时空速,第一反应区： 高温，短接触时间，大剂油比,许友好,三、渣油的FCC反应,渣油芳香分中含有较多的多环芳烃和稠环芳烃。 我国渣油的特点：胶质含量高（50%），沥青质含量低。 VR沸点很高，在FCC提升管处与催化剂接触时不会全部汽化。所以是一个气-液-固三相催化反应。 采用不同孔径的分子筛催化剂进行渣油的FCC反应。,四、FCC反应的热力学特征,强吸热反应分解、脱氢、环化反应； 弱放热反应异构化、氢转移及

13、缩合反应。,催化裂化反应热大小与原料的组成、反应条件、转化深度及催化剂的性能等密切相关。但是主要反应分解反应，是吸热反应，且热效应较大，所以催化裂化反应总体表现为吸热反应。,反应热的表示方法,（1）以生成的汽油量或“汽油+气体”（205产物）量为基准 kJ/kg(205产物),（2）以新鲜原料为基准 一般工业条件下反应热约为300-500 kJ/kg,（3）以催化反应生成焦炭量（催化碳）为基准 一般采用数据为9127 kJ/kg 若非510，需乘以校正系数,四、FCC反应的热力学特征,催化碳=总碳-附加碳-可汽提碳 总碳再生时烧去的焦炭中的总碳量 附加碳由于原料中的残炭造成的碳。它不是由于催化

14、反应生成的，常用的计算方法是： 附加碳=新鲜原料量新鲜原料的残炭()0.6 可汽提碳吸附在催化剂上的油气在进入再生器以前未汽提干净，在再生器内和焦炭一样烧了，但实际上它不是焦炭，这种形式的焦炭中的碳称做可汽提碳。 可汽提碳=催化剂循环量0.02。,四、FCC反应的热力学特征,五、FCC反应的动力学规律,在一般的工业生产条件下，FCC反应通常表现为化学反应控制 。,裂化反应（主反应），Kp很大，不可逆，不存在化学平衡限制。,1、转化率表示催化裂化反应深度,科研和生产中：,五、FCC反应的动力学规律,1、几个基本概念,二、石油馏分的催化裂化反应,催化裂化工艺流程图,单程转化率：指总进料(包括新鲜原

15、料、回炼油、回炼油浆)一次通过反应器的转化率,总转化率：以新鲜原料为基准不考虑回炼油和回炼油浆,反映了反应条件的苛刻程度,反映了新鲜原料最终转化程度,五、FCC反应的动力学规律,回炼比：回炼油（包括回炼油浆）与新鲜原料重量之比,五、FCC反应的动力学规律,空速: 每小时进入反应器的总进料量与催化剂藏量之比。 单位：小时-1（h-1）。,2、空速与反应时间,反应时间=反应器体积/进料体积流量,五、FCC反应的动力学规律,假反应时间,提升管反应器（停留时间）：,24秒,五、FCC反应的动力学规律,剂油比：催化剂在两器之间的循环量与总进料量之比， C/O,五、FCC反应的动力学规律,2、影响FCC反

16、应速率的基本因素,五、FCC反应的动力学规律,1）Cat活性, 提高催化剂活性，反应速度提高 提高催化剂的活性还有利于促进氢转移反应和异构化反应，对提高产品质量有利。 催化剂的活性取决于它的结构和组成。,提高整个转化率(其它条件不变),提高处理能力 (转化率提高),在其它条件相同时，所得裂化产品的饱和度较高，含异构烷烃类较多,五、FCC反应的动力学规律, 活性和催化剂表面上的积炭有关 催化剂表面积炭量，活性 。 单位催化剂上焦炭量主要与催化剂在反应器内的停留时间有关。,催化剂焦炭含量还与剂油比有关,五、FCC反应的动力学规律,1）Cat活性,Cat活性提高,反应速度提高,氢转移、异构化 反应提

