【文章內(nèi)容簡介】 催化劑，焦碳產(chǎn)率和溫度，劑油比以及催化劑在反應(yīng)區(qū)的停留時間有如下關(guān)系： 焦碳產(chǎn)率∝Tc(1+回?zé)挶?（C/O）(τc) 其中，Tc—焦碳產(chǎn)率的溫度因數(shù)。 反應(yīng)時間和溫度、催化劑的活性、再生催化劑含碳量、劑油比以及原料的性質(zhì)等，共同決定著原料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品分布。汽油方案反應(yīng)現(xiàn)在趨勢是把反應(yīng)溫度提高到500～530℃范圍內(nèi)。這樣，一方面可以得到較高的汽油辛烷值。另一方面，由于高溫使氣體產(chǎn)率增加，因而烷基化的原料增加，使高辛烷值汽油的總收率增加。故對汽油方案而言，從汽油的收率和質(zhì)量來看，采用高溫短接觸時間是有利的，反應(yīng)時間一般是1～3秒，本次設(shè)計選定為2秒。由于汽油方案的回?zé)挶刃。b置的熱平衡容易滿足，采用高溫短接觸時間還可以降低焦碳產(chǎn)率，從而節(jié)省再生器的投資和操作費用。生產(chǎn)實踐中常用催化劑循環(huán)量調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，其實質(zhì)是通過改變劑油比調(diào)節(jié)焦碳產(chǎn)率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)裝置熱平衡的目的。劑油比是催化劑循環(huán)量與總進料量之比，實際上C/O反映了單位催化劑上有多少原料進行反應(yīng)并在其上沉積焦碳。劑油比大時，單位催化劑上積碳量就較少，且焦碳產(chǎn)率下降，催化劑活性下降程度相應(yīng)要小些。劑油比大時原料與催化劑可接觸機會更充分?；?zé)挶仁侵缚偦責(zé)捰土颗c新鮮原料油量之比。在一定的總轉(zhuǎn)化率下，回?zé)挶戎皇菃纬剔D(zhuǎn)化率的反映。單程轉(zhuǎn)化率高，回?zé)挶刃　?煙氣中的過剩氧量再生煙氣中含氧量過高，會使主風(fēng)負(fù)荷增大，再生溫度下降，能量回收困難，增加廢氣排放量，且易引發(fā)二次燃燒，再生煙氣中含氧量太低，會使燒炭不完全，CO2/CO減少。不僅影響再生效率和后面催化劑的活性。而且增加能量回收難度，污染環(huán)境。在適宜范圍內(nèi)提高過剩氧含量，可以提高再生速度，縮短再生時間，避免催化劑在高溫狀態(tài)下停留時間過長而造成高溫失活。對于兩個再生器串聯(lián)再生的裝置，一再不完全燃燒，二再高溫完全再生，一般不使用CO助燃劑，二再出口煙氣氧含量控制在1%～3%（體積分?jǐn)?shù)），本次設(shè)計取過氧量為3%。 CO2/CO在催化劑再生過程中，要產(chǎn)生大量的CO，一般CO2/CO為1：1。采用分子篩催化劑，由于焦碳產(chǎn)率降低和高溫再生促使CO2/CO降低，因而使再生器提供的熱量減少，這就需要提高原料預(yù)熱溫度并向再生器噴燃燒油，如果CO在再生器內(nèi)燒掉，不僅可以降低原料預(yù)熱溫度，停止噴燃燒油，同時可進一步提高催化劑溫度，降低劑油比，%～%，因而有利于改善產(chǎn)品分布。本設(shè)計采用兩器兩段完全再生（帶取熱），CO2/CO體積比2～150，%～%。