1、重油催化裂化根底知識(shí)廣州石化總廠煉油廠重油催化裂化車間編一九八八年十二月第一章概述第一節(jié)催化裂化在煉油工業(yè)生產(chǎn)中的作用催化裂化是煉油工業(yè)中使重質(zhì)原料變成有價(jià)值產(chǎn)品的重要加工方法之一.它不僅能將廉價(jià)的重質(zhì)原料變成高價(jià)、優(yōu)質(zhì)、市場(chǎng)需要的產(chǎn)品,而且現(xiàn)代化的催化裂化裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,原料廣泛從瓦斯油到常壓重油,運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、操作靈活可按多產(chǎn)汽油、多產(chǎn)柴油,多產(chǎn)氣體等多種生產(chǎn)方法操作,催化劑多種多樣,可按原料性質(zhì)和產(chǎn)品需要選擇適宜的催化劑,操作簡(jiǎn)便和操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),因此,它在煉油工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用.第二節(jié)催化裂化生產(chǎn)開展概況早在1936年美國(guó)紐約美孚真空油公司SoConyvacuumco正式建立了工業(yè)

2、規(guī)模的固定床催化裂化裝置.由于所產(chǎn)汽油的產(chǎn)率及辛烷值均比熱裂化高得多,因而一開始就受到人們的重視,并促進(jìn)了汽車工業(yè)開展.如圖所示,片狀催化劑放在反響器內(nèi)不動(dòng),反響和再生過程交替地在同一設(shè)備中進(jìn)行、屬于間歇式操作,為了使整個(gè)裝置能連續(xù)生產(chǎn),就需要用幾個(gè)反響器輪流地進(jìn)行反響和再生,而且再生時(shí)放出大量熱量還要有復(fù)雜的取熱設(shè)施.由于固定床催化裂化的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鋼材用量多、生產(chǎn)連續(xù)性差、產(chǎn)品收率及性質(zhì)不穩(wěn)定,后為移動(dòng)床和流化床催化裂化所代替.第一套移動(dòng)床催化裂化裝置和第一套流化床催化裂化簡(jiǎn)稱FCC裝置都是1942年在美國(guó)投產(chǎn)的.固定床反響器移動(dòng)床反響器移動(dòng)床催化裂化的優(yōu)點(diǎn)是使反響連續(xù)化.它們的反響和再

3、生過程分別在不同的兩個(gè)設(shè)備中進(jìn)行,催化裂化在反響器和再生器之間循環(huán)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)連續(xù)化.它使用直徑約為3毫米的小球型催化劑.起初是用機(jī)械提升的方法在兩器間運(yùn)送催化劑,后來改為空氣提升,生產(chǎn)水平較固定床大為提升、產(chǎn)品質(zhì)量也得到了改善.由于催化劑在反響器和再生器內(nèi)靠重力向下移動(dòng)、速度很緩慢,所以對(duì)設(shè)備磨損很小,但移動(dòng)床的設(shè)備仍較復(fù)雜,耗鋼量仍較大,特別是處理量在80萬噸/年以上的大型裝置、移動(dòng)床遠(yuǎn)不如流化床優(yōu)越.因此現(xiàn)代的大型催化裂化裝置都是采用流化床.流化催化裂化FCC的優(yōu)點(diǎn)是：原料選擇范圍比擬寬、主要產(chǎn)品汽油的收率和質(zhì)量都比擬高,裝置處理量大,經(jīng)濟(jì)上更有利,熱能的利用比擬合理和設(shè)備的結(jié)構(gòu)比擬

4、簡(jiǎn)單,工藝過程簡(jiǎn)單,操作容易靈活性大.四十多年來,FCC開發(fā)了很多型式.但按反響器和再生器的相對(duì)位置和結(jié)構(gòu)的不同分為兩大類：其一是反響器和再生器處于分開位置的并列式.早期的并列式大多是兩器布置在一個(gè)水平上,稱為同度并列式.六十年代后期,由于分子篩催化劑的應(yīng)用,提升管反響器得到很大開展,為了滿足提升管長(zhǎng)度的要求,大多采用上下并列式.反響器位置較高,再生器位置較低,另一類是反響器和再生器重疊在一起的同軸式.并列式可以埃索公司五十年代初期的IV型FCC裝置為代表.這種型號(hào)的裝置共建了40套.它是由四十年代的I、II和m型裝置開展起來的.I型FCCg置是FCCt初的一種工業(yè)化型式,于1942年5月在美

