【文章內(nèi)容簡介】 術(shù) 在石油大學(xué) (華東 )勝華煉廠加工能力 100 kt/a 催化裂化工業(yè)裝置上，兩段提升管催化裂化新工藝技術(shù)由石油大學(xué) (華東 )研究開發(fā)成功。加工能力 100 kt/a 催化裝置工業(yè)試驗顯示，該項工藝技術(shù)可使裝置處理能力提高 30%－ 40%，輕油收率提高 3 個百分點(diǎn)以上，液體產(chǎn)品收率提高 2－ 3 個百分點(diǎn)，干氣和焦炭產(chǎn)率明顯降低，汽油烯烴含量降低 20 個百分點(diǎn)，催化柴油密度下降，十六烷值提高。兩段提升管催化裂化新技術(shù)最突出的效果，是可以改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大幅度提高原料的轉(zhuǎn)化深度，顯著提高輕質(zhì)油品的收率，提高催化汽油質(zhì)量，改善柴油質(zhì)量，提高催化裝置的柴汽比。該技術(shù)還具有非凡的靈活性和可調(diào)性，由此可派生出多種適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的專用技術(shù)。 據(jù)統(tǒng)計 , 1982 年底我國共有 FCC 裝置 39套 , 總加工能力為 2269 萬 t / a, 到1992 年全國 FCC 裝置數(shù)量增加到 81 套 , 能力達(dá)到 4898 萬 t / a, 十年間裝置數(shù)量翻了一番多 , 加工能力增長 115% 。近幾年來 , 發(fā)展勢頭不減 , 1994 年年底裝置數(shù)量增加到近 100 套 ,裝置總能力達(dá)到 5222 萬 t / a, 使我國催化裂化加工遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 16 能力躍居世界第二位 國內(nèi) FCC 裝置技術(shù)改造情況 為提高 FCC 輕質(zhì)油收率 , 適應(yīng)重質(zhì)油原料加工的需要 , 國內(nèi)大部分煉油企業(yè)都對 FCC 裝置進(jìn)行了技術(shù)改造 , 通過對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收 , 研制開發(fā) 出許多新設(shè)備 , 突出的有 : 高效霧化噴嘴、高效旋風(fēng)分離器和電動液壓滑閥等。實踐證明 , 高效霧化噴咀、高效旋風(fēng)分離器和電動液壓滑閥是促進(jìn)催化裂化工藝進(jìn)步的關(guān)鍵單元設(shè)備。這些新技術(shù)的應(yīng)用推廣 , 對提高催化裂化工藝技術(shù)水平 , 提高輕質(zhì)油收率等發(fā)揮了重要作用。 高效霧化噴嘴 80 年代我國在重油催化裂化裝置引進(jìn)美國 Ttotal 公司的靶式噴嘴的同時 , 相繼自行開發(fā)了 KH、 LPC、 HW、 BP、 BX 型等系列高效霧化噴咀 , 這些高效霧化噴咀的共同特點(diǎn)是由于霧化粒度細(xì) , 分散效果好 , 改善了油劑的接觸 , 從而 降低了焦炭和干氣的產(chǎn)率 , 提高了輕油和液化氣的收率。目前除個別裝置外 , 重油或摻煉渣油的 FCC 裝置均已采用了高效霧化噴咀 , 主要類型詳見 下 表。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 17 表 1 我國 FCC 裝置采用的高效進(jìn)料霧化噴咀 型 號 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 LPC – 1 采用單孔鴨咀型。噴出的原料油氣呈一扇形狀。冷模試驗霧滴直徑在 60 m 左右 , 噴咀壓力降在 0. 2～ 0. 4 M Pa, 操作彈性大。 KH 2 噴咀采用雙喉道 , 充分利用蒸汽能量來霧化油料 , 第二喉道采用雙頭結(jié)構(gòu) , 使霧化后的原料在提升管內(nèi)有良好的分布 , 集合管壓力在 0. 4～ 0. 6 MPa。 BP 1 噴咀壓力小 , 油壓要求在 0. 6～ 0. 8 MPa, 霧化蒸汽量占總進(jìn)料的5%, 原料霧化平均粒徑 。 HW 1 噴咀前后溫度高達(dá) 150℃左右 , 壓力降較低 , 約為 0. 3 MPa。適用于摻煉重油的 FCC 裝置。