這種再生形式實際上是一種能控制CO燃燒的過程，防止二次燃燒。如CO在稀相急劇二次燃燒，煙氣中催化劑已極少，CO燃燒的熱量使煙氣溫度升高，甚至高達(dá)1000℃。這樣容易燒壞設(shè)備，因此必須采取一切措施增大CO2/CO之比。避免二次燃燒，采用完全再生即是一種有效方法。 H/C大慶常壓渣油H/C（原子）。輕質(zhì)油與重質(zhì)的最重要的差別在于分子量不同和H/C（氫碳比）不同。： 油品碳?xì)浔扔推菲胀ㄔ椭刭|(zhì)原油天然汽輕質(zhì)油減壓渣油戊烷脫出瀝青H/C—2——一般說來，從重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油，除了從大分子分解為較小分子外，還從低H/C的組成轉(zhuǎn)化成較高H/C的組成。分子量的變化主要依靠分解反應(yīng)（熱反應(yīng)或催化反應(yīng)），而H/C的變化則不外乎通過兩個途徑：脫碳和脫氫。所謂脫碳，即脫去其中H/C最低的部分，例如溶劑脫瀝青等；或經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化使一部分產(chǎn)物H/C降得更低，而另一部分產(chǎn)物H/C有所提高，例如催化裂化、焦碳化等。至于加氫，則是借助外來的氫來提高整個產(chǎn)物H/C，例如加氫裂化等。對于重殘油的輕質(zhì)化，則根據(jù)原料的特點選擇加工方案。大慶常壓渣油金屬含量較低，尤其是Ni，H/C比（）較高，故選用直催化裂化加工方案是合宜的。 提升管各點的蒸汽噴入量為了減少催化劑的磨損，減少水蒸氣對催化劑的老化作用，在滿足必需的工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減少吹氣點和蒸汽的吹入量。⑴ 霧化蒸汽催化裂化是氣相反應(yīng)，使進入提升管的原料迅速汽化很重要。良好的霧化，可以使油、氣和催化劑混合均勻。同時，霧化蒸汽可以降低油、氣分壓，避免催化劑迅速結(jié)焦。在一旦發(fā)生原料中斷的事故時，霧化蒸汽還可以避免噴嘴的堵塞。對于大慶常壓渣油，霧化蒸汽按總進料量的5%設(shè)計。本次設(shè)計采用多噴嘴進料，每一個噴嘴都應(yīng)有相應(yīng)的霧化蒸汽。⑵ 事故蒸汽采用提升管進料事故蒸汽，是為了保證在原料中斷后，提升管內(nèi)催化劑能維持流化而不致噎塞。同時防止油氣倒入再生器，發(fā)生更大事故。事故蒸汽的進入量應(yīng)使提升管內(nèi)的線速度不低于3米/秒，這相當(dāng)于事故蒸汽占總進料量的4%左右。正常操作時，事故蒸汽的閥是切斷的。為了避免事故蒸汽噴嘴結(jié)焦或被催化劑堵塞，應(yīng)設(shè)置旁通孔板，通入一定量的蒸汽進行吹掃。吹掃蒸汽量一般按事故遮蓋暖氣量的5%～10%考慮。⑶ 提升蒸汽當(dāng)原料從側(cè)面進入提升管時，為了避免催化劑沉落，在提升管的底部應(yīng)設(shè)置提升蒸汽。 設(shè)計特點由于渣油原料中殘?zhí)贾岛徒饘俸烤芨?，這就增加渣油催化裂化技術(shù)難度，因此，渣油催化裂化關(guān)鍵要解決的問題是：（1）如何減少生焦量和生氣量，特別是氫氣量，獲得最大的汽油和柴油收率。（2）如何控制原料中金屬對催化劑的污染，使催化劑保持較高活性和選擇性。（3）如何有效的取走渣油催化裂化過程中放出的過剩熱量，使反再系統(tǒng)正常運行。