80萬噸年催化裂化裝置設計計算書

1、第1章 緒論1.1 概述1.1.1 催化裂化工業(yè)的意義與作用石油工業(yè)是國民經(jīng)濟中最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是提供能源，尤其是提供交通運輸燃料和有機化工原料的最重要的工業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，全世界總能源需求的40%依賴于石油產(chǎn)品1。然而作為一種不可再生資源，石油的產(chǎn)量在不斷的下降，而社會生產(chǎn)，人民生活卻需要大量的汽油，柴油等輕質(zhì)油品，但是石油不能直接作為產(chǎn)品使用,必須經(jīng)過各種加工過程,煉制成多種符合使用要求的各種石油產(chǎn)品。而原油經(jīng)過第一步加工只能得到少部分輕質(zhì)油，大部分仍為渣油，因此需要對重質(zhì)油進一步加工，催化裂化是對重質(zhì)油加工的主要手段。以我國目前的需要情況為例，對輕質(zhì)燃料油，重質(zhì)燃料油和潤滑油三者需要的比

2、例是20：6：1。另一方面，由于內(nèi)燃機的發(fā)展對汽油的質(zhì)量提出更高的要求，而直餾汽油一般難以滿足這些要求。同時由于石油價格上漲和石油資源逐漸枯竭，許多國家都在努力尋找能替代石油的新能源。尋找新能源的工作近年來雖然取得很大的進展，但是至少在幾十年內(nèi)，由石油生產(chǎn)的輕質(zhì)液體燃料仍然是不可能被替代的，而且對它的需求量還不斷增大。所有的這一切都促使了石油的催化裂化工業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展。1.1.2 催化裂化技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀催化裂化是最重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化過程之一,在汽油和柴油等輕質(zhì)油品的生產(chǎn)中占有重要的地位。在一些原油加工深度較大的國家,例如德國和美國,催化裂化的處理能力達原油加工能力的30%以上。在我國,由于

3、多數(shù)原油偏重,氫碳比（H/C）相對較高而金屬含量相對較低,因此催化裂化過程,尤其是重油催化裂化過程的地位就顯得更為重要。在我國國內(nèi)最早的工業(yè)催化裂化裝置出現(xiàn)于1936年。幾十年來,無論是規(guī)模還是技術(shù)均有了巨大發(fā)展?，F(xiàn)在它已經(jīng)成為原油二次加工中最重要的一個加工過程。從催化裂化技術(shù)角度來說,基本的是反應再生型式和催化劑性能兩個方面的發(fā)展。傳統(tǒng)的催化裂化原料是重質(zhì)餾分油，主要是直餾減壓餾分油，也包括焦化重餾分油。由于對輕質(zhì)油品的需求不斷增長及技術(shù)進步，近20年來，更重的油料也作為催化裂化的原料，例如減壓渣油，石蠟油，脫瀝青的減壓渣油，加氫處理重油等。最早在工業(yè)上采用的反應器型式是固定床式反應器。反應

4、和再生是輪流間歇地在同一反應器內(nèi)進行的。為了在反應時供熱及在再生時取走熱,在反應器內(nèi)裝有取熱的管束，用一種融鹽循環(huán)取熱。為了使生產(chǎn)連續(xù)化,可以將幾個反應器組成一組，輪流地進行反應和再生。固定床催化裂化的設備結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)連續(xù)性差，因此，在工業(yè)上早已被其他型式的反應器所取代。由于生產(chǎn)要求的不斷擴大和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，在二十世紀九十年代初期,流化床催化裂化技術(shù)迅速地發(fā)展成熟起來并很好地運用到實際生產(chǎn)中去。1.1.3 催化裂化工藝簡介移動床催化裂化的反應和再生是分別在反應器和再生器內(nèi)進行的。原料油與催化劑同時進入反應器的頂部,它們相互接觸,在反應的同時并向下移動。當它們移動至反應器的下部時,催化劑

5、表面上會沉積上一定量的焦炭,于是油氣從反應器的中下部導出而催化劑則從底部下來,再由連接到再生器的氣升管用空氣提升至再生器內(nèi)向下移動過程中進行燒焦再生。再生過的催化劑經(jīng)另一根氣升管又返回至反應器中。就這樣，使催化劑在反應器和再生器中循環(huán)。流化床催化裂化的反應過程和再生過程也是分別在兩個設備中進行3,其原理與移動床相似,只是在反應器和再生器內(nèi),催化劑與油氣或空氣形成與沸騰的液體相似的流化狀態(tài)。為了便于流化,催化劑制成直徑為20100m的微球。由于在流化狀態(tài)時,反應器或再生器內(nèi)溫度分布均勻,而且催化劑的循環(huán)量大,可以攜帶的熱量多,減少了反應器和再生器內(nèi)溫度變化的幅度,因而不必再在設備內(nèi)專設取熱設施,

6、從而大大簡化了設備的結(jié)構(gòu)。同固定床相比，流化床催化裂化具有生產(chǎn)過程連續(xù)，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定及設備簡化等優(yōu)越性，它很快就在各種催化裂化型式中占據(jù)了主導地位。自二十世紀六十年代以來,為配合高活性的分子篩催化劑,流化床反應器又發(fā)展為提升管反應器。目前,在全世界催化裂化裝置的總加工能力中,提升管催化裂化已占絕大部分。我國的情況也是大致如此。1.2 設計依據(jù)大慶石化分公司煉油廠100萬噸重油催化裂化的操作規(guī)程；化工專業(yè)教師下達的設計任務書80萬噸/年重油催化裂化車間再生工段初步設計任務書。1.3 廠址選擇對于石油化工企業(yè)來說，廠址選擇的正確與否將對建廠速率、建設投資、對項目建成后的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益