17、高,异构化能力强,反应时间缩短,转化率提高,汽油RON提高,产品饱和度高,处理量提高,五、FCC反应的动力学规律,1）Cat活性, 反应温度提高，其他条件不变，转化率提高,对于床层反应器，反应温度用反应器床层温度表示 对于提升管反应器，用提升管出口温度表示, 反应温度的改变可改变热裂化和催化裂化反应的比例,温度提得很高，热裂化反应严重，但主要仍是催化裂化反应,气体产品中C1和C2相对增加，产品的不饱和度增加,五、FCC反应的动力学规律,2）反应温度,八、影响FCC反应因素的分析, 反应温度对各类反应的影响不同(影响产品分布) 催化裂化是平行-顺序反应，可简化为：,一般情况下，kt2 kt1 k

18、t3，故提高反应温度，反应速度增大的程度为：V2V1V3。 同样转化率下，温度升高，气体产率升高，汽油产率下降，焦炭产率下降。,八、影响FCC反应因素的分析, 反应温度对产品质量的影响,提高反应温度，分解反应(产生烯烃)和芳构化的kt值比氢转移的kt值大，因此，前两类反应速度提高得快，汽油中烯烃和芳烃的含量升高，汽油辛烷值有所提高，但安定性变差。,一般工业装置反应温度约为460520，在我国，现阶段主要以生产柴油方案，催化裂化反应温度一般470510。,八、影响FCC反应因素的分析,FCC原料广泛，从馏分油到常压重油，到减压渣油。 族组成相似时，沸点范围越高越容易裂化。 富含芳烃的原料，裂化反

19、应缓慢，焦炭产率高，选择性差。,3）原料性质,八、影响FCC反应因素的分析,原料含残炭高,含S,N,O非烃类,重金属含量高 (Ni,V等）,再生负荷加大,催化剂性能变坏,催化剂中毒,活性下降,稳定性下降,选择性变差,产品质量下降 产品分布变差 设备腐蚀加剧,八、影响FCC反应因素的分析,4）反应压力,提高反应压力实质是提高油气分压，反应速度加快，提高生焦反应速度，使焦炭产率明显增高。 目前一般控制反应压力为0.1-0.4Mpa。,八、影响FCC反应因素的分析,以数学形式定量的、综合的描述诸多因素对反应结果的影响。,2、FCC反应动力学模型,关联模型 集总模型,八、影响FCC反应因素的分析,关联

20、模型,八、影响FCC反应因素的分析,集总模型,三集总动力学模型Weekman(1968),按馏程划分集总，未考虑原料性质，做催化剂评定用,八、影响FCC反应因素的分析,集总模型,十集总动力学模型Weekman(1976),以馏程-烃族-结构族组成划分集总，可在较宽范围内预测原料性质FCC反应影响。对优化设计和优化生产操作颇有实用价值。,八、影响FCC反应因素的分析,集总模型,十一集总动力学模型翁惠新(1985),在十集总模型基础上，将重燃料油在中的芳环组分分为单双环集总和多环芳烃集总，适应我国炼油回炼比大的国情。,翁惠新 （1941-）,第八章 催化裂化过程,第三节 催化裂化催化剂,第八章 催

21、化裂化过程,催化剂的作用： （1）促进化学反应，提高反应器的处理能力 cat能使活化能降低，提高反应速率，如石油馏分热裂化反应活化能约为210293kJ/mol，而FCC反应活化能降至42125 kJ/mol，大大提高了反应速率。,第八章 催化裂化过程,（2）选择性地促进某些反应 裂化cat不仅提高了分解、芳构化等反应速率，也提高了异构化、氢转移反应速率，改善了产品性质，如汽油的辛烷值高、安定性好。,一、催化剂的组成及结构,天然的活性白土 （硅酸铝）,人工合成的硅酸铝 （移动床：36mm； 流化床：20100m）,分子筛 （结晶型硅铝酸盐）,一、催化剂的组成及结构,催化剂酸性来源：质子酸与非质

22、子酸形成的酸中心。,一、催化剂的组成及结构,八面沸石笼 或超笼,Si 或 Al,方钠石单元,六角棱柱笼,一、催化剂的组成及结构,目前工业FCC催化剂主要有四种: 稀土（RE）金属离子(如铈、镧、镨等)置换得到的稀土-Y 型分子筛REY 型分子筛； 氢离子置换得到的 H-Y 型分子筛，置换方法是先用 NH4+ 置换 Na+，然后加热除去 NH3 即剩下 H+； 兼用氢离子和稀土元素离子置换得到 RE-H-Y 型分子筛； H-Y 型分子筛经脱铝得到的具有更高硅铝比的超稳 Y（USY）型分子筛。,目前工业上所用的分子筛催化剂中，只含有1035%的分子筛，其余的是载体。,载体的作用：,提高分子筛稳定性

