【文章內容簡介】 工業(yè)污水流量 20t/h則損失 ⑤ 采樣損失： kg/h⑥ 原料油含水：%,%。七 反應物料平衡及產品產率根據第一節(jié)得出的裝置物料平衡和本節(jié)前面所述的各項修正方法，可以得出各反應產物的真實流率和產率，據此做出反應部分的物料平衡即細物料平衡。表53給出了某催化裂化裝置的細物料平衡數(shù)據和產率數(shù)據及對應的粗物料平衡數(shù)據。表53 反應部分物料平衡項 目詳 細 物 料 平 衡裝置粗物料平衡kg/h%(重）kg/h%(重）餾分油3337033370渣 油1187011870合 計4524010045240100H2SH2CH4C2H6C2H4H2～C2小計1880C3H8C3H6iC4H10nC4H10C4H81iC4H82tC4H82cC4H82C3 ～C4小計8960C5221 ℃汽油19040221℃ 輕柴油952210350油漿17301730焦炭30703070損失210210合計4524010045240100第三節(jié) 元素平衡一 氫平衡氫平衡可以用于校驗物料平衡數(shù)據的合理性，反之，物料平衡又是氫平衡的基礎。過去要做催化裂化裝置的氫平衡相當困難，而當今采用先進的分析手段和較完善的計算方法，已能對催化裂化裝置做出比較接近真實值的氫平衡。石油加工尤其是重油加工，概括起來就是由低H/C的重油生產高H/C的輕油。這個過程不外乎兩種途徑，一是脫碳，二是加氫。重油加工過程實質上就是盡可能合理地利用氫的過程。哪一種加工過程原料中的氫利用得比較合理，該過程就比較好。催化裂化過程就是一種重油脫碳過程。焦炭、油漿、柴油均是授氫體，其含氫量低于原料。多余的氫“供給”氣體、汽油，它們是受氫體。沒有低H/C的焦炭、油漿的生成，就不可能產生高H/C的汽油和液化氣。其他如延遲焦化、溶劑脫瀝青、重油蒸汽裂解、渣油預處理（ROP）等都是重油脫碳過程。相比之下，重油或餾分油催化裂化過程是氫利用較好的脫碳過程。加氫過程則是利用加入氫的辦法使H/C低的重油變?yōu)楦逪/C的烴類。研究催化過程的氫平衡，有助于深入研究氫的更合理利用。在預測物料平衡時，可用于校核物料平衡的合理性。在某種程度上也可以作為產品質量衡量的一種方法，例如，初步判斷柴油的十六烷值。（一）液體物料含氫量原料（含渣油）、汽油、柴油和油漿的含氫量可以通過實驗室測定。但應注意，儀器分析有一定誤差，現(xiàn)有儀器測量的含氫量的絕對誤差為177。%(重）。也可以通過經驗關聯(lián)式計算。由于催化裂化原料性質及產品性質均有很大差異，其含氫量也有很大差別，故在做氫平衡時應通過實驗或計算得出。如催化裂化原料含氫可在12%到14%之間變化，二者的物料平衡和產品性質就有很大差異。表54～表59列出了國內催化裂化原料、汽油、柴油、澄清油等的含氫量范圍，可供在做氫平衡時參考。產品含氫不僅與原料有關，且與反應條件和催化劑有關。如汽油方案的輕柴油含氫量低于輕質油方案的輕柴油含氫量。表54 催化裂化原料的含氫量原 料含氫量，%（重）原 料含氫量，%（重）減壓餾分油：大港大慶中原中原勝利管輸混合孤島管輸混合減壓渣油：勝利大慶新疆大港孤島管輸混合常壓渣油：勝利大慶任丘延長表55 催化裂化汽油含氫量催化裂化原料含氫量 %（重）中原減壓餾分油中原減壓餾分油中原減壓餾分油 加脫瀝青油中原減壓餾分油 加15%減渣%渣油表56 催化裂化輕柴油含氫量原 料 含氫量%（重）原 料含氫量，%（重）中原減壓餾分油管輸減壓餾分油中原減壓餾分油管輸減壓餾分油 摻減渣 —— —— ——中原減壓餾分油 加脫瀝青油中原減壓餾分油 加15%減渣中原減壓餾分油 加33%減渣大港減壓餾分油 摻減渣表57 催化裂化重柴油含氫量原 料含氫量%（重）中原減壓餾分油中原減壓餾分油加脫瀝青油中原減壓餾分油加15%減渣中原減壓餾分油加33%減渣表58 催化裂化澄清油含氫量原 料含氫量，%（重）大慶餾分油大慶常渣管輸減壓餾分油，%減渣管輸油摻渣油表59 催化裂化產品含氫量產 品含氫量，%（重）C2以下氣體19CC4組分15汽油～輕柴油～重柴油或循環(huán)油～澄清油～焦炭*～* 為實驗室結果，工業(yè)上可能會更高。（二）氣體產品含氫量氣體產品含氫可以由下式計算得到： Hg= ∑Mni Hi (517)式中： Hg——氣體含氫總量 %（重） （占原料） Mni ——各氣體組分對原料的產率 % （重） Hi ——各氣體組分含氫 % （重） 各氣體組分含氫列于表510。表510 催化裂化氣體各組分的含氫量氣體組分名稱分子式含氫量，%（重）氫氣H2甲烷CH4乙烷C2H6丙烷C3H8丁烷C4H10乙烯C2H4丙烯C3H6丁烯C4H8硫化氫H2S（三）焦炭含氫量計算焦炭中含氫占原料總氫的比例不大， 但焦炭含氫的計算爭議較大。焦炭含氫的變化幅度也很大，%～12%(重）范圍內。其影響因素比較復雜，與原料性質、催化劑性質、反應條件、汽提段操作條件及設備結構等有關。工業(yè)裝置中焦炭含氫用氧平衡計算。