催化裂化的裝置簡介及工藝流程

1、催化裂化的裝置簡介及工藝流程概述催化裂化技術(shù)的發(fā)展密切依賴于催化劑的發(fā)展。有了微球催化劑，才出現(xiàn)了流化床催化裂化裝置；分子篩催化劑的出現(xiàn)，才發(fā)展了提升管催化裂化。選用適宜的催化劑對(duì)于催化裂化過程的產(chǎn)品產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益具有重大影響。催化裂化裝置通常由三大部分組成，即反應(yīng)/再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。其中反應(yīng)再生系統(tǒng)是全裝置的核心，現(xiàn)以高低并列式提升管催化裂化為例，對(duì)幾大系統(tǒng)分述如下：（一）反應(yīng)再生系統(tǒng)新鮮原料(減壓餾分油)經(jīng)過一系列換熱后與回?zé)捰突旌?，進(jìn)入加熱爐預(yù)熱到370左右，由原料油噴嘴以霧化狀態(tài)噴入提升管反應(yīng)器下部，油漿不經(jīng)加熱直接進(jìn)入提升管，與來自再生器的高溫(約6507

2、00)催化劑接觸并立即汽化，油氣與霧化蒸汽及預(yù)提升蒸汽一起攜帶著催化劑以7米/秒8米/秒的高線速通過提升管，經(jīng)快速分離器分離后，大部分催化劑被分出落入沉降器下部，油氣攜帶少量催化劑經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器分出夾帶的催化劑后進(jìn)入分餾系統(tǒng)。積有焦炭的待生催化劑由沉降器進(jìn)入其下面的汽提段，用過熱蒸氣進(jìn)行汽提以脫除吸附在催化劑表面上的少量油氣。待生催化劑經(jīng)待生斜管、待生單動(dòng)滑閥進(jìn)入再生器，與來自再生器底部的空氣(由主風(fēng)機(jī)提供)接觸形成流化床層，進(jìn)行再生反應(yīng)，同時(shí)放出大量燃燒熱，以維持再生器足夠高的床層溫度(密相段溫度約650680)。再生器維持0.15MPa0.25MPa(表)的頂部壓力，床層線速約0.7米/

3、秒1.0米/秒。再生后的催化劑經(jīng)淹流管，再生斜管及再生單動(dòng)滑閥返回提升管反應(yīng)器循環(huán)使用。燒焦產(chǎn)生的再生煙氣，經(jīng)再生器稀相段進(jìn)入旋風(fēng)分離器，經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器分出攜帶的大部分催化劑，煙氣經(jīng)集氣室和雙動(dòng)滑閥排入煙囪。再生煙氣溫度很高而且含有約5%10%CO，為了利用其熱量，不少裝置設(shè)有CO鍋爐，利用再生煙氣產(chǎn)生水蒸汽。對(duì)于操作壓力較高的裝置，常設(shè)有煙氣能量回收系統(tǒng)，利用再生煙氣的熱能和壓力作功，驅(qū)動(dòng)主風(fēng)機(jī)以節(jié)約電能。（二）分餾系統(tǒng)分餾系統(tǒng)的作用是將反應(yīng)/再生系統(tǒng)的產(chǎn)物進(jìn)行分離，得到部分產(chǎn)品和半成品。由反應(yīng)/再生系統(tǒng)來的高溫油氣進(jìn)入催化分餾塔下部，經(jīng)裝有擋板的脫過熱段脫熱后進(jìn)入分餾段，經(jīng)分餾后得到富氣

4、、粗汽油、輕柴油、重柴油、回?zé)捰秃陀蜐{。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經(jīng)汽提、換熱或冷卻后出裝置，回?zé)捰头祷胤磻?yīng)再生系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)?。油漿的一部分送反應(yīng)再生系統(tǒng)回?zé)?，另一部分?jīng)換熱后循環(huán)回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內(nèi)氣、液相負(fù)荷分布均勻，在塔的不同位置分別設(shè)有4個(gè)循環(huán)回流：頂循環(huán)回流，一中段回流、二中段回流和油漿循環(huán)回流。催化裂化分餾塔底部的脫過熱段裝有約十塊人字形擋板。由于進(jìn)料是460以上的帶有催化劑粉末的過熱油氣，因此必須先把油氣冷卻到飽和狀態(tài)并洗下夾帶的粉塵以便進(jìn)行分餾和避免堵塞塔盤。因此由塔底抽出的油漿經(jīng)冷卻后返回人字形擋板的上方與由塔底上來的油氣逆流接觸，一方面使油氣