7、的發(fā)揮對化工行業(yè)的合理布局和地區(qū)經(jīng)濟文化的發(fā)展具有深遠的影響。廠址應靠近主要原材料的供應地區(qū)大慶,并盡可能靠近主要的交通干線，便于產(chǎn)品的外運銷售；節(jié)約有地，盡量不占用或少占用農(nóng)田；注意廠址的防洪排澇；注意環(huán)境保護。工廠與居住區(qū)要滿足衛(wèi)生防護標準；建廠要選擇水資源能滿足的地方。因為石油煉制工廠用水數(shù)量較大，另外化工廠的職工人數(shù)亦較多，工廠每天需要一定數(shù)量的生活用水，這些水的水源是城市供水部門提供還是自行解決，必須認真研究，確定方案；化工廠排出污水時，常含有害的化學物質(zhì)，排放的廢水經(jīng)過處理達到排放標準后排入江河，江河水的最小流量能稀釋至符合農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、衛(wèi)生的要求；廠址應即廠址應具備完整的地質(zhì)和水文

8、氣象資料,以作為化工設計計算的依據(jù);廠址建筑物是否需要抗震設防,應根據(jù)廠址地震資料參照TJ11-78工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范進行設計.本設計綜合以上條件選擇廠址在大慶市龍風區(qū)。1.4 設計規(guī)模與生產(chǎn)制度1.4.1 設計規(guī)模反應再生聯(lián)合裝置處理的原料為大慶原產(chǎn)的混合蠟油和減壓渣油，設計處理量為80萬噸/年。摻渣比為46%。設計計算物料時，按年開工8000小時計。非停工狀態(tài)下連續(xù)再生處理分子篩型催化裂化催化劑。80萬噸/年重油催化裂化再生工段裝置為將催化劑再生的工段，包括主要設備有：再生裝置，旋風分離器部分等。1.4.2 生產(chǎn)規(guī)模全裝置采用連續(xù)操作方式，年處理量為80萬噸/年重油。其中本催化劑再

9、生工段處理催化劑的量為1000噸/小時（計算過程在第二章）。1.4.3 生產(chǎn)制度化工生產(chǎn)企業(yè)屬于高危生產(chǎn),所以設計生產(chǎn)一線要求連續(xù)安全運轉(zhuǎn)，采用五班三倒制，每班8小時工作制，其他部門采用每天每班8小時工作制。1.5 原料與產(chǎn)品規(guī)格1.5.1 催化劑物化性質(zhì)催化劑在催化裂化的發(fā)展過程中起著十分重要的作用。工業(yè)上廣泛應用的催化劑分為兩類：一類是無定型的硅酸鋁，包括天然活性白土和合成硅酸鋁；另一類是結(jié)晶型硅酸鋁鹽，又稱為分子篩催化劑，在催化裂化的發(fā)展初期,主要是利用天然的活性白土作催化劑。二十世紀四十年代起廣泛采用人工合成的硅酸鋁催化劑,六十年代出現(xiàn)了分子篩催化劑,由于它具有活性高、選擇性和穩(wěn)定性好

10、等特點。使用分子篩催化劑可以獲得較高的汽油產(chǎn)率、較低氣體產(chǎn)率和焦碳產(chǎn)率等優(yōu)點，因此很快就被廣泛采用,幾乎取代了硅酸鋁催化劑。1. 無定型硅酸鋁鹽催化劑工業(yè)催化裂化裝置目前采用合成硅酸鹽為催化劑，由Na2sio3和Al2(so4)3溶液按一定比例配合生產(chǎn)凝膠，經(jīng)過水洗、過濾、成型、干燥、活化等步驟制成。主要成分是Sio2和Al2O3。按其含量的多少分成高、低鋁催化劑。但從外型上看，移動床用催化劑是3-5的小球，流體床用的是1-100m的微球。一種多微孔性物質(zhì)的平均直徑是4-8，微孔的總體積約占催化劑球體積的1/3。正是因為這些微孔，使催化劑有很大的表面積，使其表面積可達到300-700m2/g，

11、催化劑就是靠每個顆粒中微孔內(nèi)表面上大量的酸性中心而顯微酸性。當油與催化劑在高溫下接觸而進行反應時這種酸性能給分子提供質(zhì)子，造成不斷的裂化反應條件。而酸性與結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要是靠它含有少量的結(jié)構(gòu)水，水是質(zhì)子的主要來源。2. 結(jié)晶型硅酸鋁催化劑結(jié)晶型硅酸鋁催化劑既分子篩催化劑，60年代初被廣泛的應用，目前世界上大多數(shù)催化裂化裝置已采用這種催化劑，目前工業(yè)上應用的分子篩硅酸鋁催化劑，一般只是含5%-15%的分子篩，其余的是硅酸鋁載體。載體不僅能降低催化劑的成本，而且能起到分散活性，提高穩(wěn)定性和耐磨性，傳遞熱量以及大分子預先反應等多種作用載體和分子互相促進，使裂化達到很高的轉(zhuǎn)化率。分子篩催化劑具有裂化活性

12、和轉(zhuǎn)化活性高、選擇性好、穩(wěn)定性高和抗金屬能力強等優(yōu)點，但缺點是含炭量低，只有0.2%，當催化劑的含炭量每增加0.1%，轉(zhuǎn)化率則降低3%-4%。分子篩活性來源，目前還進一步研究。3. 分子篩催化劑的特性分子篩對烷烴和環(huán)烷烴有很高的裂化活性，對于目前應用的工業(yè)催化劑，大約只需要1-4秒的接觸時間，就可使原料中的烷烴和環(huán)烷烴全部轉(zhuǎn)化，因此反應時間要求嚴格控制，以免發(fā)生過多的二次反應。為了使反應器內(nèi)的停留時間短且減少油氣的返混，在工業(yè)上采用提升管替代流體床，否則不能發(fā)揮分子篩選擇性好的特點。分子篩催化劑中只有10%-20%分子篩，其余的都是載體。裂化反應主要是在分子篩上進行，因此催化劑的含炭量對其活性