即用主風的氮平衡計算生焦中的碳，再用氧平衡計算氫，在忽略了焦炭中硫、氮等雜質后，二者之和就認為是總焦炭量，并可計算出含氫量。計算公式見本章第一節(jié)。（四） 總的氫平衡計算及分析得出各個產物含氫數(shù)據后，即可得到反應部分總的氫平衡。一般應達到100%177。2%的準確度。下面以某催化裂化裝置的標定為例介紹氫平衡計算方法。裝置的物料平衡數(shù)據如表511所示。表 511 氫平衡計算——物料平衡項 目流量t(6h)1%（重）原料油100 餾分油 渣油產品 干氣 液化氣 汽油 柴油 焦炭 損失 酸性水帶走()（） 富氣放空閥泄漏()（） 1 干氣和液化氣的含氫量先用氣相色譜儀分析干氣和液化氣的組成，然后計算其含氫量。干氣含氫量應在扣除非烴后再計算之。表512給出了干氣和液化氣中的含氫量計算數(shù)據。表512 氫平衡計算——干氣和液化氣中的含氫量干 氣液 化 氣項目 分子量氫占組分%（重）（查表510）干氣組成%（重）含氫量（占干氣）%（重）組成%（體）組成%（重）含氫量（占液化氣）%（重）CH416C2H630C2H428C3H844C3H642iC4H1058nC4H10581 C4=56i C4=56反2 C4=56順2 C4=56≥C572H2S34H22100合計2 汽油中的含氫量汽油中含氫量采用如下三種方法計算，三種方法各有其優(yōu)點。① 用經驗公式：HW= （518）式中： K——UOP K值 T——中平均沸點，K。%（重）。用式518計算催化裂化汽油含氫量，其結果與實測值相比，%。② %（重）。③ %（重）（詳見表513）。表513 氫平衡計算——由PONA計算汽油中含氫量 %（重）項 目組 成 %組分中含氫量汽油中含氫量PO*N*A9合計100* 組分中含氫量一項，烯烴以單烯烴計，環(huán)烷烴以單環(huán)烷烴計。3 柴油的含氫量柴油的含氫量的計算方法與汽油基本上類同，只是在使用PONA族組成分析時，不像汽油可分到單體烴，所以用PONA計算準確性不及汽油。而用核磁共振分析的數(shù)據計算的含氫量準確度高。① 用經驗公式計算：HW= （5—19）式中： K——UOP K值； T——中平均沸點，K。%（重）。用式519計算催化裂化輕柴油的含氫量，其結果與實測值相比，最大誤差為3%。② %（重）。③ %（重）（見表514）。④ 用核磁共振分析計算柴油的含氫量：fA= RT=SW= NW=烯烴含量O是用碘值計算的。 (520)HW=100－SW－NW－CW （521）式中：HW、CW、SW、NW——分別為H、C、S、N的百分數(shù)，%（重）；fA——芳碳分率，%；M——分子量；RT——總環(huán)數(shù)；O——烯烴分率，%；X——S取代氫原子的個數(shù)，一般取2；Y——N取代氫原子的個數(shù)，一般取2。%（重）表514 氫平衡計算——用PONA計算柴油的含氫量 %(重)項 目組 成%（重）HW①柴油中含氫量%（重）PO②一環(huán)N二環(huán)N三環(huán)N一環(huán)A二環(huán)A三環(huán)A合 計① HW——任一個組分（P、O一環(huán)N……三環(huán)A）中的含氫量；② 因質譜分析柴油中的烯烴含量檢測不出來，所以使用輕柴油碘值計算出其烯烴含量。4 焦炭中的含氫量氫碳比用式511計算：H/C=[（CO2+O2）]/[CO2+CO] C=100/（1+H/C） （522）%（重）。5 損失部分的含氫量（1） %（重）（詳算見表515）。其中的油以汽油中的含氫量計；氰化物極微量忽略之。表515 氫平衡計算——酸性水中帶走部分的含氫量 %（重）項 目H2S酚 油NH3CO2總計組分含量%（重）100單位組分中的HWi0組分中氫HW0（2） 從火炬漏掉的是富氣， ：，%（重）%（重），%（重）。6 原料中的含氫量原料中的含氫量的計算方法不少，現(xiàn)舉如下幾個例子：（1） 用核磁共振法：原料油O= fA= SW= RT= NW= M=591其計算方法見公式（520）和（521），%（重）。（2） %（重）。%（重）作為原料含氫量參與氫平衡計算。各方法計算的氫平衡結果匯總于表516。表516 氫平衡計算——各方法的氫平衡匯總 %（重）項 目汽、柴油用經驗式汽、柴油用元素分析汽、柴油用PONA分析汽油用PONA柴油用元素分析汽油用PONA柴油用核磁共振干氣液化氣汽油柴油焦炭損失合計與原料中氫的誤差%%0%%7 對氫平衡的討論（1） 從表516看出五種方法的氫平衡結果是令人滿意的，由此評估其氫平衡是準確的。（2） 產品的氫分布討論對于催化裂化過程，人們總希望有較高的輕質油收率或液體收率，因為只有液化氣、汽油、柴油才是高價值的物料，也就是從氫平衡角度看，希望原料中的H要盡量轉向這些有用產品中，追求一個好的氫分布。本例氫分布見表517。從表517中可以看到小于或等于汽油的餾分（包括損失），它們的H收率/總收率均≥1，其中汽油≈1，即汽油中C/