5、國(guó)巴吞魯BatonROUgR煉油廠首次建成投產(chǎn),處理水平為65萬噸/年.以后又陸續(xù)建成了兩套.I型屬于上流式,裝置有上流式反響和再生兩大局部.系統(tǒng)內(nèi)所有循環(huán)的催化劑都是自下而上地通過反響器和再生器,反響時(shí),催化劑,反響產(chǎn)品和煙道氣一起從反響器頂部出來.這樣類型的裝置有許多缺點(diǎn),例如：催化劑輸送管線過長(zhǎng),壓力降比擬大；催化劑的粉碎嚴(yán)重,損失較大；裝置過高,達(dá)60nl比擬笨重；操作彈性小,只能加工輕質(zhì)原料等,由于有這么多缺點(diǎn),所以I型裝置很快就改良為H型裝置.II型FCC裝置屬于下流式.第一套II型FCC裝置于1944年投產(chǎn),陸續(xù)建成31套.與I型FCC裝置相比,其主要改良是：1、催化劑由反響器和

6、再生器的西部引出,因此簡(jiǎn)化了催化劑的輸送系統(tǒng).2、反響器和再生器中保持密相床層.(3)、催化劑的輸送由滑閥來限制.(4)、裝置的高度由I型60米降低到50-55米,因而節(jié)約了鋼材和投資.m型FCC裝置又是型FCC勺改良型式,第一套與1947年建成投產(chǎn),具特點(diǎn)如下：(1)、再生器的操作壓力比I、II型再生的操作壓力為10-30千帕(表),而反響器的操作壓力為80-120千帕(表),因此為了預(yù)防油氣倒竄,再生器的位置就得比反響器高得多,才能保證再生器的立管有足夠的壓頭(立管長(zhǎng)23-25米).在m型設(shè)計(jì)中,自動(dòng)限制和滑閥結(jié)構(gòu)有較大的改良,可使再生器的操作壓力提升,并和反響器的操作壓力相接近.這樣,兩

7、器就可以并列地放置在高度差不多相同的位置上,因此m型的高度就由H型的50-55米,降低到37-40m.這不僅可以節(jié)約鋼材,而且也給操作和檢修帶來很多方便.(2)、反響器和再生器內(nèi)的旋風(fēng)別離器,由II型的一級(jí)改為二級(jí),同時(shí),由于采用了微球催化劑,旋風(fēng)別離器的效率大大提升,這樣就可以取消除塵器.IV型FCC裝置第一套于1951年投產(chǎn).其所需的鋼材和投資比II型節(jié)省20%主要特點(diǎn)如下：(1)、催化劑由U型管密相輸送.(2)、反響器和再生器之間的催化劑循環(huán)、主要由改變U型管兩端的催化劑密度來調(diào)節(jié),不像H、m型靠滑閥來調(diào)節(jié).(3)、由反響器輸送到再生器的催化劑,不是通過再生器的分布板、而是直接由密相提升

8、管送入分布板上的流化床,因此可以減少分布板的腐蝕.同軸式FCC裝置可以凱洛格公司的正流式A、B和C等三種型式為代表.環(huán)球油品公司煙囪式的FCC也是同軸式的一種第一套A型正流式FCC裝置于1951年在加拿大建成,處理水平為15萬噸/年.同年在美國(guó)的龐卡成(POnCacity)建成第二套,處理水平41.7萬噸/年.以后又陸續(xù)建成了四套.使這種型式的FCC裝置總數(shù)到達(dá)6套,A型正流式的裝置特點(diǎn)是：(1)、反響器位于再生器頂部,催化劑輸送管線全在兩器之內(nèi).(2)、提升管和立管中的催化劑流量都是由塞閥限制.(3)、反響器的旋風(fēng)別離器只有一級(jí).(4)、反響器的操作壓力為70-90千帕(表),再生器的操作壓

