石油化工催化裂化裝置工藝流程.doc

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煉油生產(chǎn)安全技術(shù)—催化裂化的裝置簡介類型及工藝流程 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，對幾大系統(tǒng)分述如下： ㈠ 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)捰突旌希M(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650℃~700℃)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650℃~68 0℃)。再生器維持0.15MPa~0.25MPa (表)的頂部壓力，床層線速約0.7米/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。 ㈡ 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、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)挘硪徊糠纸?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，一方面使油氣冷卻至飽和狀態(tài)，另一方面也 洗下油氣夾帶的粉塵。 ㈢ 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。 一、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Ⅳ型流出催化裝置，使用微球催化劑(平均粒徑為60—70tan)，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年我國自己設(shè)計(jì)制造施工的Ⅳ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。5104t／a，占一次原油加工能力的33．5％，是加工比例最高的一種裝置，裝置規(guī)模由(34—60)104t／a發(fā)展到國內(nèi)最大300104t／a，國外為675104t／a。 　　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10—6級)。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2—4、圖2—5、圖2—6、圖2—7，其特點(diǎn)見表2—11。 (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、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1／3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{。該單元的操作對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)干氣、液化氣脫硫和汽油液化氣脫硫醇單元該兩部分為產(chǎn)品精制單元。 　　干氣、液化氣在胺液(乙醇胺、二乙醇胺、Ⅳ—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)到脫除硫醇的目的。 　　2．工藝流程 　　工藝原則流程見圖2—8。 　　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200—300C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650～700C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、三級旋分器分離出催化劑后，其溫度在650～700C，壓力0．2-0．3MPa(表)，進(jìn)人煙氣輪機(jī)作功帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)，其后溫度為500—550C，壓力為0．01MPa(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)捰汀；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，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： 　?、贇鈶B(tài)原料分子從主流擴(kuò)散到催化劑表面；②原料分子沿催化劑外向內(nèi)擴(kuò)散；③原料分子被催化劑活性中心吸附；④原料分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；⑤產(chǎn)品分子從催化劑內(nèi)表面脫附；⑥產(chǎn)品分子由催化劑外向外擴(kuò)散；⑦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C—C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2—12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(60—70／1m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2—13。 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催化劑活性毒性，降低煙氣中的SOx的含量等各類助劑，它們絕大多數(shù)也是制造成與裂化催化劑一樣的微球分別加入再生器內(nèi)，但占總劑量很少，一般在1％—3％，所以每天添加量只有10-1000kS／d左右。 　　CO助燃劑為SiO2—Al2O3細(xì)粉上載有活性金屬鉑制成。辛烷值助劑大多是含有15％-20％ZSM—5分子篩的Si—Al微球劑。而金屬鈍化劑為液態(tài)型含銻的化合物，將其注入原料油中，使其分解的金屬銻沉積在催化劑上以鈍化Ni的活性。 　　(六)原料及產(chǎn)品性質(zhì) 　　1．催化裂化原材料 　　各類催化裂化所使用的原材料不盡相同，現(xiàn)將一般所使用的原材料主要性質(zhì)匯總，見表2—14。