這三者的關(guān)系是常壓渣油催化裂化工藝能否實現(xiàn)的主要技術(shù)，本次設(shè)計將圍繞上述問題，采取以下措施： 采用倒L型快速分離器提升管出口安裝倒L型快速分離器，使油氣在離開提升管后迅速和催化劑分離，一方面盡快地中止反應(yīng)，一方面盡量減少催化劑隨油氣的帶出。倒L型彎頭出口有兩種形式，一種是石油二廠采用的將垂直向下的出口封閉，催化劑和油氣從兩個水平管引出，分離效率為70%～80%，另一種為底部采用防沖擋板，但并不封死，其效率為85%，本次設(shè)計采用第二種形式。 預(yù)提升段該段主要作用是消除再生催化劑流向的影響和向進料段提供均勻的再生劑流。設(shè)計一定高度的預(yù)提升段和較大預(yù)提升蒸汽量，使其中再生催化劑處于稀相。故本次設(shè)計選用蒸汽作為預(yù)提升氣體。并且通入預(yù)提升蒸汽可降低油氣分壓，有利于進料汽化，降低焦碳產(chǎn)率，提高C2—C4氣中烯烴含量和提高汽油辛烷值。 進料噴嘴重油即使是在預(yù)熱設(shè)備情況下，進入進料段和與熱再生催化劑接觸之前，也基本上是液相的，但是重油催化裂化反應(yīng)卻是氣相反應(yīng)。進料段必須解決兩個問題，其一是保持和改進再生催化劑的均勻分布，其二是使原料油徹底霧化成均勻分散在再生催化劑流中，和適宜于經(jīng)受熱的作用而變成氣相的細(xì)小霧滴。霧化能力高的進料噴嘴是解決這兩個問題的關(guān)鍵所在。理想的霧化狀態(tài)是經(jīng)霧化的原料油變成60um的小霧滴（與分子篩催化劑直徑大致相同）。本次設(shè)計采用BWJ—Ⅰ型噴嘴。該噴嘴是一種新型的催化裂化進料噴嘴，它節(jié)能、高效，采用較低的油壓且使用較少的霧化蒸汽就能使原料油得到理想的霧化效果。新型進料霧化噴嘴是雙流體的液體離心式噴嘴，其核心部分是氣液兩相旋流器。氣液兩相旋流器的工作過程如下：在噴嘴混合腔內(nèi)形成的氣液兩相流體，在一定壓力作用下進入旋流器的螺旋甬道，被迫進行回旋流動。由于氣液兩相的激烈混合，粘度降低，在離心力作用下，液體被展成薄膜，在氣流的沖擊下，破碎霧化。在霧化室后面有一個加速段，提高氣液兩相霧化流的軸向速度，再經(jīng)過一個穩(wěn)定段形成一個氣液兩相穩(wěn)定的霧化流，為第二次霧化提供優(yōu)越條件。第二次霧化是氣液兩相流在半球形噴頭內(nèi)進一步加速，并經(jīng)扁槽形外噴口，以扇形噴出，實現(xiàn)原料的二次霧化。 采用耐磨彎頭對于同軸式催化裂化裝置，為了盡可能降低裝置總高度下滿足提升管的長度要求，一般均采用折疊式提升管。此時由于催化劑和油氣處于高速流動狀態(tài)，轉(zhuǎn)彎處的壓降很大，磨損較嚴(yán)重，所以應(yīng)采用耐磨彎頭，凱洛格公司經(jīng)過多次改進后，成功研制出偏心截錐彎頭，此種彎頭可連續(xù)使用五年以上。故本次設(shè)計選用此彎頭。 旋風(fēng)分離器目前用于重油流化催化裂化裝置的旋風(fēng)分離器有兩種形式：一種是杜康型，另一種是布埃爾型。兩者主要區(qū)別在于布埃爾型的筒體上有一個渦流導(dǎo)向部分，使其分離效率更高。同時布埃爾型的操作彈性好，分離效率穩(wěn)定，布埃爾型的入口面積大，在同樣的入口線速時，%。所以本次設(shè)計選用的布埃爾型旋風(fēng)分離器。 汽提段擋板氣提段的作用是承受從氣體中分離和沉降下來的待生催化劑和汽提掉待生催化劑上吸附油氣。