13、和選擇性的影響就很大。所以要求催化劑再生后的含炭量要低于0.1%，最好降低至0.05%或更低。因此要求再生器有很高的燒焦效率。提高再生溫度可以提高燒焦效率，故一般采用7000C左右的再生溫度。分子篩催化劑對芳烴的裂化活性不高，因此原料油含芳烴多少影響轉(zhuǎn)化率，特別是多環(huán)芳烴影響更大。分子篩催化劑的氫轉(zhuǎn)移性高，所以汽油的飽和度高，其辛烷值一般比使用硅酸鋁催化劑時低1-2個單位。當對汽油的辛烷值有較高要求的時候，應考慮選擇適應條件和研制高辛烷值的催化劑。4. 催化劑的中毒和污染焦炭覆蓋了催化劑的表面使活性降低，再生焦炭后，活性恢復。水蒸氣能夠破壞催化劑的結(jié)構(gòu)從而降低催化劑的穩(wěn)定性使活性下降，比表面積

14、顯著下降。重金屬污染主要是鎳和釩，會使液體產(chǎn)品和液化氣產(chǎn)率減低，干氣和焦炭率上升，不飽和度增加，特別明顯的是氫氣的產(chǎn)率增加，甚至會使風機超負荷，還大大降低裝置的生產(chǎn)能力?？朔亟饘傥廴局饕胧┦且环矫媸褂每刮廴镜哪芰姷姆肿雍Y催化劑，另一方面采用優(yōu)良的原料油，盡可能降低油料油餾分中的硫和重金屬的含量。1.5.2 催化劑技術(shù)指標本設計選擇CODO-1新型催化裂化催化劑，本催化劑的抗重金屬中毒能力，耐磨能力和再生能力都比較適合大慶原油的組成，能大大提高輕質(zhì)油份的產(chǎn)率，催化劑的物化性質(zhì)見表1-1。表1-1 催化劑性質(zhì)分析項目新鮮催化劑待生催化劑定碳，00.16原濕度，12.80.76孔體積， ml/

15、g0.360.30金屬含，03120金屬含，02244金屬含，010金屬含，01508密度壓緊，kg/m3925.91007.5密度充氣，kg/m3817.0853.5密度自由，kg/m3833.3870.1密度表觀，kg/m324812500第2章 生產(chǎn)方法及其工藝流程選擇2.1 催化劑再生及其反應機理催化劑在參加催化裂化反應后，會有部分的重油中的殘?zhí)技捌湓诜磻锌s合成的焦碳分布在催化劑表面和孔隙中，除此以外還有少量的氫以及水蒸汽從沉降器的下部通過待生斜管進入燒焦罐的底部等待燃燒再生，反應方程式如下： 在燒焦罐的底部7000C溫度下，C與底部吹起主風中的O2反應，生成CO，CO2，H2與O2

16、反應生成H2O,在再生器的上部繼續(xù)反應，同主風中不參加反應的N2，匯成煙氣，經(jīng)過四組二級旋風分離器將煙氣與催化劑顆粒分離，使催化劑完成再生，再生催化劑通過再生斜管進入反應器繼續(xù)參加催化裂化反應。2.2 催化劑再生的工藝流程參加催化裂化反應后待生催化劑溫度大約為5100C，待生催化劑通過受氣動滑閥控制的待生斜管流入燒焦罐R101/2下部，在待生催化劑入口（N9）與從密相床層經(jīng)外循環(huán)管從循環(huán)催化劑入口（N10）送來的高溫催化劑混合，其中循環(huán)催化劑入口（N10）同外取熱器下斜管入口（N11），然后與由受氣動滑閥控制主風口進入的富氧主風接觸，燒掉催化劑所攜帶的約86.5%碳和全部的氫3，產(chǎn)生再生煙氣C

17、O,C2O,H2O,再生煙氣夾帶催化劑上升達到再生器R101/2密相床（二密），催化劑在這里與來自于煙氣返回口（N2）的返回煙氣反應，反應溫度達到，反應壓力為0.25Mpa，催化劑含碳量降到0.05%左右，本設計原料為重油的催化裂化裝置，所以再生器設有外取熱器R102，循環(huán)催化劑出口和外取熱器催化劑出口（N4）和（N5）為同一出口，兩出口設在再生器密相床底部，如圖2-1，催化劑由外取熱器催化劑出口經(jīng)過列管式外取熱器換熱，換熱介質(zhì)為脫氧水，在列管式外取熱器中催化劑溫度降低，外取熱器內(nèi)壓力為0.22Mpa。可以通過調(diào)節(jié)外取熱器氣動滑閥的開度，控制外取熱器取熱來調(diào)節(jié)再生溫度，外取熱器產(chǎn)生0.3 Mp

18、a過熱水蒸汽，水蒸汽入主高壓蒸汽管線供其他工段使用，取熱后的催化劑循環(huán)返回到燒焦罐底部。當?shù)诙芟啻矁?nèi)催化劑反應不徹底時，可以通過氣動滑閥調(diào)節(jié)循環(huán)催化劑出口（N4）開度，加大循環(huán)量使催化劑循環(huán)燃燒降低其含碳量達到完全再生的目的。圖2-1再生系統(tǒng)原則流程攜帶著催化劑顆粒的煙氣上升到再生器稀相床上部，此時催化劑再生完成，絕大部分催化劑已經(jīng)與煙氣分離返回密像床層底部，由再生催化劑出口（N3）進入再生斜管，其余部分與煙氣一起進入兩級四組旋風分離器進行旋風快速分離，分離后的煙氣經(jīng)集氣室排進再生煙道,進入能量回收工段。再生后的催化劑一部分存入熱催化劑罐V101，待與來自冷催化劑罐V102的新鮮催化劑混合參

19、加反應，另一部分再生催化劑直接由再生斜管等待進入提升管參加催化反應4。開工用的催化劑由冷催化劑罐V102或熱催化劑罐V101用非凈化壓縮空氣輸送至再生器，正常補充的催化劑可由催化劑小型加料斗V103輸送至再生器。為保持催化劑的活性，需從再生器內(nèi)不定期卸出部分催化劑，由非凈化壓縮空氣輸送至熱催化劑罐V101。2.3 再生器主要操作條件一覽表表2-1 再生器主要操作條件項目單位統(tǒng)計數(shù)據(jù)再生溫度0C700再生器頂壓0.25燒焦量kg/h9560主風量m3/min2183再生器密相藏量190催化劑循環(huán)量t/h1000煙氣過剩量2.4取熱負荷kJ/h110892.4 本設計方案的選擇及其優(yōu)點流化催化裂化