23、； 热量储存和传递，热载体 增强cat的机械强度； 降低cat成本。 对重油催化裂化有重要作用！先使大分子在载体表面适度裂化，生成的较小分子再进入分子筛继续反应；载体能容纳易生焦的重胶质、沥青质，对分子筛起保护作用。,一、催化剂的组成及结构,二、催化剂的使用性能,1活性 催化剂促进化学反应的能力 微反活性：在微型固定式流化床反应器中放置 5.0g待测催化剂，采用标准原料(我国规定用大港 235337的轻柴油)，在反应温度为 460，重量空速为 16h-1，剂油比为 3.2 的反应条件下反应 70s，所得反应产物中的( 204 的汽油+气体+焦炭)质量占总进料量的百分数即为该催化剂的微反活性 (

24、MA),二、催化剂的使用性能,1活性 微反活性只是一种相对比较的评价指标，它并不能完全反映实际生产的情况。 平衡活性：实际生产中，催化剂受高温和水蒸气的作用，其活性会逐渐下降，同时由于cat会损失而需定期地或不断地补充一些新鲜cat，因此，生产中的cat活性可能维持在一个稳定的水平上，此时的活性称为“平衡活性” 分子筛催化剂的平衡活性多在6075之间。,评价催化剂促进化学反应的能力大小,二、石油馏分的催化裂化反应,催化裂化工艺流程图,二、催化剂的使用性能,2选择性 催化剂增加目的产品、减少副产品的选择反应能力 用“汽油产率/转化率”或“焦炭产率/转化率”来表示； 裂化催化剂在受重金属污染以后，

25、其选择性会变差； 分子筛催化剂的选择性优于无定型硅酸铝。,二、催化剂的使用性能,3稳定性 催化剂在使用中保持其活性的能力 指催化剂耐高温和水蒸气老化的性能，由水热处理前后活性比较来评价。,二、催化剂的使用性能,4密度 真实密度：一般为 22.2g/cm3 颗粒密度：一般是 0.91.2g/cm3 ； 堆积密度：一般为 0.50.8g/cm3 ； 催化剂的堆积密度常用来计算催化剂的体积和重量，而催化剂的颗粒密度对催化剂的流化性能有影响。,二、催化剂的使用性能,5筛分组成和机械强度,筛分组成一般要求在 2080m 之间 通常把催化剂粒度分成四个部分： 020m，2040m, 4080m，80m 4

26、080 m 约占1/2 2040 m约占1/4 80100 m约占1/4 100 m 少量 采用“磨损指数”来评价微球催化剂的机械强度。,三、裂化催化剂助剂,以添加剂形式加入到裂化催化剂中，补充某些方面的不足的作用。 1、辛烷值助剂 提高裂化汽油的辛烷值，中孔择型分子筛，如ZSM-5分子筛，可以实现选择性裂化。,正构C7C13烷烃或 带一个甲基侧链的烷烃或烯烃 （辛烷值很低）,C3C5烯烃 （辛烷值高）,三、裂化催化剂助剂,2、金属钝化剂 使催化剂上的有害金属减活，从而减少其毒害作用，常用的是钝镍剂、钝钒剂。,3、CO助燃剂 促进CO氧化成CO2，减少污染排放； 回收热量，使再生器温度有所提高

27、，提高烧焦速率，降低再生剂的含碳量，提高催化剂的活性和选择性。,第八章 催化裂化过程,第四节 裂化催化剂的失活与再生,一、裂化催化剂的失活,在反应再生过程中，裂化催化剂的活性和选择性不断下降，此现象称为催化剂的失活。 1水热失活 高温、有水蒸气存在，cat表面结构发生变化，比表面积减小、孔容减小、分子筛的晶体结构破坏。 为永久性失活,一、裂化催化剂的失活,2结焦失活 FCC反应生成的焦炭沉积在cat表面上，覆盖cat表面的活性中心，使cat活性和选择性下降； 暂时失活 结焦失活的程度与FCC反应的生焦速率密切相关。,一、裂化催化剂的失活,3毒物引起的失活 裂化催化剂的毒物主要是某些金属(铁、镍