靶式引進(jìn)美國 Tot al 公司技術(shù) , 噴咀出口采用長條型 ( 類似稀相噴水噴頭 ) , 被霧化的進(jìn)料呈扇面狀噴入提升管內(nèi) , 油入口壓力達(dá)到 1. 4 MPa。 新型高效旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器是 FCC 裝置分離回收催化劑的主 要設(shè)備 , 它的性能直接影響到裝置催化裂化的單耗 , 也關(guān)系到裝置能否長周期安全平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。我國長期以來使用的都是 Ducon 型和 Buell 型兩種旋風(fēng)分離器 , 分離效率低 , 易損壞。 1987 年我國引進(jìn)回收效率在 99. 99% 以上的 EMTROL 型分離器 ( 簡稱 E 型 ) , 國內(nèi)又成功開發(fā)出 PV 型、 CG 型等新型高效旋風(fēng)分離器。這些新型高效旋風(fēng)分離器的共同特點(diǎn)是幾何尺寸得到優(yōu)化匹配 , 因而在同樣入口流速下能達(dá)到更高的顆粒分離效率 , 以降低催化劑消耗 , 效果十分顯著。電動液壓滑閥 電動液壓滑閥是采用電遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 18 液執(zhí)行 機(jī)構(gòu) , 閥體采用冷壁結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是推動力大 , 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分辨率和負(fù)荷靈敏度高 , 又能減少熱損失 , 明顯地克服了風(fēng)動滑閥的缺點(diǎn)。對 FCC 裝置安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。我國在 1988 年就研制開發(fā)出 LBHZ 和 BDY 9 型電動液壓滑閥 , 并在齊魯石化公司煉油廠、石家莊煉油廠、洛陽煉油廠、蘭州煉油化工總廠等多套 FCC 裝置上推廣應(yīng)用 , 效果良好。 我國催化裂化存在的差距 我國 FCC 單套平均能力小。 據(jù) 1991 年美國有關(guān)報導(dǎo) , 全世界 FCC 裝置平均單套裝置加工能力為 150 萬 t/a,美國和加拿大為 156 萬 t/a,日本為 118 萬 t/a,歐洲為 120 萬 t/a,我國為 萬 t/a,其中石化總公司為 85 萬 t/a。由此可見我國 FCC 裝置平均規(guī)模小 ,在裝置整體水平上與國外先進(jìn)水平有很大差距。 裝置能耗高。 據(jù)資料介紹美國空氣產(chǎn)品及化學(xué)產(chǎn)品公司重油 FCC能耗為 ,而我國最好水平的武漢石化廠 1994 年為 ,高出 GJ/t。法國埃爾夫公司煉油廠一套餾份油 FCC 裝置能耗為 ,我國最好水平的獨(dú)山子煉油廠 FCC 能耗1994 年為 GJ/t,高出 GJ/t。中國石油化工總公司 1994 年平均實際能耗為 GJ/ t。 1995 催化裂化能耗國際先進(jìn)水平為 GJ/ t,中國石油化工總公司平均水平為 GJ/t,距國際先進(jìn)水平有一定差距。 FCC 催化劑發(fā)展水平不高。 從世界 FCC 發(fā)展過程和趨勢來看 , 先進(jìn)的 FCC 催化劑在相當(dāng)大的程度上推動了 FCC 工藝和裝備的進(jìn)步。目前國外催化劑發(fā)展很快 , 生產(chǎn)廠家可以生產(chǎn)幾百種遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 19 不同牌號的 FCC 催化劑 , 品種繁多 , 已形成了各種催化劑系列。超穩(wěn)分子篩催 化劑的使用 , 美國已占 FCC 催化劑總用量的 70%。我國 FCC 催化劑的品種較少 , 實際使用約有 10 個品種 , 沒有形成系列。較先進(jìn)的超穩(wěn)分子篩催化劑的使用在我國僅占 FCC 催化劑總量的 15% ～ 20% , 與國外差距較大。 我國 FCC 裝置開工周期短。 國外 FCC 裝置一般開工周期可達(dá) 2～ 3 年 , 個別的達(dá)到 4 年以上。而我國 FCC 裝置開工周期平均不到一年 , FCC 裝置檢修周期短 , 非計劃停工多是我國大多 , 數(shù)裝置存在的同一問題 , 也是造成裝置能耗高、催化劑單耗和加工損失高的原因之一。 