20、的反應再生系統(tǒng)可分為兩大類型：使用無定形硅酸鋁催化劑的床層裂化反應和使用分子篩催化劑的提升管反應。二十世紀六十年代以來，由于分子篩催化劑并相應地采用提升管裂化技術(shù)，而且許多原有的床層裂化裝置也改建成分子篩催化劑提升管催化裂化。提升管裂化反應再生系統(tǒng)基本型式為：并列式和同軸式。本裝置采用并列式，其優(yōu)點為：兩器框架標高相同，再生器和反應器高度相近，操作壓力相近。裝置的總高度較低，一般約36-48米。用較大的內(nèi)溢流管保證再生器內(nèi)催化劑的物料高度，用增壓風的流量調(diào)節(jié)催化劑循環(huán)量，待生和再生單動滑閥只是在事故狀態(tài)時作切斷用，正常操作時滑閥全開，滑閥使用壽命長，不易磨損5。本設計采用1998年石油化工科學

21、研究院和北京設計院開發(fā)的大慶減壓渣油催化裂化技術(shù)(VRFCC)并集成了富氧再生等多項新技術(shù)6。2.5 物料衡算2.5.1 催化劑循環(huán)量及其含碳量該裝置由于摻煉減壓渣油、蠟油，焦碳率之達9.56%。燒焦罐使用完全再生技術(shù),在經(jīng)過再生器反應過的催化劑所含的焦碳已經(jīng)降低到0.05%，反應放熱已超過反應器和再生器熱平衡需要,若不從再生器取走熱量,必使原料的預熱溫度太低(1500C),這很不利于原料的霧化和產(chǎn)品分布,從而使焦炭產(chǎn)率升高。故把原料油的預熱溫度定為2000C，其余需要的熱量主要由循環(huán)催化劑供給。正常操作時，可停原料預熱爐，因原料油與分餾塔產(chǎn)品換熱，即可達到此預熱溫度。根據(jù)提升管反應器的熱平衡

22、就能求出催化劑循環(huán)量。1. 由再生器取熱計算催化劑循環(huán)量 8 （2-1）再生器取熱（剩余有效熱量外取熱器取走熱量）再生器和反應器的溫差經(jīng)過詳細計算同時為滿足反應使用催化劑的量，設計最終取催化劑循環(huán)量確定為1000t/h7。2. 待生催化劑含碳量循環(huán)催化劑碳差=燒碳量/（催化劑循環(huán)量+燒碳量） （2-2） = =待生催化劑含碳量=循環(huán)催化劑碳差+再生劑含碳量 （2-3）=0.95%+0.05%=1.00%式中：再生劑含碳量，一般要求分子篩型催化劑再生后含碳降至0.1%以下，這里是要求為0.05%。2.5.2 再生器反應氣體計算燒碳及燒氫量=，焦炭氫碳比：。燒碳量燒氫量1. 理論干空氣量碳燒成CO

23、2需要O2量氫燒成H2O需要O2量所以理論需O2的量理論帶入N2量所以理論干空氣量2. 實際干空氣量表2-2 再生煙氣分析數(shù)據(jù)項目單位化驗數(shù)據(jù)裝置儀表數(shù)據(jù)N2%_CO%0.00020.022CO2%13.014O2%2.41.7H2%0.2_由大慶煉油廠標定核算手冊，煙氣中過剩氧的體積分數(shù)為2.4%，所以 （2-4）故 過剩O2量過剩O2所以 所以實際干空氣量 （2-5）3. 需濕空氣量根據(jù)大慶煉油廠標定核算手冊：大氣 大氣濕度62%根據(jù)空氣的相對溫度和氣溫,查圖得水蒸汽和干空氣的分子比為。 所以空氣中的水汽量=實際干空氣量 （2-6）濕空氣量此即正常操作時的主風量，此風量乘110%可作為選主

24、風機的依據(jù)。4. 主風單耗 （2-7）5. 干煙氣量由以上計算已知干煙氣量的各組分的量，將其相加，即總干煙氣量。 總干煙氣量 （2-8）按各組分相對分子質(zhì)量計算各組分的質(zhì)量流率，相加即得總的干煙氣的質(zhì)量流率。 干煙氣的質(zhì)量流率=煙氣各組分的量相應分子量 （2-9） 6. 煙風比 煙風比 （2-10）（體積比）7. 濕煙氣量及煙氣組成表2-3 濕煙氣量及煙氣組成組分流量相對分子質(zhì)量組成（摩爾分數(shù)） %kg/h干煙氣濕煙氣CO2653287324412.2511.3O21284096322.42.2N245562885.479總干煙氣533730100_生成水汽430774018_7.5主風帶入水

25、汽80.81454_待生劑帶入水汽55.61000_吹掃、松動蒸汽55.61000_總濕煙氣595928.8_100 按每噸位催化劑帶入1公斤水汽計算。 粗略估算值2.5.3 再生器物料平衡表2-4 再生器物料平衡入方 kg/h出方 kg/h干空氣干煙氣水汽2952水汽10694主風帶入1452生成水汽15480待生劑帶入1000帶入水汽2952松動、吹掃500循環(huán)催化劑焦炭9560_循環(huán)催化劑_合計合計2.6 再生裝置熱量平衡2.6.1 再生裝置燒焦放熱根據(jù)大慶煉油廠內(nèi)部資料，計算： 生成放熱=每小時燒碳量單位放熱 （2-11）生成放熱=每小時燒氫量單位放熱 （2-12）合計放熱： 式中：3

