重油催化裂化基礎(chǔ)知識(shí)

重油催化裂化基礎(chǔ)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)簡單，原料廣泛（從瓦斯油到常壓重油），運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、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)品需要選擇合適的催化劑），操作簡便和操作費(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)發(fā)展概況早在1936年美國紐約美孚真空油公司（SoCony vacu um co、）正式建立了工業(yè)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)發(fā)展。如圖所示，片狀催化劑放在反應(yīng)器內(nèi)不動(dòng)，反應(yīng)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)反應(yīng)器輪流地進(jìn)行反應(yīng)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（簡稱FCC裝置都是1942年在美國投產(chǎn)的。原料煙氣空氣原反應(yīng)產(chǎn)物料固定床反應(yīng)器空氣再生器反應(yīng)器煙氣空氣原料反應(yīng)產(chǎn)物移動(dòng)床反應(yīng)器移動(dòng)床催化裂化的優(yōu)點(diǎn)是使反應(yīng)連續(xù)化。它們的反應(yīng)和再生過程分別在不同的兩個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，催化裂化在反應(yīng)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)能力較固定床大為提高、產(chǎn)品質(zhì)量也得到了改善。由于催化劑在反應(yīng)器和再生器內(nèi)靠重力向下移動(dòng)、速度很緩慢，所以對設(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：原料選擇范圍比較寬、主要產(chǎn)品汽油的收率和質(zhì)量都比較高，裝置處理量大，經(jīng)濟(jì)上更有利，熱能的利用比較合理和設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡單，工藝過程簡單，操作容易靈活性大。四十多年來，F(xiàn)CC開發(fā)了很多型式。但按反應(yīng)器和再生器的相對位置和結(jié)構(gòu)的不同分為兩大類：其一是反應(yīng)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，提升管反應(yīng)器得到很大發(fā)展，為了滿足提升管長度的要求，大多采用高低并列式。反應(yīng)器位置較高，再生器位置較低，另一類是反應(yīng)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、和型裝置發(fā)展起來的。型FCC裝置是FCC最初的一種工業(yè)化型式，于1942年5月在美國巴吞魯（Ba ton ROUge）煉油廠首次建成投產(chǎn)，處理能力為65萬噸/年。以后又陸續(xù)建成了兩套。型屬于上流式，裝置有上流式反應(yīng)和再生兩大部分。系統(tǒng)內(nèi)所有循環(huán)的催化劑都是自下而上地通過反應(yīng)器和再生器，反應(yīng)時(shí)，催化劑，反應(yīng)產(chǎn)品和煙道氣一起從反應(yīng)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，壓力降比較大；催化劑的粉碎嚴(yán)重，損失較大；裝置過高，達(dá)60m，比較笨重；操作彈性小，只能加工輕質(zhì)原料等，由于有這么多缺點(diǎn)，所以型裝置很快就改進(jìn)為型裝置。型FCC裝置屬于下流式。第一套型FCC裝置于1944年投產(chǎn)，陸續(xù)建成31套。與型FCC裝置相比，其主要改進(jìn)是：（1）、催化劑由反應(yīng)器和再生器的西部引出，因此簡化了催化劑的輸送系統(tǒng)。（2）、反應(yīng)器和再生器中保持密相床層。（3）、催化劑的輸送由滑閥來控制。（4）、裝置的高度由型60米降低到50-55米，因而節(jié)約了鋼材和投資。型FCC裝置又是型FCC的改進(jìn)型式，第一套與1947年建成投產(chǎn)，其特點(diǎn)如下：（1）、再生器的操作壓力比、型再生的操作壓力為10-30千帕（表），而反應(yīng)器的操作壓力為80-120千帕（表），因此為了 防止油氣倒竄，再生器的位置就得比反應(yīng)器高得多，才能保證再生器的立管有足夠的壓頭（立管長23-25米）。在型設(shè)計(jì)中，自動(dòng)控制和滑閥結(jié)構(gòu)有較大的改進(jìn)，可使再生器的操作壓力提高，并和反應(yīng)器的操作壓力相接近。這樣，兩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。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）、反應(yīng)器和再生器內(nèi)的旋風(fēng)分離器，由型的一級(jí)改為二級(jí)，同時(shí)，由于采用了微球催化劑，旋風(fēng)分離器的效率大大提高，這樣就可以取消除塵器。型FCC裝置第一套于1951年投產(chǎn)。其所需的鋼材和投資比型節(jié)省20%，主要特點(diǎn)如下：（1）、催化劑由U型管密相輸送。（2）、反應(yīng)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、型靠滑閥來調(diào)節(jié)。（3）、由反應(yīng)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，處理能力為15萬噸/年。同年在美國的龐卡成（POnCa city）建成第二套，處理能力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)達(dá)到6套，A型正流式的裝置特點(diǎn)是：（1）、反應(yīng)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控制。（3）、反應(yīng)器的旋風(fēng)分離器只有一級(jí)。（4）、反應(yīng)器的操作壓力為70-90千帕（表），再生器的操作壓力為120-130千帕（表）。由于再生器的壓力比較高，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)力消耗比較大，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裝置的主要差別是B型的再生器裝在反應(yīng)器之上，操作壓力比較低，為50-60千帕（表），動(dòng)力消耗比較省。第一套C型正流式FCC裝置于1963年投產(chǎn)，在美國石油公司（AneriCan oiIco）德克薩斯煉油廠。處理能力為247.9萬噸/年。這樣裝置共建成10套，其主要特點(diǎn)是：（1）、反應(yīng)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裝置共建成套。第一套這樣的FCC裝置于年投產(chǎn)。這種裝置的反應(yīng)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應(yīng)器的。催化劑的循環(huán)量靠滑閥來調(diào)節(jié)。