9、力為120-130千帕(表).由于再生器的壓力比擬高,當(dāng)時(shí)又沒有考慮發(fā)到煙道氣能量回收的問題,故主風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗比擬大,這是A型FCC裝置的主要缺點(diǎn)之一.第一套B型正流式FCC裝置于1953年末投產(chǎn),以后又陸續(xù)興建了這種型式的裝置總計(jì)15套.B型和A型FCC裝置的主要差異是B型的再生器裝在反響器之上,操作壓力比擬低,為50-60千帕(表),動(dòng)力消耗比擬省.第一套C型正流式FCC裝置于1963年投產(chǎn),在美國(guó)石油公司(AneriCanoiIco)德克薩斯煉油廠.處理水平為247.9萬噸/年.這樣裝置共建成10套,其主要特點(diǎn)是：(1)、反響器裝在再生器之上；增設(shè)了一氧化碳鍋爐和氣體透平,為回收煙道氣的

10、余熱和動(dòng)力.(2)第一次采用兩根提升管,將新鮮原料和回?zé)捰头謩e在提升管內(nèi)進(jìn)行選擇型的裂化.屬于同軸式的環(huán)球油品公司的煙囪式FCC裝置共建成72套.第一套這樣的FCCg置于1947年投產(chǎn).這種裝置的反響器位于再生器之上.待生催化劑通過外部的汽提,經(jīng)過蒸汽汽提后,流過外部的立管和滑閥,進(jìn)入再生器.再生催化劑也是經(jīng)由外部的提管和滑閥送入反響器的.催化劑的循環(huán)量靠滑閥來調(diào)節(jié).相對(duì)來說我國(guó)對(duì)催化裂化技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用起步較晚主要由于五十年代中國(guó)一直被世人認(rèn)為是貧油國(guó),當(dāng)時(shí)我國(guó)的石油及石油產(chǎn)品主要依靠從蘇聯(lián)進(jìn)口,進(jìn)入六十年代以后,由于大慶油田的開發(fā)、原有產(chǎn)品大幅度上升,達(dá)到自給自足.1961年,國(guó)家科委組織

11、各有關(guān)部部委根據(jù)世界先進(jìn)煉油技術(shù)的開展趨勢(shì),制定了五個(gè)煉油工業(yè)的重點(diǎn)攻關(guān)工程,被稱為“五朵金花、催化裂化為其中的“朵,在全國(guó)各部門的協(xié)作努力下,1965年5月在撫順二廠建成了我國(guó)第一套年處理為60萬噸的流化催化裂化裝置,目前已建成大小30余套裝置.催化裂化技術(shù)的開展與催化劑的不斷改良和提升也是分不開的.最初固定床所用的催化劑是經(jīng)過活化處理的天然白土、質(zhì)量很差.1940年開始采用工人合成的硅酸鋁催化劑.流化床所用的催化劑,先是由小球催化劑磨碎成不規(guī)那么形狀的細(xì)粉,以后出現(xiàn)了微球狀催化劑.到1964年又制成了質(zhì)量更好的分子篩催化劑,這樣,由于催化劑的開展,使催化裂化的優(yōu)越性又大為提升.與此同時(shí),流

12、化床催化裂化工業(yè)裝置逐漸推廣采用提升管反響器,代替原來的床層反響器,采用高溫短接觸,以充分發(fā)揮分子篩催化劑的特點(diǎn),并克服了床層反響的特點(diǎn),使裝置改造后生產(chǎn)水平大幅度增加,汽油產(chǎn)率顯著提升,產(chǎn)品質(zhì)量也得到進(jìn)一步改善.第二節(jié)催化裂化的主要特點(diǎn)1、催化劑需不斷地再生催化裂化是靠催化劑的作用在一定溫度460530C條件下,使原料油經(jīng)過一系列化學(xué)反響,裂化成輕質(zhì)油產(chǎn)品,流化催化裂化的催化劑是固體.原料油在與催化劑接觸反響時(shí),總是要生成一些焦炭,沉積在催化劑外表上,并且很快地使催化劑失去活性.因此,必須不斷地空氣把沉積在催化劑外表上的焦炭燒掉,以恢復(fù)它的活性,這個(gè)步驟叫做催化劑再生.再生過程催化劑又可用來