26、3873，是再生條件下C，H2燃燒反應單位放熱， 由以上計算得到再生器燒焦放熱 2.6.2 焦碳脫附熱按目前工業(yè)上仍采用的經(jīng)驗方法計算有，=焦炭脫附熱=焦炭吸附熱 （2-13） 2.6.3 主風升溫需熱主風由升溫至需。1. 干空氣升溫需熱干空氣升溫需熱=干空氣的量空氣平均比熱空氣升溫差 （2-14） 式中：是反應需要的干空氣的量，1.09是空氣的平均比熱，2. 空氣帶入水汽升溫需熱空氣帶入水汽升溫需熱=空氣中含有水汽量水汽平均比熱水汽升溫差 （2-15） 式中：1454是反應需要的空氣中含有水汽的量，2.07是水汽的平均比熱2.6.4 焦炭升溫需熱焦炭升溫需熱， （2-16）式中：假定焦炭比熱

27、和催化劑比熱相同1.097，700是催化劑在再生器中的反應溫度，510是催化劑吸附碳進入再生器時的溫度，。2.6.5 待生劑帶入水汽熱量待生劑帶入水汽熱量Q5=催化劑每小時循環(huán)量水汽的平均比熱反應溫度差 （2-17） 式中：2.16是水汽的平均比熱, ，700是催化劑在再生器中的反應溫度，510是催化劑吸附水汽進入再生器時的溫度，。2.6.6 吹掃和松動蒸汽升溫所需熱量蒸汽升溫需熱Q6 =催化劑每小時循環(huán)量反應焓差 （2-18）式中：括弧內(nèi)的數(shù)值分別是176.5（表），700過熱水蒸汽和981（表）飽和蒸汽的熱焓，。2.6.7 散熱損失根據(jù)公式，散熱損失=582燒碳量 （2-19）得=582燒

28、碳量=5827839.2=4561042.6.8 循環(huán)催化劑帶走熱量循環(huán)催化劑帶走熱量Q8 Q8 =催化劑每小時循環(huán)量反應溫差空氣的平均比熱 （2-20）=10001031.097(700-510)=2.065108 kJ/h2.6.9 再生器熱量再生器熱量 ：=Q1（Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7Q8） 2.6.10 再生器出入熱量匯總表2-5 再生器熱平衡計算結(jié)果匯總?cè)敕?出方 焦炭燃燒熱47184焦炭脫附熱5426_主風升溫9200_焦炭升溫198_帶入水汽溫41_吹掃、松動蒸汽升溫115_散熱損失456_加熱循環(huán)催化劑20659_再生器取熱11089合計47184合計47184從表

29、中可以看出，進入和離開再生器的能量相等，系統(tǒng)達到熱量平衡。第3章 設備選型3.1 燒焦罐與再生器內(nèi)徑3.1.1 燒焦罐內(nèi)徑根據(jù)國內(nèi)開發(fā)成功的快速床串聯(lián)再生工藝提高了第二密相床的燒碳強度，使整個再生器的綜合燒碳強度有較大提高。其主要的措施是把燒焦罐出口的煙氣全部引入第二密相床，使氣速在燒焦罐達到，燒焦罐再生器變成兩個串聯(lián)的流化床再生器。此設計采用的是大慶煉油廠所使用的串聯(lián)的快速循環(huán)流化床技術(shù)。圖3-1 快速循環(huán)流化床進入燒焦再生系統(tǒng)的主風，實際沒有一次完全被燒焦罐利用，而是進入燒焦再生系統(tǒng)的主風在燒焦罐中和再生器中各消耗一部分9。濕空氣氣流量為m3/h設定燒焦罐消耗主風/再生器密相消耗主風=故燒

30、焦罐利用主風 燒焦罐氣體體積 （3-1） = 由于采用循環(huán)床，燒焦罐內(nèi)的氣體平均流速為，取氣速為。燒焦罐截面積=19.6流體通過燒焦罐的有效內(nèi)徑= （3-2）=本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)取流體通過燒焦罐的有效內(nèi)徑為，考慮加裝襯里總厚200mm,實際內(nèi)徑取。3.1.2 再生器內(nèi)徑再生器密相床消耗主風=再生器二密相床氣體體積流率 （3-3）在內(nèi)徑較大的再生器內(nèi)氣體平均流速為0.80.9的表觀流，流速在此取0.85。截面積 流體通過再生器密相床有效內(nèi)徑= （3-4）=本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)取流體通過再生器密相床有效內(nèi)徑為，考慮加裝襯里總厚200mm,實際內(nèi)徑取。3.2 燒焦罐與再生器部分高度

31、 10 （3-4）A燒焦罐截面積， ；燒焦罐平均密，根據(jù)經(jīng)驗；Wx燒焦罐或再生器內(nèi)催化劑的藏量，kg ；3.2.1 燒焦罐高度 式中：是以上部分已經(jīng)計算并得到的反應再生系統(tǒng)催化劑的總藏量，kg， 16%燒焦罐內(nèi)催化劑的藏量占總量的百分率11。根據(jù)設計要求和實際建造施工設定燒焦罐罐高取。3.2.2 再生器密相床高度 式中：是以上部分已經(jīng)計算并得到的反應再生系統(tǒng)催化劑的總藏量是，kg， 13%再生器密相床內(nèi)催化劑的藏量占總量的百分率11。根據(jù)設計要求和實際建造施工設定再生器密相床段高度取。3.2.3 燒焦罐與再生器密相床過渡段高過渡段與水平成角度參照大慶煉油廠一重催車間設定為。燒焦罐內(nèi)徑，再生器密

32、相內(nèi)徑。則, （3 -5）根據(jù)設計要求和實際建造施工設定燒焦罐再生器過渡段高度為。3.3 再生器上部部分參數(shù)3.3.1 再生器稀相段內(nèi)徑濕氣氣體體積流率 （3-6）再生器內(nèi)氣體平均流速為0.85m/s所以， 流體通過再生器稀相床有效內(nèi)徑= （3-7）= 本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)取流體通過再生器稀相床有效內(nèi)徑為，考慮加裝襯里總厚200mm,實際內(nèi)徑取。3.3.2 再生器稀相段高度稀相段因有旋風分離器，所以高度適宜范圍為，根據(jù)設計要求和實際建造施工取。3.3.3 再生器稀相段與下部密相段過渡高度 過渡段與水平成角度參照大慶煉油廠一重催車間設定為。 再生器稀相段與下部密相段過渡高度取。3.4 旋