28、、铜、钒等重金属及钠)和碱性氮化物； 重金属在裂化催化剂上的沉积会降低催化剂的活性和选择性。,镍起着脱氢催化剂的作用,钒会破坏分子筛的晶体并使催化剂的活性下降,一、裂化催化剂的失活,二、裂化催化剂的再生,通常离开反应器时cat(待生剂)上含炭约1%，对分子筛催化剂一般要求再生剂上的含炭量降到0.1%甚至0.05%以下,通过再生只能恢复催化剂由于结焦而丧失的活性，但不能恢复由于结构变化及金属污染而引起的失活,催化剂的再生过程决定着整个装置的热平衡和生产能力,二、裂化催化剂的再生,再生催化剂要求 含炭0.5% REY型：0.2% USY型：0.05%,待生催化剂 含炭约1%,二、裂化催化剂的再生,

29、1再生反应和再生反应热,用空气烧去焦炭的过程称为催化剂再生； 再生反应是强放热反应，热效应相当大，足以提供本装置热平衡所需要的热量，还可以提供大量的剩余热；,二、裂化催化剂的再生,2.影响烧焦速率的主要因素 再生温度 硅铝催化剂再生温度一般不超过600，沸石分子筛再生温度在650700，使用高温完全再生技术时，提高到720。 氧分压再生压力 氧分压为再生器操作压力与再生气中氧浓度的乘积。 提高氧分压的方法： a. 提高再生器压力就可以提高氧分压 b. 提高过剩氧浓度 提升管催化裂化的再生压力为0.240.38MPa,二、裂化催化剂的再生, 催化剂含碳量 催化剂的含碳量越高，烧焦速度越快，但再生

30、的目的就是降低再生催化剂的含碳量，所以操作上不可能用提高再生剂含碳量的方法来加快烧焦速度。 再生器催化剂藏量 再生器催化剂藏量增加，则停留时间增加，烧焦程度深，但要求再生器尺寸增大，限制了烧焦能力。,第八章 催化裂化过程,第五节 流态化基本原理,一、流化床的形成与流态化区域,Umf：起始（临界）流化速度 Ut： 带出（终端）速度,颗粒流化可根据气速分成三阶段： 固定床阶段，uut,二、气-固流态化域,根据表观气速不同，床层可以分为几种不同的流化状态: 固定床 散式流化床 鼓泡流化床 湍动床 快速床 输送床,二、气-固流态化域,郭慕孙 （1920-2012）,二、气-固流态化域,散式流化床,气力

31、输送,鼓泡床,湍动床、快速床,三、提升管中的气-固流动（垂直管中的稀相输送）,工业装置中，提升管入口线速一般采用4.57.5m/s,提升管出口气体线速增大到818m/s 催化剂的滑落 催化剂颗粒在提升管中是被油气携带上去的，其上升速度总是要比气体速度低些，这种现象称为催化剂的滑落。 气体线速度uf与催化剂线速度us之比则称为滑落系数,四、催化剂的循环,FCC反应器和再生器间必须有大量的cat循环，cat周期性地反应和再生，以维持其平衡活性，还起到取热和供热的热载体作用 能否实现稳定的cat循环，是FCC装置设计和生产的关键问题 FCC装置的cat循环为密相输送，采用斜管或立管输送的,第八章 催

32、化裂化过程,第六节 催化裂化工艺过程,一、催化裂化工艺流程,三大系统： 反应-再生系统、分馏系统和吸收稳定系统,催化裂化工艺流程图,待生斜管,再生斜管,一、催化裂化工艺流程,反应吸热，再生放热，催化剂为热载体； 再生烟气温度很高，流量大，应回收其化学能和热能； 在生产过程中，cat会有损失和失活，为了维持cat藏量和活性，需定期补充或置换催化剂； 保证cat在两器间按正常流向循环以及再生器有好的流化状态是FCC装置的技术关键。,一、催化裂化工艺流程,2分馏系统,过热油气 460480 ,为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流、一个至两个中段回流以及塔底油浆循环,一、催化裂化工艺流程,FCC