用水蒸氣將催化劑顆粒之間和顆粒的空隙內(nèi)充滿的油氣置換出來，可以減少焦炭的產(chǎn)率，提高油品產(chǎn)率。目前見到的汽提段有三種形式：圓環(huán)擋板式，人字擋板式，床層式。本設(shè)計采用新型環(huán)形汽提擋板（一般8～10層），擋板與水平方向成30176。，在擋板與提升管同心垂直均勻安裝數(shù)圈蒸汽噴嘴，以提高汽提蒸汽與催化劑的接觸效果，提高汽提效率。 空氣分布管本次設(shè)計采用空氣分布管而未用分布板是因為：分布管在較低壓降下即可達(dá)到良好的分布效果，還可以消除了分布板的變形問題，在金屬材料消耗上分布管比較省分布管可以布置在再生器下部錐體處，而分布板必須在再生器下部的圓筒部分?？梢越档驮偕骺偢叨?。分布板由于氣體直接進入床層，一旦主風(fēng)機發(fā)生故障，催化劑很容易倒流，而分布管由于開孔向下，催化劑倒流事故容易避免。氣體經(jīng)過分布管進入再生器床層的速度比分布板低得多，而且空氣分布管還可以采用雙直徑結(jié)構(gòu)，進一步降低主風(fēng)進入床層是線速，且可以減少催化劑的磨損，有利于降低催化劑的損耗。但用分布管，由于再生器錐體部分需要填充催化劑，再生器催化劑藏量增大很多，有的裝置將再生器底部用珍珠巖填平，頂上鋪一層鋼板，既便于停工卸催化劑時清掃，同時縮短開工加催化劑時間。 輔助燃燒室選用臥式輔助燃燒室，主要是為了降低同軸反再系統(tǒng)裝置的高度。同時由于同軸式再生器底部有塞閥等各部件，輔助燃燒室不宜直接放下面。 折疊式提升管采用折疊式外提升管主要是為了降低同軸式裝置高度，同時減少占用同軸裝置空間，增大有效空間，滿足停留時間的要求。 用外集氣管在二再生器采用外集氣管，這樣做不僅節(jié)省昂貴的不銹鋼，同時克服了內(nèi)集氣和器壁之間較大溫差引起的熱應(yīng)力，減少事故的產(chǎn)生。外集氣室的壓降占每組旋風(fēng)分離器總壓降的十分之一，故不會引起各旋風(fēng)分離器煙氣分配不均問題，況且一些設(shè)備放在外面，便于檢修。 塞閥同軸式裝置包括兩種類型，一種是環(huán)球油品公司的煙囪式，一種是凱洛格公司的正流式，前者用單動滑閥控制兩器之間的催化劑循環(huán)量，后者則是用塞閥控制催化劑循環(huán)量。閥作為一光滑的錐形過渡段與閥塞同軸安裝，這樣催化劑流可以均勻地流經(jīng)閥塞表面360度范圍，閥塞表面所受的磨損比較均勻，桿管和閥塞的垂直行程加長即可補償磨損增加的間隙，使操作周期延長。在塞閥外面和桿管保護罩的外面加了具有龜甲網(wǎng)的耐磨材料，可連續(xù)使用五年。塞閥作為同軸式催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它的主要特點是：將控制催化劑流量的錐形閥直接伸入再生器底部，與待生立管和再生立管相接，具有靈敏度高，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，在發(fā)生事故時能在30秒內(nèi)完全關(guān)閉；并且具有自動吸收膨脹和補償收縮作用的優(yōu)點外還有塞閥制作、維修、安裝方便、容易。 兩器兩段完全再生本設(shè)計采用兩器兩段完全再生：一再不完全燃燒，約燒掉催化劑表面全部的氫和85～95%的碳；二再高溫完全再生，%左右。