33、風分離器旋風分離器作用是將催化劑顆粒與煙氣分離，其裝置外形設計簡單，分離效果顯著。3.4.1 旋風器分離基本結(jié)構(gòu)計算1. 筒體直徑按筒體內(nèi)徑氣速為計算，濕煙氣流率：=2.4(273+700)/28881/3600=35.30總筒體截面積=濕煙氣流率/筒體內(nèi)徑氣速=35.30/5=7.06選用4組旋風分離器，則每個旋風分離器筒體的截面積為筒體直徑= （3-9）=選的旋風分離器。一級和二級都選用此直徑的筒體。2. 一級入口截面積由于目前前用的一級旋風分離器入口線速一般是182512，在這量取18則， （3-10）旋風分離器入口為矩形，其高度a是寬度b的2.25倍。由此計算得：a=；b=。3. 二級

34、入口截面積按二級入口線速為22考慮，則， （3-11）求得： A2=0.401入口的高度：a=0.985，b=0.4474. 一級料腿負荷及管徑PV型一級旋風分離器料腿的適宜固體質(zhì)量流速為400700設一級旋風分離器的入口氣體的固體濃度為 ，則對每個旋風分離器的進入固體流量為35.3010選用=400作為一級料腿13。所選管徑質(zhì)量為： （3-12）5. 料腿選型對1500的旋風分離器，二級料腿直徑可選為280的管子。6. 旋風分離器其他參數(shù)根據(jù)已知旋風分離器的直徑為，按照旋風分離器常規(guī)設計比例可以求出旋風分離器器體高度為：旋風分離器主體 出風口 出料口 圖3-2 旋風分離器常規(guī)設計比例3.4.

35、2 一級料腿長度核算核算一級由一級旋風分離器的壓力平衡得， （3-13）所以， 從入口中心線至灰斗底距離為6.2，所以凈高度應大于，即6.2+0.97=7.17。今凈空高度為9.5，大于7.17,能滿足要求。3.4.3 二級料腿長度核算用上述的壓力平衡原理（增加考慮二級旋風分離器壓降閥壓降）可得到：從入口中心至灰斗的距離6.2，所以凈高度應大于，即。今凈空高度9.5（因還有一級入口與二級入口之間的高差），能滿足要求14。3.4.4 旋風分離系統(tǒng)參數(shù)匯總表3-1 旋風分離系統(tǒng)參數(shù)匯總項 目數(shù) 值旋風分離器型號PV型旋風分離器級數(shù)2旋風分離器組數(shù)4旋風分離器筒徑一級旋風分離器入口面積0.490m2

36、二級旋風分離器入口面積0.401m2一級旋風分離器入口線速18m/s二級旋風分離器入口線速22m/s一級料腿規(guī)格二級料腿規(guī)格3.5 再生斜管直徑取再生斜管內(nèi)平均密度為。通常催化劑速度為23的范圍內(nèi)，本設計取催化劑速度為2.2。催化劑體積流率 （3-13）再生斜管截面積： （3-14）=1.11/2.2 =0.505催化劑通過再生斜管有效內(nèi)徑= （3-15）=本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)取催化劑通過再生斜管的有效內(nèi)徑為，考慮加裝襯里總厚200mm,實際直徑取。用10號鋼制作，內(nèi)部用礬土水泥作保護襯里，保護襯里總厚20015，再生斜管與中心線開口角度成。3.6 待生斜管直徑取再生斜管內(nèi)平均密度為。

37、通常催化劑速度為23的范圍內(nèi)，本設計取催化劑速度為2.2。催化劑體積流率： （3-16）待生斜管截面積：=催化劑體積流率/催化劑速度 （3-17）=1.11/2.2=0.505待再生斜管內(nèi)徑=本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)取催化劑通過待生斜管的有效內(nèi)徑為，考慮加裝襯里總厚200mm,實際直徑取。用10號鋼制作，內(nèi)部用礬土水泥作保護襯里，保護襯里總厚200，再生斜管與中心線開口角度成。3.7 再生器燒焦罐殼體3.7.1 燒焦罐殼體本設計根據(jù)計算和工業(yè)設計常規(guī)采用大慶煉油廠技術(shù)采用A3碳鋼制作，厚22，內(nèi)部有厚度為100襯里，襯里名稱為C0級，襯里體積68m3，使用型保溫釘14705個，鋼絲纖維38

38、00。3.7.2 再生器殼體采用A3碳鋼制作，稀相床部分厚26，過渡段上部厚32，過渡段下部厚36，密相床部分厚26，過渡段厚度加大，強度增加完成過渡，內(nèi)部為厚度100襯里，襯里局部厚度有76，26，25，體積分為30，0.2，0.01，用龜甲網(wǎng)2.5，來加固襯里，使用柱型保溫釘40個，端板40個，型保溫釘4900個，鋼絲纖維3800公斤。圖3-3 燒焦罐殼體層結(jié)構(gòu) 圖3-4 燒焦罐殼體內(nèi)面結(jié)構(gòu)3.8 再生系統(tǒng)設備參數(shù)一覽表表3-2 再生系統(tǒng)設備參數(shù)匯總項目數(shù)值（）燒焦罐高度15458再生器高度21400再生器燒焦罐過渡段高度2300再生器密相高度7000再生器稀相密相床過渡段高度2600再生

39、器稀相床高度9500燒焦罐內(nèi)徑再生器密相床內(nèi)徑再生器稀相床內(nèi)徑再生斜管直徑（N4）待生斜管直徑（N9）再生斜管出口直徑N3循環(huán)催化劑入口直徑再生斜管與水平角度60再生斜管與中心線角度503.9 主要設備一覽表表3-3 主要設備匯總編號設備名稱規(guī)格及結(jié)構(gòu)特征溫度0C壓力MPaR101兩段兩器再生器5244/7056/92564445822/267000.25R102外取熱器30002320016/18_0.22V101冷催化劑罐32001900016/18常溫_V102熱催化劑罐32001900016/18_V103催化劑加料斗150015006常溫_F101主風機2400m3/min_0.32