33、分馏塔特点：,进料是带有cat粉尘的过热油气，设脱过热段，利用循环油浆洗粉尘和脱过热； 全塔剩余热量大,且产品分馏精确度要求较易满足，塔顶回流、1-2个中段回流及油浆回流； 塔顶回流采用循环回流而不用冷回流。,进入分馏塔的油气含有相当大量的不凝气和惰性气体，它们会影响塔顶冷凝冷却器的效果； 冷回流增加分馏塔顶至富气压缩机的入口的压力降。,提高C4回收率的关键,吸收C3、C4和部分C2,回收汽油组分,C3、C4、 轻汽油组分,提高C3回收率的关键,3吸收稳定系统,同轴式,高低并列式,一、催化裂化工艺流程,再生器,催化裂化流程示意图,提升管反应器,喷嘴,一、催化裂化工艺流程,二、提升管反应器,进料

34、在喷嘴处高效雾化,新一代高效雾化喷嘴,二、提升管反应器,提升管反应器,喷嘴,出口旋分器,提升管反应器示意图,进料油在喷嘴处需高效雾化,优化反应深度，抑制二次裂化,二、提升管反应器,优化反应深度，抑制二次反应,提升管反应器,喷嘴,出 口 旋分器,提升管反应器示意图,进料油在喷嘴处需高效雾化,油气与催化剂需要快速高效分离,二、提升管反应器,提升管出口为什么要有快速分离装置? 将油气和催化剂迅速分离开，避免过度裂化和氢转移等，提高目的产品产量和质量。 导出大部分反应油气，减少沉降器内的热裂化和缩合反应，降低干气产率，减少沉降器内的结焦。 降低分离的催化剂夹带的油气。,二、提升管反应器,提升管上端的气

35、固快速分离设备。,二级旋分,二、提升管反应器,三、沉降器,沉降器防结焦：防焦蒸气,高效汽提：新型汽提段结构,提升管反应器,喷嘴,三、再生器,再生器设取热设备,再生器,提升管反应器,喷嘴,三、再生器,分布管,三、再生器,再生器主要要求有： 再生剂含炭量低，一般要求低于0.2%，甚至低于0.05%； 有较高的烧焦强度； 催化剂减活及磨损较少； 易于操作，能耗及投资少； 能满足环保要求。,高低并列的提升管FCC装置,南充炼厂FCC装置,Grassroots FCC unit under construction in Mexico,Cold flow model of Kellogg dense p

36、hase catalyst cooler,第八章 催化裂化过程,第七节 反应一再生系统工艺计算,工艺设计计算主要包括以下几部分： 再生器物料平衡，决定空气流率和烟气流率。 再生器烧焦计算，决定藏量。 再生器热平衡，决定催化剂循环量。 反应器物料平衡、热平衡，决定原料预热温度。结合再生器热平衡决定燃烧油量或取热设施。 再生器工艺计算，包括壳体、旋风分离器、分布管(板)、淹流管、辅助燃烧室、滑阀、稀相喷水等。 反应器工艺计算，包括气提段和进料喷嘴的计算。 两器压力平衡，包括催化剂输送管路。 催化剂储罐及抽空器。 其他细节，如松动点的布置、限流孔板的设计等。,例82 再生器物料平衡和热平衡计算 某提

37、升管催化裂化装置的再生器(单段再生)主要操作条件如表813。,表8-13,再生器的物料平衡：,1、燃烧计算 (1)烧碳量及烧氢量 烧碳量=11.41030.9=10.26103(kg/h) =855(kmol/h) 烧氢量=11.41030.1=1.14 103 (kg/h) =570(kmol/h) 烟气中CO2/CO(V)=1.5， 生成CO2的C为：8551.5/(1.5+1)=513(kmol/h)=6156(kg/h) 生成CO的C为： 855-513=342(kmol/h)=4104(kg/h),再生器的物料平衡：,(2)理论干空气量 碳烧成CO2需要O2量=5131=513(km