我國催化裂化今后的發(fā)展方向 對我國來說 , 催化裂化發(fā)展仍應(yīng)結(jié)合我國煉油工業(yè)面臨的實際情況 , 努力提高催化裂化技術(shù)水平 , 盡快形成具有我國特色的催化裂化工藝技術(shù)。目前我國原油不足 , 劣質(zhì)油增加很快 , 再加上國內(nèi)對油品的需求不斷增長 , 特別是輕質(zhì)油品的需求增長更快 , 因此 , 從整體上考慮 , 我國催化裂化的發(fā)展方向仍是繼續(xù)加快渣油 FCC 新技術(shù)的開發(fā)和建設(shè) , 以提高煉油廠整體經(jīng)濟(jì)效益。 提高 FCC 裝置加工量和重油摻煉比 繼續(xù)提高重質(zhì)油摻煉比 , 是拓寬 FCC 原料來源的重要渠道之一 , 盡可能提高原油 加工深度 , 增加輕質(zhì)油收率。脫瀝青油和焦化餾分油也是較好的 FCC 原料來源。繼續(xù)開發(fā)和推廣應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)技術(shù) , 開發(fā)并推廣使用新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備 , 如干氣預(yù)提升技術(shù)、高效霧化噴咀、高效旋風(fēng)分離器、電液滑閥等一系列新技術(shù)、新設(shè)備。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 20 推廣使用超穩(wěn)型分子篩催化劑 超穩(wěn) Y 型分子篩催化劑是目前最佳的渣油 FCC 催化劑 , 它具有良好的重油裂化前性、良好的焦炭選擇性和高的輕質(zhì)油收率。目國內(nèi)僅有少數(shù)裝置采用。 積極采用 FCC 過程控制技術(shù) 目前我國已有幾十套 FCC 裝置采用計算機(jī)過程控制操作 , 其中 3 套裝置采用DCS, 為提高操作和管理水平 , 實現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制打下了良好的基礎(chǔ)。但我們在此領(lǐng)域還有很大差距 , 需要開發(fā)具有先進(jìn)性的適用范圍廣泛的 FCC 裝置通用優(yōu)化軟件 , 能在線或離線調(diào)優(yōu) , 達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量 , 增加產(chǎn)量 , 提高生產(chǎn)效率的目的。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 21 2 設(shè)計說明書 加工方案的確定 依據(jù) 隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人類對輕質(zhì)油品的需求量不斷增加。將減壓渣油作為催化裂化的原料，要求盡量降低焦碳產(chǎn)率，這就要求在較緩和的條件下進(jìn)行反應(yīng)，而反應(yīng)深度低，對生產(chǎn)柴油有利。若要在較苛刻條件下 進(jìn)行反應(yīng)，并且使焦碳產(chǎn)率降低的話，可以使用分子篩催化劑，分子篩催化劑的高活性，使得對生產(chǎn)汽油越來越有利。另外從經(jīng)濟(jì)效益上看，汽油的價格也要高于柴油的價格，因此本設(shè)計選用生產(chǎn)汽油方案。 裝置型式的選擇 及流程說明 (1)裝置型式的選擇 本設(shè)計采用同軸式兩器再生裝置，直接摻煉減壓渣油，免除了對進(jìn)料的加氫處理，溶劑脫瀝青等原料預(yù)處理過程，節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本。流化催化裂化采用兩段再生。一段中把焦碳中的絕大部分的氫燒掉。二段基本沒有水生成，所以第二段可采用高溫操作，不致使催化劑在高溫下水熱失活，比表面積 下降，從而使再生劑含碳量降低到 %以下。采用外部旋風(fēng)分離器懸掛在器外。對于生焦量較高的重油催化裂化是一種較好的形式。 (2)流程說明 ① 原料預(yù)熱和反應(yīng)部分的工藝流程 新鮮原料先依次與分餾塔的頂循環(huán)回流、輕柴油、中段循環(huán)回流、油漿進(jìn)行換熱，回收帶出的部分熱量，然后進(jìn)入原料加熱爐對流段輻射加熱到 222℃，與金屬鈍化劑一起進(jìn)入提升管反應(yīng)器。