40、第4章 公用工程4.1 蒸汽系統(tǒng)1.0蒸汽在再生系統(tǒng)中起松動，吹掃作用。1.0蒸汽從裝置外蒸汽管網(wǎng)進入裝置內(nèi)1.0蒸汽管網(wǎng)，經(jīng)蒸汽分水器后供裝置反再系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和機組等各點用汽，同時供給產(chǎn)品精制系統(tǒng)用汽。另外從本裝置中壓蒸汽系統(tǒng)來的一部分中壓蒸汽經(jīng)減壓閥及減溫減壓器并入裝置內(nèi)1.0蒸汽管網(wǎng)。在正常生產(chǎn)時，裝置用1.0蒸汽是從本裝置來，只有反應汽提蒸汽使用的是氣壓機的背壓蒸汽。如果裝置內(nèi)余熱鍋爐部分出現(xiàn)問題，則必須大量使用從裝置外來的1.0蒸汽，以確保全裝置的平穩(wěn)運行。4. 2 凈化風和非凈化風系統(tǒng)0.4凈化風進入裝置后直接進入凈化風罐，從罐頂出來后，除供給滑閥吹掃用風、儀表用風

41、、產(chǎn)品精制用風、催化劑小型加料流化用風等用風外，還有一路進入凈化風罐，供煙機密封、防喘振閥、阻尼單向閥及主風機儀表等用風。0.5非凈化風進裝置后，進入非凈化風罐，供給反再系統(tǒng)松動用風、催化劑罐松動沖壓用風、輔助燃燒室用風、再生器燃燒油用風、催化劑加卸料輸送用風和工藝管線吹掃用風等，還分出一條線供產(chǎn)品精制系統(tǒng)用風。4.3 生產(chǎn)生活用水包括工藝用水，及冷卻用水，生活用水。工藝用水：這部分用水一般為軟化水或脫氧水，要經(jīng)過軟化和除氧處理。直接采用城市給水處理廠供給的生活用水；備用采用自備深井水和河水等。對于冷卻水：要求不會有水垢或泥渣沉積引起的危害；對金屬的腐蝕性小；不會促使生物或微生物的生長。冷卻水

42、基本采用內(nèi)部循環(huán)，除少量蒸發(fā)外基本沒有損耗，正常運轉(zhuǎn)時不用考慮。生活用水：這類說一般用于餐飲、化驗、淋浴等生活設施，直接采用城市供水網(wǎng)供水，備用使用自備深水井過濾處理使用。第5章 生產(chǎn)控制部分5.1 主要生產(chǎn)參數(shù)控制5.1.1 再生器燒焦控制再生器燒焦控制的理論最終目標是滿足再生催化劑碳含量（CRC）小于等于0.05%并向反應提供熱源，燒焦控制屬于熱平衡控制的范圍。CRC與再生器床層溫度，氧含量有關(guān)。燒焦控制一般體現(xiàn)在兩方面：其一是總進料的流量及其性質(zhì)和轉(zhuǎn)化率的控制；其二是控制再生器操作，亦即通過調(diào)節(jié)再生條件保證CRC，并保證床層及煙氣溫度，氧含量滿足規(guī)定的約束。5.1.2 反應溫度的控制催化

43、劑再生裝置反應溫度指的是燒焦罐和再生稀相溫度。它是催化劑再生過程一個非常重要的的參數(shù)，是生產(chǎn)中主要的控制參數(shù)。反應溫度通過改變再生循環(huán)管單動滑閥開度，調(diào)節(jié)再生催化劑的循環(huán)量來控制，以及通過外取熱器，取走過剩熱量。電動液壓執(zhí)行機構(gòu)靈敏度很高，可將再生稀相溫度變化幅度控制在7005以內(nèi)。由于再生裝置噪聲較大，同時考慮到測量精度的問題，因此，選用熱電偶。熱電偶溫度計精度高，測量范圍廣，不怕震動，便于遠距離多點集中測量和自動控制溫度。它與顯示儀表配用可集中指示和記錄；與調(diào)節(jié)器配用可對溫度進行DCS自動控制。5.1.3 反應壓力的控制反應壓力主要是指再生器內(nèi)壓力，是生產(chǎn)中主要的控制參數(shù)。催化劑再生裝置壓

44、力檢測點設在再生器中上部，正常操作壓力僅作為指示，正常為0.25，浮動范圍在0.220.30之間，反應壓力控制手段有再生器煙氣出口滑閥開度，主風機轉(zhuǎn)數(shù)等，根據(jù)裝置運行的不同階段加以控制。本裝置采用隔膜式壓力表，膜片材料為Cr18Ni9Ti。隔膜式壓力表專供石油，化工等部門測量腐蝕性，粘性較大的介質(zhì)壓力。它的安裝應力求避免震動和高溫影響，并且取壓口到壓力表間有切斷閥，以被檢修壓力表時使用，切斷閥應裝在靠近取壓口處。第6章 溫濕調(diào)節(jié)及換氣為了保證操作人員的正常工作環(huán)境，在有余熱、余溫、有害氣體或蒸汽、粉塵等排出的車間或房間，必須采用通風，以使工作環(huán)境的空氣達到并保持適宜的溫度、濕度以及衛(wèi)生的要求。

45、車間分操作一線和DCS中央控制室，辦公室兩部分，生產(chǎn)廠房采用正壓通風，分散排風設施，化驗室通風柜采用風機通風。中央控制室和辦公室統(tǒng)一使用中央空調(diào)調(diào)節(jié)溫濕以及換氣，所需要的電力在設備開工時由煙氣輪機提供，低壓變電所穩(wěn)壓后提供，一并提供其他生活辦公電力，停工時由廠內(nèi)電網(wǎng)供電。冬季由再生裝置產(chǎn)生的部分余熱蒸汽經(jīng)過調(diào)節(jié)減壓給全車間內(nèi)部供熱，停工時由廠內(nèi)低壓蒸汽網(wǎng)統(tǒng)一供熱。第7章 車間設備布置設計車間的平、立面布置應盡可能按照各裝置流程順序進行，布置在總體上達到協(xié)調(diào)，整齊，緊湊。再生工段的設備主要有，再生器R101/1和燒焦罐R101/2、外取熱器R102、熱催化劑罐V101和冷催化劑罐V102、催化劑