兩段再生實質(zhì)在于：第一再生器在較低的操作溫度下淺度再生，把待生催化劑所攜帶的焦碳中的氫全部燒掉，淺度再生后的半再生催化劑在第二再生器內(nèi)高溫再生，這樣既獲得了低定炭的再生催化劑，同時避免了再生催化劑的水熱失活。 取熱器我國目前已投用的外取熱器可分為兩大類4種形式，即閥控類:下流式、上流式。氣控類:下流式、無循環(huán)式。本次設(shè)計選用上流式外取熱器。本催化裂化裝置的進料是常壓渣油，產(chǎn)生的焦碳較多，焦碳燃燒放出的熱量也較大，除了提供反應(yīng)過程所需熱量之外，還有剩余。這些剩余的熱量如不及時轉(zhuǎn)移出去，一方面會導(dǎo)致反應(yīng)溫度的上升，裂解加劇破壞正常的操作條件；另一方面再生器內(nèi)溫度會迅速上升，設(shè)備材料難于承受這種高溫，導(dǎo)致設(shè)備的破壞為了維持正常的操作條件和保證設(shè)備的安全操作，就必須將渣油催化裂化過程中多余的熱量及時轉(zhuǎn)移出去，維持渣油催化裂化熱平衡。從渣油催化裂化裝置中轉(zhuǎn)移熱量的方法有兩種：一是在再生器內(nèi)設(shè)置取熱盤管，以水為冷卻介質(zhì)，通過盤管內(nèi)部，吸收催化劑熱量而汽化，同時使催化劑得以冷卻。另一方法是在再生器外側(cè)設(shè)置外取熱器使之冷卻，同時通過水或飽和水蒸汽與催化劑間接換熱，把催化劑中多余的熱量轉(zhuǎn)移出去。在這兩種方法中，內(nèi)取熱盤管的取熱量比較恒定，但不能適應(yīng)渣油的進料性質(zhì)和處理量變化頻繁的要求；而外取熱器具有去熱量可調(diào)節(jié)范圍大、可控制床層溫度的優(yōu)點，故本次設(shè)計選用上流式外取熱器。 催化劑和助劑的選取 OB—3000型催化劑 在當(dāng)前使用分子篩催化劑時期，重油流化催化裂化工藝對催化劑的選擇，比一般流化催化裂化工藝尤為重要和復(fù)雜。重油流化催化裂化工藝除了要求選取的催化劑具有耐磨性，良好的再生性能，高的平衡活性，高的水熱穩(wěn)定性和好的選擇性，還要求具有以下幾點要求：第一，良好好的抗金屬污染性。所謂抗金屬污染性是指其在受到金屬污染后活性和選擇性變壞的程度。第二，高渣油裂化活性。使用比表面積較大的或具有活性基質(zhì)的催化劑，可以基本上不影響轉(zhuǎn)化率，氣體收率和焦碳收率的情況下使輕油收率增加和重柴油收率減小。第三，低生焦性，高的裂化反應(yīng)性。高的抗氧性：催化劑的基質(zhì)的比表面積越大，抗氧性越好，即微反活性的降低幅度和重柴油收率越小，汽油收率越高。目前工業(yè)用分子篩催化劑大致可分為稀土Y（REY）、超穩(wěn)Y（USY）和稀土氫(REHY)三種。此外還有一些復(fù)合型的催化劑。本設(shè)計選擇復(fù)合型催化劑Orbit—3000。該催化劑具有重油轉(zhuǎn)化能力強，焦炭選擇性耗，抗金屬污染能力強的特點。工業(yè)生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)表明，OB3000催化劑具有良好的流化、輸送和抗磨性能，催化劑損失??；具有良好的抗金屬污染能力；燒焦性能良好，對再生劑含碳量和劑油比要求不高，%～%劑油比小于6的情況下都能取得良好的使用效果；具有很強的重油催化能力，有利于提高催化深度；可以明顯改善產(chǎn)品分布，增加汽油產(chǎn)率，降低焦炭產(chǎn)率；可以提高汽油辛烷值