但由于渣油催化裂化生焦量大，生產(chǎn)時不使用遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 22 加熱爐。 當(dāng)發(fā)生事故需要緊急切斷進(jìn)料時，可自動或遙控切斷總進(jìn)料的切斷閥，同時打開旁路閥把進(jìn)料轉(zhuǎn)送到分餾塔底或原料緩沖塔，并同時打開提 升管的事故蒸氣，由提升管地步噴入反應(yīng)器內(nèi)，作為流化介質(zhì)維持提升管反應(yīng)器的正常流化。 反應(yīng)油料通過提升管下部的進(jìn)料噴嘴，霧化后進(jìn)入提升管反應(yīng)器，在提升管下部與再生催化劑接觸，進(jìn)一步汽化并開始反應(yīng)生成油氣。油氣、水蒸氣和催化劑混合后并流向上，在提升管出口經(jīng)出口的快速分離扎進(jìn)入導(dǎo)管。此時，大部分催哈與油氣分離，油氣經(jīng)導(dǎo)管直接進(jìn)入旋風(fēng)器，進(jìn)一步與催化劑分離后經(jīng)外集氣室油氣管線去分餾塔。 催化劑進(jìn)入反應(yīng)器的汽提塔，催化劑在汽提段中底部吹入的汽提蒸汽逆相接觸，將催化劑顆粒間和顆粒本身孔隙中吸附的油氣置換出來，蒸汽與油氣 上升進(jìn)入沉降器，汽提后的催化劑有汽提段底部進(jìn)入待生斜管。 ② 兩器之間催化劑循環(huán)及再生流程 來自催化裂化反應(yīng)器汽提段底部的催化劑，經(jīng)過待生斜管和待生滑閥，進(jìn)入第一再生器。第一再生器在較緩和的條件下操作，燒掉部分焦碳和全部氫。富含CO 的煙氣通過兩極旋風(fēng)器而離開第一再生器。催化劑通過彎管進(jìn)入第二再生器，進(jìn)行高溫再生，然后，通過再生斜管和滑閥進(jìn)入提升管底部。 主風(fēng)機(jī)自大氣中把空氣吸入，壓縮后分兩路經(jīng)輔助燃燒室送入再生系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)兩路風(fēng)量來分配兩段燒焦量，并部分作提升風(fēng)。 ③ 催化劑裝卸系統(tǒng)流程 裝置設(shè)冷熱催化劑貯罐 各一個，并且有單獨(dú)加熱料系統(tǒng)。冷貯罐貯存新鮮催遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 23 化劑，用以補(bǔ)充日常的損耗熱貯罐貯存從再生器卸出來的平衡催化劑。 主要操作條件的選擇 依據(jù) 再生溫度 再生溫度是影響燒焦速率的最重要因素之一。提高再生溫度，可以提高燒焦速度。但是提高再生溫度受到催化劑水熱穩(wěn)定性和設(shè)備結(jié)構(gòu)及材料的限制。由于本裝置采用兩段再生技術(shù)，第一段再生屬常規(guī)再生，溫度在 630690℃之間，若溫度過高，催化劑水熱失活嚴(yán)重，若溫度過低，不能完成規(guī)定的燒焦任務(wù)，并使二段再生溫度低。因此，設(shè)計中取第一再生溫度為 652℃，第二再生器的溫 度由熱平衡計算得到。 再生 壓力 燒焦速率與再生煙氣中的氧分壓成正比，氧分壓是再生壓力與再生煙氣中的氧的分子濃度的乘積，因此提高再生壓力可以提高燒焦速率。提高再生壓力就必須提高主風(fēng)機(jī)的出口壓力，使主風(fēng)機(jī)功耗增加。另外根據(jù)壓力平衡的要求，再生壓力的提高將影響到反應(yīng)壓力。故再生壓力的提高受到一定的限制。根據(jù)一些工業(yè)裝置的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，選取一再壓力為 244kpa（表），二再壓力為 148 kpa（表）。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )用紙 24 表 2 壓力對再生的影響 提高壓力的優(yōu)點(diǎn) 提高壓力的缺點(diǎn) 再生器催化劑藏量降低，設(shè)備便小 對產(chǎn)品分 布不利，焦碳產(chǎn)率增大 使分餾塔中蒸汽負(fù)荷減少 鼓風(fēng)機(jī)的功率需要提高 使氣體壓縮機(jī)功率降低 再生器煙道的壓力降比較高 壓力降大，旋風(fēng)分離器效率提高 隨再生催化劑帶入反應(yīng)器和回收系統(tǒng)的惰性氣體增加 能量回收系統(tǒng)動力提高，效率提高 同樣速度下的催化劑夾帶量提高 反應(yīng)溫度 催化裂化反應(yīng)是一個以分解反應(yīng)為主的吸熱反應(yīng)，整個反應(yīng)受動