46、加料斗V103以及主風機F101。再生器在上，燒焦罐在下組成再生系統(tǒng)，由于外取熱器涉及到及時快速地取走再生系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，應靠近再生系統(tǒng)，方便取熱。主風機工作會產(chǎn)生震動，安放在高空容易造成共振危險，所以布置在地面以減少其震動，催化劑料斗及儲罐按流程順序布置在同一軸線上即可。對于再生系統(tǒng)露天布置與操作：本車間再生系統(tǒng)在生產(chǎn)中不需要經(jīng)常操作且自動化程度很高，受氣候影響不大采用露天布置。再生系統(tǒng)采用流程式布置，以滿足再生工藝流程順序，根據(jù)選定設備高度可以保證再生流程在水平和垂直方向的連續(xù)性且節(jié)約能源。安裝與檢修要求：根據(jù)已經(jīng)選定的設備大小和結(jié)構(gòu)，合理安排設備安裝，檢修及拆卸所需要的空間和面積。再生系

47、統(tǒng)是立式設備，人孔設置對著檢修通道方向。主風機的安放：主風機比較笨重且運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生很大的振動，所以安裝在地面以減少振動亦便于操作和檢修。再生系統(tǒng)的通道與操作平臺的布置：再生系統(tǒng)設置有系統(tǒng)的檢修通道和操作平臺，詳見本車間再生系統(tǒng)的平、立面布置圖。在上面要能方便地看到各操作點與觀測點。第8章 安全和環(huán)境保護催化裂化加工過程中不可避免地會產(chǎn)生廢水、廢氣和廢渣，如不加以治理，必將嚴重污染環(huán)境，危害人們的健康。為了保護環(huán)境，煉油廠必須按照國家標準對所產(chǎn)生的各種廢水、廢氣和廢渣嚴格進行治理，不能隨意排放。此外，噪聲也是一種污染，過強的噪聲會引起多種疾病，同樣需要加以治理16。8.1 水污染源分布及控制 8.

48、1.1 余熱鍋爐汽包排污催化裂化裝置回收能量水泵大量除氧水，為防止?jié)嵐?，需在水中加入藥劑，汽包進行排污時,由于工藝要求汽包中水PH值在8.59.5范圍內(nèi)，因此這部分連續(xù)排廢水主要是PH值超標?？蓪⑦@此水改做循環(huán)水的補充水，進行綜合利用。8.1.2 裝置開停工的廢水排放裝置開停工前，車間應制定詳細的環(huán)保方案，送上級環(huán)保部門審批。開停工時，應嚴格照環(huán)保方案操作，環(huán)保部門應加強環(huán)場的巡回檢查。特別裝置停工檢修時，因塔、容器、機泵、換熱器要倒空，吹掃蒸汽凝結(jié)形成含油廢水，主要污染物為石油類，排水的COD通常較高。為了減少這些污染，應設低位油水儲罐將停工中的油收集起來，減少排入含油廢水系統(tǒng)中的油含量。停

49、工中還有較多含堿、含硫廢水，主要來自催化裝置干氣，液態(tài)烴脫硫和汽油堿洗等系統(tǒng)吹掃處理的蒸汽凝結(jié)廢水，硫化物一般為20200mg/L，揮發(fā)酚可達2002000mg/L，堿度也較高。這部分水應進行清污分流排放至含硫、含苯酚或含堿廢水系統(tǒng)預處理后，送污水處理場處理。裝置開停工期間要加強監(jiān)測，主要監(jiān)測排放廢水的COD濃度，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。8.2 大氣污染源分析及控制 8.2.1 再生煙氣主要由再生器燃燒待生催化劑上積炭所產(chǎn)生。這部分煙氣經(jīng)三級旋風分離器回收催化劑顆粒后送煙氣機發(fā)電，再送余熱鍋爐回收能量后經(jīng)煙囪排入大氣。煙氣排放量取決于力再生器提供的主風量，煙塵主要來源于催化劑細粉和未燃燒凈的顆粒，S

50、O2、NOx、CO排放量取決于再生器工作狀況和催化原料中硫含量，如果催化裂化裝置摻渣油比例提高，催化劑上積炭和硫增多，再生器熱負荷增大，再生溫度升高，導致煙氣中SO2、NOx、CO含量增加。為抑制其生成，再生器中加入CO助燃劑，可大大降低煙氣中CO含量，達到0.5%以下，防止再生器發(fā)生尾燃現(xiàn)象，保護再生器。為降低煙塵含量，普遍采用三級高效旋風分離器，最大限度回收催化劑。為降低再生煙氣的排煙溫度，綜合利用其壓力能和熱能，催化裝置利用能量回收裝置回收煙氣的熱能，采用煙機發(fā)電回收壓力能。為減少煙SO2的排放量，國外，國內(nèi)已開發(fā)采用了硫轉(zhuǎn)移催化劑，將工藝過程產(chǎn)生的硫化物轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品后部脫除，以減少煙氣中SO2的含量17。8.2.2 其他的廢氣排放本裝置含硫廢水，堿渣等必須采用密閉輸送方式，防止其泄漏，污染環(huán)境。裝置主要塔、器頂部均有泄壓線，當系統(tǒng)壓力過高時可將油氣瓦斯送氣廠低壓瓦斯放空線，送火炬燃燒以保證裝置安全生產(chǎn)。為了回收這部分資源，降低損失，減少污染，采取了低壓瓦斯集中進氣柜，利用壓縮機將部分低壓瓦斯壓縮后送氣廠高壓瓦斯系統(tǒng)，為全廠如：熱爐、鍋爐提供燃料。這種方式只要設備正常運行，可回收99%以上的瓦斯。8.2.3 粉塵催化裂化裝置在開停工及正常生產(chǎn)中要裝入或卸出催化劑，會產(chǎn)生一些粉塵污染。為降低污染，需做好密閉及抽負