13、繼續(xù)進(jìn)行裂化反響.這種不斷地循環(huán)反響和再生的過程是催化裂化產(chǎn)生裝置的主要局部.熱裂化是不用催化劑而完全靠把原料油加熱到一定的高溫進(jìn)行裂化的.這兩種裂化方法的化學(xué)原理有根本的區(qū)別,生產(chǎn)操作條件和設(shè)備也很不相同.正由于催化裂化用了催化劑,而使它具有許多超過熱裂化的顯著優(yōu)點(diǎn).2、產(chǎn)品質(zhì)量好催化裂化所產(chǎn)生汽油辛烷值高,可達(dá)80馬達(dá)法以上安定性也比擬好、適于作高壓縮比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)如高級(jí)小轎車的燃料不宜發(fā)生炸震現(xiàn)象,耗油少而出大力.催化裂化汽油經(jīng)過適當(dāng)?shù)木七€能作航空汽油的根底油.催化理化柴油含芳炫多,十元烷值比直儲(chǔ)柴油低,用作油品發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,常常需要和直儲(chǔ)柴油等調(diào)合使用.但是它所含的芳炫如果用抽提方式別離

14、出來是石油化學(xué)工業(yè)的珍貴原料.用催化裂化柴油深度加氫還可以生產(chǎn)大比重優(yōu)質(zhì)噴氣機(jī)燃料.3、輕質(zhì)油和石油化工原料高催化裂化的汽油、柴油產(chǎn)率一般總共可達(dá)80溢右,比熱裂化高得多,熱裂化只有65-70%o止匕外,催化裂化還生產(chǎn)大量的液化氣,它是丙烷丙烯和丁烯丁烷的混合物,一般產(chǎn)率為10溢右,高的可達(dá)20犯上.其中含有大量丙烯和丁烯,合計(jì)約占液化氣的70%wt,即占原料油的70溢右,其中丙烯產(chǎn)率約為3%而混合丁烯的產(chǎn)率約為4%它們是珍貴的石油化工原料,可以生產(chǎn)合成橡膠,合成纖維,合成樹脂等合成產(chǎn)品和各種有機(jī)溶劑等.如果一座年處理量為120萬噸的催化裂化裝置,所產(chǎn)的丙烯都用于生產(chǎn)晴纖維時(shí),那么可以產(chǎn)人造毛

15、二萬四千噸,丙烯可以生產(chǎn)聚丙烯塑料,環(huán)氧樹脂、異丙醇、丁醇、辛醇、丙酮等重要的化工產(chǎn)品；正丁烯和正丁烷經(jīng)脫氫生產(chǎn)的丁二烯是合成各種橡膠的主要原料,正丁烯還用可以生產(chǎn)仲丁醇和甲乙酮等溶劑；液化氣中別離出的異丁烯也是珍貴的化工原料,可以生產(chǎn)聚異丁烯,能作橡膠,也可制成潤(rùn)滑油的添加劑.異丁烯和各種丁烯一起經(jīng)烷基化能生產(chǎn)工業(yè)異辛烷,是制取航空汽油和高級(jí)車用汽油所需的高辛烷值組分.100噸催化裂化原料可生產(chǎn)34噸工業(yè)異辛烷,即等于提升汽油生產(chǎn)率34%.催化裂化干氣可以作合成氨的原料,它含有一局部乙烯,干氣經(jīng)次氨化法可以制取環(huán)氧乙烷,再進(jìn)一步生產(chǎn)乙二醇、甘醇和乙醇胺等重要的化工產(chǎn)品.有此可見,催化裂化不僅

