催化裂化的工藝特點及基本原理

1、教 案葉蔚君5.1催化裂化的工藝特點及基本原理 引入:先提問復習，再從我國催化裂化汽油產量所占汽油總量的比例引入本章內容。板書:催化裂化一、概述1、催化裂化的定義、反應原料、反應產物、生產目的講述:1催化裂化的定義(重質油在酸性催化劑存在下，在470530OC的溫度和0.10.3MPa的條件下，發(fā)生一系列化學反應，轉化成氣體、汽油、柴油等輕質產品和焦炭的過程。)、反應原料:重質油;(輕質油、氣體和焦炭)、(輕質油);板書2.催化裂化在煉油廠申的地位和作用:講述以汽油為例，據(jù)1988年統(tǒng)計，全世界每年汽油總消費量約為6.5億噸以上，我國汽油總產量為1750萬噸，從質量上看，目前各國普通級汽油一般

2、為90-92RON、優(yōu)質汽油為96-98RON，我國1988年頒布車用汽油指標有兩個牌號，其研究法辛烷值分別為不低于90和97。但是，輕質油品的來源只靠直接從原油中蒸餾取得是遠遠不夠的。一般原油經常減壓蒸餾所提供的汽油、煤油和柴油等輕質油品僅有10-40%，如果要得到更多的輕質產品以解決供需矛盾，就必須對其余的生質餾分以及殘渣油進行二次加工。而且，直餾汽油的辛烷值太低，一般只有40-60MON，必須與二次加工汽油調合使用。國內外常用的二次加工手段主要有熱裂化、焦化、催化裂化和加氫裂化等。而熱裂化由于技術落后很少發(fā)展，而且正逐漸被淘汰，焦化只適用于加工減壓渣油，加氫裂化雖然技術上先進、產品收率高

3、、質量好、靈活性大，但設備復雜，而且需大量氫氣，因此，技術經濟上受到一定限制，所以，使得催化裂化在石油的二次加工過程中占居著重要地位(在各個主要二次加工工藝中居于首位)。特別是在我國，車用汽油的組成最主要的是催化裂化汽油，約占近80%。因此，要改善汽油質量提高辛烷值，首先需要把催化裂化汽油辛烷值提上去。目前我國催化裂化汽油辛烷值RON偏低，必須采取措施改進工藝操作，提高催化劑質量，迅速趕上國際先進水平。板書3催化裂化過程具有以下幾個特點講述(1)輕質油收率高，可達70%-80%，而原料初餾的輕質油收率僅為10%40%。所說輕質油是指汽抽、煤油和柴油的總和。(2)催化汽油的辛烷值較高，研究法辛烷

4、值可達85以上。汽油的安定性也較好。(3)催化柴油的十六烷值低，常與直餾柴油調合使用或經加氫精制提高十六烷值。(4)催化裂化氣體產品產率約為10%20%左右，其中90%左右是C3，C4(稱為液化石油氣)。C3、C4組分中合大量烯烴。因此這部分產品是優(yōu)良的石油化工原料及生產高辛烷值汽油組分的原料。氣體產率為10%20%，汽油產率為30%50%，柴油產率不超過40%，焦炭產率在5%7%左右。催化裂化過程的主要目的是生產汽油，根據(jù)我國國情，交通運輸和農業(yè)的發(fā)展，對柴油的需求量很大，通過調整操作條件或采用新的工藝技術，可在生產汽油的同時，盡可能提高柴抽的產率，這也是我國催化裂化技術的一大特點。板書4.

5、催化裂化的發(fā)展概況 5.催化裂化的發(fā)展方向：講述：繼續(xù)改進工藝、設備、催化劑技術，盡可能多地轉化劣質重油；提高輕質產品收率。對我國而言，特別要在保證長周期運轉上下功夫。繼續(xù)研究開發(fā)多產低碳烯烴的工藝，為發(fā)展石油化工和清潔燃料組分的生產提供原料。利用其反應機理，繼續(xù)研究開發(fā)能滿足市場產品需求的催化裂化工藝和催化劑。為清潔生產，研究開發(fā)減少排放的工藝、催化劑、添加劑以及排放物的無害化處理。同步發(fā)展催化裂化與其它工藝的組合優(yōu)化。過程模擬和計算機應用。新催化材料的開發(fā)和應用。引入催化裂化汽油原料和產品板書二、催化裂化的原料和產品1、 原料：餾分油、渣油講述餾分油（直餾重餾分油/直餾減壓餾分油VGO餾程

6、是350500oC、熱加工產物焦化蠟油/減粘裂化餾出油、潤滑油溶劑精制的抽出油）、渣油（減壓渣油、脫瀝青的減壓渣油、加氫處理重油等，常摻入到減壓餾分油中進行加工，當減壓餾分油中摻入渣油時則通稱為RFCC）。 評價指標：餾分組成、烴類族組成、殘?zhí)?、含硫含氮化合物、金屬等。板?、產品：氣體、液體產物、焦炭講述氣體（干氣、液化氣）、液體產物（汽油、柴油、重柴油/回煉油、油漿/澄清油）、焦炭。引入催化裂化原料是如何進行反應而得到產品的？板書三、烴類的催化裂化反應小結:一、烴類的催化裂化基本反應:(一)烷烴(以分解反應為主);(二)烯烴(分解反應、異構化反應骨架異構/雙鍵位移異構/幾何結構、氫轉移反應