相對來說我國對催化裂化技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用起步較晚主要因?yàn)槲迨甏袊恢北皇廊苏J(rèn)為是貧油國，當(dāng)時(shí)我國的石油及石油產(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，國家科委組織各有關(guān)部部委根據(jù)世界先進(jìn)煉油技術(shù)的發(fā)展趨勢，制定了五個(gè)煉油工業(yè)的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，被稱為“五朵金花”、催化裂化為其中的“朵”，在全國各部門的協(xié)作努力下，1965年5月在撫順二廠建成了我國第一套年處理為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)的發(fā)展與催化劑的不斷改進(jìn)和提高也是分不開的。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)則形狀的細(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，由于催化劑的發(fā)展，使催化裂化的優(yōu)越性又大為提高。與此同時(shí)，流化床催化裂化工業(yè)裝置逐漸推廣采用提升管反應(yīng)器，代替原來的床層反應(yīng)器，采用高溫短接觸，以充分發(fā)揮分子篩催化劑的特點(diǎn)，并克服了床層反應(yīng)的特點(diǎn)，使裝置改造后生產(chǎn)能力大幅度增加，汽油產(chǎn)率顯著提高，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（460530）條件下，使原料油經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，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應(yīng)時(shí)，總是要生成一些焦炭，沉積在催化劑表面上，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表面上的焦炭燒掉，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繼續(xù)進(jìn)行裂化反應(yīng)。這種不斷地循環(huán)反應(yīng)和再生的過程是催化裂化產(chǎn)生裝置的主要部分。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。正因?yàn)榇呋鸦昧舜呋瘎?，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）以上安定性也比較好、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，耗油少而岀大力。催化裂化汽油經(jīng)過適當(dāng)?shù)木七€能作航空汽油的基礎(chǔ)油。催化理化柴油含芳烴多，十元烷值比直餾柴油低，用作油品發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，常常需要和直餾柴油等調(diào)合使用。但是它所含的芳烴如果用抽提方式分離出來是石油化學(xué)工業(yè)的寶貴原料。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%左右，比熱裂化高得多，熱裂化只有65-70%。此外，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%左右，高的可達(dá)20%以上。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%左右，其中丙烯產(chǎn)率約為3%，而混合丁烯的產(chǎn)率約為4%，它們是寶貴的石油化工原料，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)，則可以產(chǎn)人造毛二萬四千噸，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；液化氣中分離岀的異丁烯也是寶貴的化工原料，可以生產(chǎn)聚異丁烯，能作橡膠，也可制成潤滑油的添加劑。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，即等于提高汽油生產(chǎn)率34%。催化裂化干氣可以作合成氨的原料，它含有一部分乙烯，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，催化裂化不僅是生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料輕質(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、裝置開工周期長工業(yè)生產(chǎn)裝置合理地延長開工周期，對于增加有效生產(chǎn)時(shí)間從而提高產(chǎn)品，降低成本是非常重要的。熱裂化裝置在生產(chǎn)中由于不可避免的付反應(yīng)生焦現(xiàn)象，反應(yīng)爐管總是不斷地結(jié)焦。當(dāng)結(jié)焦達(dá)到一定的厚度，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，催化裂則不受這種限制，只要采取適當(dāng)措施使設(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的開工周期是六年。第三節(jié) 催化裂化工業(yè)裝置的組成部分催化裂化生產(chǎn)裝置主要由四個(gè)系統(tǒng)組成，（本節(jié)主要針對我們RFCC裝置進(jìn)行闡述）即：反應(yīng)再生系統(tǒng)，分餾系統(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)容簡述如下：能量回收反應(yīng)/再生原料分餾吸收穩(wěn)定產(chǎn)品產(chǎn)品1、反應(yīng)再生系統(tǒng)反應(yīng)再生系統(tǒng)是本裝置的重要組成部分。預(yù)先經(jīng)過加熱的原料油通過提升管反應(yīng)器變成反應(yīng)產(chǎn)物，即各種產(chǎn)品的混合氣體，再送到分餾系統(tǒng)處理，反應(yīng)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)的溫度均大大提高，催化劑帶出的熱量提供了反應(yīng)所需的熱量，高溫空氣則送去能量回收系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)還包括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、分餾系統(tǒng)分餾系統(tǒng)的任務(wù)是把反應(yīng)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)合乎規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。主要設(shè)備是分餾塔。分餾塔頂分出粗汽油和最輕的氣體部分（叫做富氣），都送到吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)一步處理，而其中部和底部分別岀輕柴油及油漿產(chǎn)品。分餾系統(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)行富氣的分離和使汽油質(zhì)量最后合乎要求，它包括富氣壓縮機(jī)，解吸塔，一、二級(jí)吸收塔、穩(wěn)定塔、及含氰污水水解塔幾個(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、達(dá)到蒸汽壓指標(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。反應(yīng)再生系統(tǒng)是“龍”“頭”，部分操作的變化會(huì)很快地反映和影響到分餾和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，而后兩