5、冷卻至飽和狀態(tài)，另一方面也洗下油氣夾帶的粉塵。（三）吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4甚至C2組分。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣(C2)、液化氣(C3、C4)和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油。裝置簡介（一）裝置發(fā)展及其類型1裝置發(fā)展催化裂化工藝產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，是煉油廠提高原油加工深度的一種重油輕質(zhì)化的工藝。20世紀(jì)50年代初由ESSO公司(美國)推出了型流出催化裝置，使用微球催化劑(平均粒徑為6070tan)，從而使催化裂化工藝得到極大發(fā)展。1958年我國第一套移動(dòng)床催化裂化裝置在蘭州煉油廠投產(chǎn)。1965

6、年我國自己設(shè)計(jì)制造施工的型催化裝置在撫順石油二廠投產(chǎn)。經(jīng)過近40年的發(fā)展，催化裂化已成為煉油廠最重要的加工裝置。截止1999年底，我國催化裂化加工能力達(dá)8809。5×104ta，占一次原油加工能力的335，是加工比例最高的一種裝置，裝置規(guī)模由(3460)×104ta發(fā)展到國內(nèi)最大300×104ta，國外為675×104ta。隨著催化劑和催化裂化工藝的發(fā)展，其加工原料由重質(zhì)化、劣質(zhì)化發(fā)展至目前全減壓渣油催化裂化。根據(jù)目的產(chǎn)品的不同，有追求最大氣體收率的催化裂解裝置(DCC)，有追求最大液化氣收率的最大量高辛烷值汽油的MGG工藝等，為了適應(yīng)以上的發(fā)展，相應(yīng)推

7、出了二段再生、富氧再生等工藝，從而使催化裂化裝置向著工藝技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益更好的方向發(fā)展。2裝置的主要類型催化裂化裝置的核心部分為反應(yīng)再生單元。反應(yīng)部分有床層反應(yīng)和提升管反應(yīng)兩種，隨著催化劑的發(fā)展，目前提升管反應(yīng)已取代了床層反應(yīng)。再生部分可分為完全再生和不完全再生，一段再生和二段再生(完全再生即指再生煙氣中CO含量為106級(jí))。從反應(yīng)與再生設(shè)備的平面布置來講又可分為高低并列式和同軸式，典型的反應(yīng)再生單元見圖24、圖25、圖26、圖27，其特點(diǎn)見表211。（二）裝置單元組成與工藝流程1.組成單元催化裂化裝置的基本組成單元為：反應(yīng)再生單元，能量回收單元，分餾單元，吸收穩(wěn)定單元。作為擴(kuò)充部分有：干氣

8、、液化氣脫硫單元，汽油、液化氣脫硫醇單元等。各單元作用介紹如下。(1)反應(yīng)再生單元重質(zhì)原料在提升管中與再生后的熱催化劑接觸反應(yīng)后進(jìn)入沉降器(反應(yīng)器)，油氣與催化劑經(jīng)旋風(fēng)分離器與催化劑分離，反應(yīng)生成的氣體、汽油、液化氣、柴油等餾分與未反應(yīng)的組分一起離開沉降器進(jìn)入分餾單元。反應(yīng)后的附有焦炭的待生催化劑進(jìn)入再生器用空氣燒焦，催化劑恢復(fù)活性后再進(jìn)入提升管參加反應(yīng)，形成循環(huán)，再生器頂部煙氣進(jìn)入能量回收單元。(2)三機(jī)單元所謂三機(jī)系指主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)和增壓機(jī)。如果將反一再單元作為裝置的核心部分，那么主風(fēng)機(jī)就是催化裂化裝置的心臟，其作用是將空氣送人再生器，使催化劑在再生器中燒焦，將待生催化劑再生，恢復(fù)活性以保

9、證催化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。增壓機(jī)是將主風(fēng)機(jī)出口的空氣提壓后作為催化劑輸送的動(dòng)力風(fēng)、流化風(fēng)、提升風(fēng)，以保持反再系統(tǒng)催化劑的正常循環(huán)。氣壓機(jī)的作用是將分餾單元的氣體壓縮升壓后送人吸收穩(wěn)定單元，同時(shí)通過調(diào)節(jié)氣壓機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)也可達(dá)到控制沉降器頂部壓力的目的，這是保證反應(yīng)再生系統(tǒng)壓力平衡的一個(gè)手段。(3)能量回收單元利用再生器出口煙氣的熱能和壓力使余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽和煙氣輪機(jī)作功、發(fā)電等，此舉可大大降低裝置能耗，目前現(xiàn)有的重油催化裂化裝置有無此回收系統(tǒng)，其能耗可相差13左右。(4)分餾單元沉降器出來的反應(yīng)油氣經(jīng)換熱后進(jìn)入分餾塔，根據(jù)各物料的沸點(diǎn)差，從上至下分離為富氣(至氣壓機(jī))、粗汽油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{。該單元的