38、ol/h) 碳烧成CO需要O2量=342 1/2=171(kmol/h) 氢烧成H2O需要O2量=5701/2=285(kmol/h) 则理论需要O2量=513+171+285=969(kmol/h) =31008(kg/h) 理论带入N2量=96979/21=3645(kmol/h) =102060(kg/h) 所以理论干空气量=969+3645=4614(kmol/h) =133068(kg/h),再生器的物料平衡：,(3)实际干空气量 烟气中过剩氧的体积分数为0.5，所以 解此方程，得过剩氧量O2(过)=23.0(kmol/h)=736(kg/h) 过剩氮量=23.179/21=87(k

39、mol/h)=2436(kg/h) 所以实际干空气量=4614+23.0+87=4724(kmol/h) =136240(kg/h),再生器的物料平衡：,(4)需湿空气量(主风量) 烟气中过剩氧的体积分数为0.5% 大气温度25，相对湿度50%，查空气湿焓图，得空气的湿焓量为0.010kg(水气)/kg(干空气)。所以： 空气中的水汽量= 1362400.010=1362(kg/h)=76.0(kmol/h) 湿空气量=4724+76.0=4800(kmol/h) =480022.4=107.5103(m3/h)=1792(m3/min) 此即正常操作时的主风量。,再生器的物料平衡：,(5)主

40、风单耗,(6)干烟气量 将以上计算已知干烟气中的各组分的量相加，即得总干烟气量 总干烟气量=CO2+CO+O2+N2 =513+342+23.0+(3645+87)=4610(kmol/h) 按各组分的相对分子质量计算各组分的质量流率，然后相加即得总干烟气的质量流率为137380kg/h。,表8-14 湿烟气量及烟气组成,再生器的物料平衡：,(8)烟风比 湿烟气量/主风量(体)=5353/4800=1.12,再生器的热量平衡：,(1)烧焦放热 生成CO2放热=615633873=20852103(kJ/h) 生成CO放热=410410258=4210103(kJ/h) 生成H2O放热=1140

41、119890=13667103(kJ/h) 合计放热=38729103(kJ/h),再生器的热量平衡：,(2)焦炭脱附热 按目前工业上仍采用的经验方法计算，有 焦炭脱附热=3872910411.5=4454104(kJ/h) (3)主风由140升温至650需热 干空气升温需热=1362401.09 (650-140) =7574104(kJ/h) 式中1.09是空气的平均比热，kJ/(kg)。 水汽升温需热=13622.07(650-140)=144104(kJ/h) 式中2.07是水汽的平均比热，kJ/(kg)。,再生器的热量平衡：,(4)焦炭升温需热 假定焦炭的比热与催化剂的相同，取1.0

42、97kJ/(kg)，则有 焦炭升温需热=11.41031.097(650-470) =225104(kJ/h) (5)待生剂带入水汽需热 13002.16 (650-470)=51104(kJ/h) 式中2.16是水气的平均比热，(kJ/h)。,再生器的热量平衡：,(6)吹扫、松动蒸汽升温需热 500 (3816-2780)=52104 (kJ/h) 式中括弧内的数值分别是1MPa(表)饱和蒸气和0.142MPa(表)、650过热蒸气的热焓。 (7)散热损失 582烧碳量(kg/h)=58210260=597104 (kJ/h),再生器的热量平衡：,(8)给催化剂的净热量 =焦炭燃烧热-第(2)项至第(7)项之和 =38729104-(4454+7574+144+225+51+52+597)104 =25632104(kJ/h) (9)计算催化剂循环量G 25632104=G1031.097(650-470) 所以 G=1298(t/h),表8-15 再生器热平衡,表8-16 再生器物料平衡,例83 提升管反应器的工艺计算 1基础数据,表8-17,表8-18,表8-19,2提升管长度和直径计算 (1)物料平衡,表8-20,表8-21,(2)提升管进料处的压力、温度 压力：沉降器顶部的压力为177kPa(表)。设进油处至沉降器顶部的总压降为19.6kPa，