16、是生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料一一輕質(zhì)石油產(chǎn)品的重要煉油裝置,而且可生產(chǎn)大量的石油化工原料.這一點(diǎn)是加氫裂化方法所不可比擬的.4、裝置開工周期長(zhǎng)工業(yè)生產(chǎn)裝置合理地延長(zhǎng)開工周期,對(duì)于增加有效生產(chǎn)時(shí)間從而提升產(chǎn)品,降低本錢是非常重要的.熱裂化裝置在生產(chǎn)中由于不可預(yù)防的付反響一一生焦現(xiàn)象,反響爐管總是不斷地結(jié)焦.當(dāng)結(jié)焦到達(dá)一定的厚度,就必須停工燒焦除焦,所以熱裂化裝置的開工周期受爐管結(jié)焦的限制,一般不超過一年,催化裂那么不受這種限制,只要采取適當(dāng)舉措使設(shè)備的磨損和磨蝕速度減慢,并經(jīng)常保持操作正確和平穩(wěn),就能夠延長(zhǎng)開工周期.催化裂化裝置的開工周期一般能達(dá)二年左右,現(xiàn)在世界上流化催化裂化裝置最長(zhǎng)的開工周期是六年.第三

17、節(jié)催化裂化工業(yè)裝置的組成局部催化裂化生產(chǎn)裝置主要由四個(gè)系統(tǒng)組成,本節(jié)主要針對(duì)我們RFCC裝置進(jìn)行闡述即：反響再生系統(tǒng),分儲(chǔ)系統(tǒng),吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng),其關(guān)系如圖,各個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)和所包括的內(nèi)容簡(jiǎn)述如下：1、反響再生系統(tǒng)反響再生系統(tǒng)是本裝置的重要組成局部.預(yù)先經(jīng)過加熱的原料油通過提升管反響器變成反響產(chǎn)物,即各種產(chǎn)品的混合氣體,再送到分儲(chǔ)系統(tǒng)處理,反響過程中生產(chǎn)的焦炭沉積到催化劑上不斷地被送入兩個(gè)再生器進(jìn)行催化劑再生,在再生器中采用強(qiáng)制通風(fēng)將沉積在催化劑上炭燒掉,燒焦放出的熱量使催化劑及通入的風(fēng)的溫度均大大提升,催化劑帶出的熱量提供了反響所需的熱量,高溫空氣那么送去能量回收系統(tǒng).反響系統(tǒng)還包括

18、催化劑的加料和卸料系統(tǒng)以及原料油的進(jìn)行最后預(yù)熱所用的加熱爐.2、分儲(chǔ)系統(tǒng)分儲(chǔ)系統(tǒng)的任務(wù)是把反響器送來的產(chǎn)物,油氣混合物進(jìn)行冷卻并分成各種產(chǎn)品,使產(chǎn)品的主要性質(zhì)符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).主要設(shè)備是分儲(chǔ)塔分儲(chǔ)塔頂分出粗汽油和最輕的氣體局部(叫做富氣),都送到吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)一步處理,而其中部和底局部別出輕柴油及油漿產(chǎn)品.分儲(chǔ)系統(tǒng)還包括產(chǎn)品的熱量回收系統(tǒng)(即換烈系統(tǒng)),把各個(gè)產(chǎn)品帶出的熱量先通過換熱器以預(yù)熱原料油,然后才經(jīng)冷卻器降至較低的溫度送出裝置.3、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)吸收穩(wěn)定的任務(wù)是進(jìn)行富氣的別離和使汽油質(zhì)量最后符合要求,它包括富氣壓縮機(jī),解吸塔,一、二級(jí)吸收塔、穩(wěn)定塔、及含富污水水解塔幾個(gè)部分.富氣首先經(jīng)壓縮機(jī)升高壓力后送到吸收塔并在塔頂分出干氣,其余去穩(wěn)定塔分出液化氣和穩(wěn)定汽油,粗汽油先進(jìn)吸收塔作吸收油用,后在穩(wěn)定塔分出,稱為穩(wěn)定汽油、到達(dá)蒸汽壓指標(biāo)合格.在生產(chǎn)操作中這三個(gè)系統(tǒng)是緊密相聯(lián)的整體.反響再生系統(tǒng)是“龍“頭"局部操作的變化會(huì)很快地反映和影響到分儲(chǔ)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng),而后兩個(gè)系統(tǒng)的