10、操作對(duì)全裝置的安全影響較大，一頭一尾的操作尤為重要，即分餾塔頂壓力、塔底液面的平穩(wěn)是裝置安全生產(chǎn)的有力保證，保證氣壓機(jī)人口放火炬和油漿出裝置系統(tǒng)的通暢，是安全生產(chǎn)的必備條件。(5)吸收穩(wěn)定單元經(jīng)過氣壓機(jī)壓縮升壓后的氣體和來自分餾單元的粗汽油，經(jīng)過吸收穩(wěn)定部分，分割為干氣、液化氣和穩(wěn)定汽油。此單元是本裝置甲類危險(xiǎn)物質(zhì)最集中的地方。(6)產(chǎn)品精制單元包括干氣、液化氣脫硫和汽油液化氣脫硫醇單元該兩部分，干氣、液化氣在胺液(乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺等)作用下、吸收干氣、液化氣中的H2S氣體以達(dá)到脫除H2S的目的。汽油和液化氣在堿液狀態(tài)中在磺化酞氰鈷或聚酞氰鉆作用下將硫醇氧化為二硫化物，以達(dá)到脫除

11、硫醇的目的。2工藝流程工藝原則流程見圖28。原料油由罐區(qū)或其他裝置(常減壓、潤滑油裝置)送來，進(jìn)入原料油罐，由原料泵抽出，換熱至200300°C左右，分餾塔來的回?zé)捰秃陀蜐{一起進(jìn)入提升管的下部，與由再生器再生斜管來的650700°C再生催化劑接觸反應(yīng)，然后經(jīng)提升管上部進(jìn)入分餾塔(下部)；反應(yīng)完的待生催化劑進(jìn)入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油氣的待生劑通過待生斜管進(jìn)入再生器下部燒焦罐。由主風(fēng)機(jī)來的空氣送人燒焦罐燒焦，并同待生劑一道進(jìn)入再生器繼續(xù)燒焦，燒焦再生后的再生催化劑由再生斜管進(jìn)人提升管下部循環(huán)使用。煙氣經(jīng)一、二、三級(jí)旋分器分離出催化劑后，其溫度在650700°

12、;C，壓力02-03MPa(表)，進(jìn)人煙氣輪機(jī)作功帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)，其后溫度為500550°C，壓力為001MPa(表)左右，再進(jìn)入廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽，發(fā)汽后的煙氣(溫度大約為200左右)通過煙囪排到大氣。反應(yīng)油氣進(jìn)入分餾塔后，首先脫過熱，塔底油漿(油漿中含有2%左右催化劑)分兩路，一路至反應(yīng)器提升管，另一路經(jīng)換熱器冷卻后出裝置。脫過熱后油氣上升，在分餾塔內(nèi)自上而下分離出富氣、粗汽油、輕柴油、回?zé)捰??；責(zé)捰腿ヌ嵘茉俜磻?yīng)，輕柴油經(jīng)換熱器冷卻后出裝置，富氣經(jīng)氣壓機(jī)壓縮后與粗汽油共進(jìn)吸收塔，吸收塔頂?shù)呢殮膺M(jìn)入再吸收塔由輕柴油吸收其中的C4-C5，再吸收塔頂干氣進(jìn)入干氣脫硫塔脫硫后作為產(chǎn)品出裝置，

13、吸收塔底富吸收油進(jìn)入脫吸塔以脫除其中的C2。塔底脫乙烷汽油進(jìn)入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔底油經(jīng)堿洗后進(jìn)入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置，穩(wěn)定塔頂液化氣進(jìn)入脫硫塔脫除H，S，再進(jìn)入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置。(脫硫脫硫醇未畫出)（三）化學(xué)反應(yīng)過程1催化裂化反應(yīng)的特點(diǎn)催化裂化反應(yīng)是在催化劑表面上進(jìn)行的，其反應(yīng)過程的7個(gè)步驟如下： 氣態(tài)原料分子從主流擴(kuò)散到催化劑表面； 原料分子沿催化劑外向內(nèi)擴(kuò)散； 原料分子被催化劑活性中心吸附； 原料分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 產(chǎn)品分子從催化劑內(nèi)表面脫附； 產(chǎn)品分子由催化劑外向外擴(kuò)散； 產(chǎn)品分子擴(kuò)散到主流中。重質(zhì)原料反應(yīng)生成目的產(chǎn)品可用下圖表示：2催化裂化反應(yīng)種類石油餾分是由十分復(fù)雜的烴類和非