7、、芳構化反應脫氫);(三)環(huán)烷烴(分解、氫轉移、異構化);(四)芳香烴(烷基側鏈斷裂、脫氫、焦化)提問:為什么催化的汽油辛烷值高，而柴油的十六烷值低呢?回答要點：從裂化可能進行的化學反應上看，可知異構成分、芳香烴較多，而正構烷烴少)再把辛烷值、十六烷值的概念重新復習一遍。板書二、石油餾分的催化裂化反應機理各種烴類之間的競爭吸附和對反應的阻滯作用、復雜的平行-順序反應。不同烴類分子在催化劑表面上的吸附能力不同，其順序如下:稠環(huán)芳烴>稠環(huán)環(huán)烷烴>烯烴>單烷塞單環(huán)芳烴>單環(huán)環(huán)烷烴>烷烴同類分子，相對分予質量越大越容易被吸附。按烴類化學反應速度順序排列，大致如下:烯烴&g

8、t;大分子蓽烷基側鏈的單環(huán)芳烴>異構烷烴和環(huán)烷烴>小分子單烷基側鏈的單環(huán)芳烴>正構烷烴>稠環(huán)芳烴討論催化裂化的理想原料是什么?為什么?討論結束請學生回答問題小結環(huán)烷烴有一定的吸附能力，又具適宜的反應速度，因此可以認為，富含環(huán)烴的石油餾分應是催化裂化的理想原料引入催化裂化反應的催化劑結構和組成如何?應該在使用中注意些什么?板書四、催化裂化催化劑1、裂化催化劑的種類(無定形硅酸鋁、分子篩系列)、組成(活性中心Al2O3，Si02、其他添加劑)和結構(八面沸石籠); 板書2.裂化催化劑的使用性質:活性、選擇性、穩(wěn)定性抗重金屬污染性質。講述活性、選擇性、穩(wěn)定性抗重金屬污染性質對

9、催化劑的影響。板書3.工業(yè)用分子篩裂化催化劑的種類: 4.裂化催化劑的失活與再生:講述失活原因(水熱失活、結焦失活、中毒失活)、裂化催化劑的再生(主要是燒焦)再生操作的主要影響因素(T、氧分壓、再生劑含碳量、再生器的結構形式、再生時間)歸納、提問、總結以提問的方式梳理本次課的內容5.2催化裂化工業(yè)裝置（工藝流程）引入:先提問復習，再引入提問:催化裂化的工藝流程由哪幾個部分組成、主要設備是什么、現(xiàn)有哪些新技術?板書5-2催化裂化工業(yè)裝置(工藝流程)一、生產中幾個常用的基本觀念(一)轉化率和回煉操作版書并講解1轉化率:原料轉化為產品的百分率?？傓D化率(氣體+汽油+焦炭)/(新鮮原料油)x100%講

10、述真正意義的轉化率應該是原料油量減去末轉化油的量與原料油量之比，稱為重油轉化率，一般在實驗室使用。版書2.回煉操作講述回煉操作又叫循環(huán)裂化。由于新鮮原料經過一次反應后不能都變成要求的產品，還有一部分和原料油餾程相近的中間餾分。把這部分中間餾分送回反應器重新進行反應就叫回煉操作。這部分中間餾分油就叫做回煉油(或稱循環(huán)油)。如果這部分循環(huán)油不去回煉而作為產品送出裝置，這種操作叫單程裂化。版書并講解單程轉化率=(氣體+汽油+焦炭)/(總進料)x100%=總轉化率/(1+回煉化)式中回煉比是回煉油(包括回煉油漿)與新鮮原料質量之比，即:版書并講解回煉比=(回煉油十回煉油漿)/新鮮原料回煉比的大小由原料

11、性質和生產方案決定。通常，多產汽油方案采用小回煉比，多產柴油方案用大回煉比。舉例總轉化率、單程轉化率的計算板書(二)空速和反應時間講述在床層流化催化裂化中?常用空速表示原料油與催化劑的接觸時間。其定義是每小時進入反應器的原料油量與反應器內催化劑藏量之比。其定義是每小時進入反應器的原料油量與反應器內催化劑藏量之比板書(三)劑油比:劑油比為510講述催化劑循環(huán)量與總進料量之比稱為劑油比，用c/o表示:在同一條件下，劑油比大，表明原料油能與更多的催化劑接觸，單位催化劑上的積炭少，催化劑失活程度小，從而使轉化率提高。但劑油比增大會便焦炭產率增加，劑油比太小，增加熱裂化反應的比例，使產品質量變差。高劑油