14、烴類組成，其反應(yīng)過程十分復(fù)雜，種類繁多，大致分為幾個(gè)類型。(1)裂化反應(yīng)是主要的反應(yīng)。即CC鍵斷裂，大分子變?yōu)樾》肿拥姆磻?yīng)。(2)異構(gòu)化反應(yīng)是重要的反應(yīng)。即化合物的相對(duì)分子量不變，烴類分子結(jié)構(gòu)和空間位置變化，所以催化裂化產(chǎn)物中會(huì)有較多異構(gòu)烴。(3)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)是一個(gè)烴分子上的氫脫下來加到另一個(gè)烯烴分子上，使其烯烴飽和，該反應(yīng)是催化裂化特有的反應(yīng)。雖然氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)會(huì)使產(chǎn)品安定性變好，但是大分子的烴類反應(yīng)脫氫將生成焦炭。(4)芳構(gòu)化反應(yīng)烷烴、烯烴環(huán)化生成環(huán)烷烴和環(huán)烯烴，然后進(jìn)一步氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成芳烴，由于芳構(gòu)化反應(yīng)使汽油、柴油中芳烴較多。除以上反應(yīng)外，還有甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)、疊合反應(yīng)和烷基化反應(yīng)等。（四）主要

15、操作條件及工藝技術(shù)特點(diǎn)1主要操作條件因不同的工藝操作條件不盡相同，表212列出一般一段再生催化裂化的主要操作條件。2工藝技術(shù)特點(diǎn)(1)微球催化劑的氣固流態(tài)化催化裂化確切一點(diǎn)應(yīng)該叫作流化催化裂化。微球催化劑(60701m粒徑)在不同氣相線速下呈現(xiàn)不同狀態(tài)，可分為固定床(即催化劑不動(dòng))、流化床(即催化劑只在一定的空間運(yùn)動(dòng))和輸送床(即催化劑與氣相介質(zhì)一同運(yùn)動(dòng)而離開原來的空間)三種。催化裂化的提升管反應(yīng)是輸送床，而再生器中待生催化劑的燒焦過程是流化床，所以微球催化劑的氣固流態(tài)化是催化裂化工藝得以發(fā)展的基礎(chǔ)，從而使反應(yīng)再生能在不同的條件下得以實(shí)現(xiàn)。(2)催化裂化的化學(xué)反應(yīng)最主要的反應(yīng)是大分子烴類裂化為

16、小分子烴類的化學(xué)反應(yīng)，從而使原油中大于300餾分的烴類生成小分子烴類、氣體、液化氣、汽油、柴油等，極大地增加了煉油廠的輕質(zhì)油收率，并能副產(chǎn)氣體和液化氣。（五）催化劑及助劑1催化劑烴類裂化反應(yīng)，應(yīng)用熱裂化工藝也能完成，但是有了催化劑的參加，其化學(xué)反應(yīng)方式不同，所以導(dǎo)致二類工藝的產(chǎn)品性質(zhì)和產(chǎn)品分布都不同。目前催化裂化所使用的催化劑都是分子篩微球催化劑，根據(jù)不同產(chǎn)品要求可制造出各種型號(hào)的催化劑。但其使用性能要求是共同的，即高活性和選擇性，良好的水熱穩(wěn)定性，抗硫、氮、重金屬的中毒；好的強(qiáng)度，易再生，流化性能好等。目前常見的有重油催化裂化催化劑、生產(chǎn)高辛烷值汽油催化劑、最大輕質(zhì)油收率催化劑、增加液化氣收率催化劑和催化裂解催化劑等。由于催化裂化原料的重質(zhì)化，使重油催化劑發(fā)展十分迅速，目前國內(nèi)全渣油型催化劑性能見表213。2催化裂化助劑為了補(bǔ)充催化劑的其他性能，近年來發(fā)展了多種起輔助作用的助催化劑，這些助劑均以劑的方式，加到裂化催化劑中起到除催化裂化過程外的其他作用。如促進(jìn)再生煙氣中CO轉(zhuǎn)化為C02，提高汽油辛烷值，鈍化原料中重金屬對(duì)催化劑活性毒性，降低煙氣中的S