12、比操作對改善產品分布和產品質量都有利，實際生產中劑油比為510板書(四)反應溫度470520oC講述如前所述，石油餾分的催化裂化反應總體上是強吸熱反應，欲便反應過程順利進行，必須提供熱量使之在一定溫度條件下進行。工業(yè)生產中石油餾分是在提升管反應器中進行的，由于反應過程申吸收熱量和器壁散熱，反應器進口和出口的溫度是不相同的，進口溫度高于出口大約2030。C。所謂反應溫度通常是指提升管出口溫度，根據(jù)所加工的原料和生產方案的不同，反應溫度在470520。C左右。通常，原料越重應采用較高的反應溫度，處理輕質原料采用較低的反應溫度;以多產柴油為目的，應采用較低的反應溫度，以生產汽油和液化氣為主要目的則應

13、采用較高的反應溫度。版書二、催化裂化裝置的工藝流程（一） 反應再生系統(tǒng)投影高低并列式提升管催化裂化裝置反應再生系統(tǒng)的工藝流程。講述1.工藝流程新鮮原料（減壓餾分油或重油）經過一系列換熱后與回煉油混合，進入加熱爐預熱到200300的溫度，由原料油噴嘴以霧化狀態(tài)噴入提升管反應器下部，與來自再生器的高溫催化劑接觸并立即氣化，油氣與霧化蒸汽及預提升蒸汽一起攜帶著催化劑以5-8m/s的線速向上流保證催化劑在兩器間按正常流向循環(huán)以及再生器有良好的流化狀況是催化裂化裝置的技術關鍵，除設計時準確無誤外，正確操作也非常重要。2、主要設備的結構和作用特點3、著重于反應再生的新技術板書（二）分餾系統(tǒng)講述分餾系統(tǒng)的作

14、用是將反應再生系統(tǒng)的產物進行初步分離，得到部分產品和半成品。由反應再生系統(tǒng)來的高溫油氣進入催化分餾塔下部，經裝有擋板的脫過熱段脫過熱后進入分餾段，經分餾后得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回煉油和油漿。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經提、換熱或冷卻后出裝置；回煉油返回反應再生系統(tǒng)進行回煉；油漿的一部分送反應再生系統(tǒng)回煉，另一部分經換熱后循環(huán)回分餾塔。將輕柴油的一部分經冷卻后送至再吸收塔作為吸收劑，吸收了C3、C4組分的輕柴油再返回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內氣、液負荷分布均勻，在塔的不同位置分別設有4個循環(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。板書1工藝流

15、程：吸收穩(wěn)定系統(tǒng)包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔以及相應的冷換設備。 2主要設備的結構和作用特點板書（三）吸收穩(wěn)定系統(tǒng)板書工藝流程講述由分餾系統(tǒng)油氣分離器出來的富氣經氣體壓縮機升壓后，冷卻并分出凝縮油，壓縮富氣進入吸收塔底部，粗汽油和穩(wěn)定汽油作為吸收劑由塔頂進入，吸收了C3、C4的富吸收油由塔底抽出送至解吸塔頂部。吸收塔設有一個中段回流以維持塔內較低的溫度。吸收塔頂出來的貧氣中尚夾帶少量汽油，經再吸收塔用輕柴油回收其中的汽油組分后成為干氣送燃料氣管網。吸收了汽油的輕柴油由再吸收塔底抽出返回分餾塔。解吸塔的作用是通過加熱將富吸收油中飽組分解吸出來，由塔頂引出進入中間平衡罐，塔底為脫乙烷汽油被

16、送至穩(wěn)定塔。穩(wěn)定塔的目的是將汽油中c4以下的輕烴脫除，在塔頂?shù)玫揭夯瘹?，塔底得到合格的汽?即穩(wěn)定汽油)。板書 2主要設備的結構和作用特點及功能講述吸收塔、分餾塔、解吸塔結構和作用特點及功能板書二、渣油催化裂化（一）渣油原料的特性及其對催化裂化過程的影響1焦炭產率高講述與餾分油催化裂化焦炭產率做比較版書2重金屬的危害講述渣油中的重金屬，在催化裂化過程中，幾乎全部沉積在催化劑表面上，造成嚴重污染。危害最大的是鎳、釩和鈉。在催化裂化條件下，鎳是脫氫催化劑，催化劑被鎳污染后，其選擇性變壞，使焦炭和氫氣產率增加而汽油產率降低;當原料中含硫時鎳的危害更大。釩可與沸石作用破壞催化劑的晶體結構或酸性中心，造成永久性失活。鈉可降低催化劑的穩(wěn)定性。因此，如何控制重金屬對催化劑的污染，使催化劑保持較高的平衡活性和選擇性是渣油催化裂化的另一技術關鍵。版書3.硫、氮等雜質的影響講述渣油中硫、氮等雜質含量高，裂化所得輕質油品和焦炭中硫、氮化合物含量也相應增加，前者影響油品質量，后者在催化劑再生時產生更多的SOX和NOX增加對環(huán)境的污染。因此，如何改善產品的質量，減少環(huán)境污染也是渣油催化裂化應予以注意的問題。版書(二)實現(xiàn)渣油催化裂化的技術措施1工藝特點:講述(1)采用抗金屬污染性能好，汽油辛烷值高，焦和氣體產率高且再生性能好的催化劑。(2)采用高溫短接觸時間以