【導讀】展，又需要更有效多產輕質油。如何將重質油更多的轉化成輕質油品，且轉化。成清潔能源是以后催化裂化的重要議題。催化裂化是原油二次加工中最重要的。有舉足輕重的地位。大慶常壓渣油殘?zhí)剂?、重金屬和硫、氮含量較低，可以直。接作為重油催化裂化裝置的原料。重油催化裂化的發(fā)展·····················································-1-. 裝置形式的選擇···························································-2-. 重油流化催化裂化工藝··················································-2-. 重油催化裂化面臨的問題················································-3-. 第二章催化裂化生產裝置設備參數········································-5-. 生產方案的確定············&

　　

【正文】 氣室的壓降占每組旋風分離器總壓降的十分之一，故不會引起各旋風分離器煙氣分配不均問題，而且一些設備放在外面，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，前者是單動滑閥控制器控制之間的催化劑循環(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 錐形過度段與塞閥同軸安裝，這樣催化劑流可以均勻地流經塞閥表面 360度范圍，塞閥表面所受的磨損比較均勻，桿管和塞閥的垂直行程加長即可補償磨損增加的空隙，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網的耐磨材料，可連續(xù)使用五年。 16 塞閥作為同軸式催化裂化裝置的關鍵設備，它的主要特點是：將控制催化劑流量的錐形閥直接深入再生器底部，與待生立管和再生立管相接，具有靈敏度高、準確度高、穩(wěn)定性好的特點，在發(fā)生事故時能在 30秒內完全關閉并且具有自動吸收膨脹和補償收縮作用的優(yōu)點，此外還有塞閥制作、維修、安裝方便容易等 特點。 綜上所述，選用凱洛格公司的正流式。 催化劑和助劑的選取 在當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更為重要和復雜。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)定性和好的選擇性外，還要求具有以下幾點要求： 第一、良好的抗金屬污染性。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的催化劑，可以基本上不影響轉化率，在氣體收率和焦碳收率一定的情況下 使輕油收率增加和重柴油收率減小。 第三、低生焦性，高的裂化反應性。高的抗氧性：催化劑的基質的比表面積越大，抗氧性越好，即催化劑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。此外還有一些復合型的催化劑。本設計選擇復合型催化劑Orbit— 3000。該催化劑具有重油轉化能力強，焦炭選擇性高，抗金屬污染能力強的特點。 工業(yè)生產實踐數據表明， 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，在再生劑含量為 %～ %，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；可以明顯改善產品分布，增加汽油產率，降低焦炭產率；可以提高汽油辛烷值 1～ 2個單位。 本設計選用 DNFVN1復合金屬鈍化劑。該劑具有毒性低、穩(wěn)定性高（ 300℃ 以下不會分解）、不含二次污染元素、與水互溶等特性，其有效成分可根據原料油中Ni、 Na、 V的含量和平衡劑上的 Ni、 Na、 V的污染程度以及 FCC裝置的操作情況進 17 行調整。汽油收率提 高近 2個百分點，液化氣收率提高 百分點，輕質油收率提高 。 使用時，采用連續(xù)加注方式。由齒輪泵送入鈍化劑儲罐，再用泵將儲罐中的鈍化劑打到混合器中與水混合稀釋，然后注入反應進料管線內，隨原料一起進入提升管反應器。 表 DNFVN1鈍化劑重要物化性質 項目 數據 外觀 淡黃色至淡棕色透明液體 (目測 ) 有效成分含量 /% ＞ 15 凝點 /℃ ≤12 密度（ 20℃ ） /gcm3 ≥ 運動粘度（ 50℃ ） /mm2s 1 ≤40 溶解性 與水互溶 PH值（ 20℃ ） 6～ 8 取熱器 本次設計選用上流式外取熱器。 渣油催化裂化裝置的進料是常壓渣油或蠟油中摻入部分減壓渣油，當蠟油作為進料時，這些燃料正好滿足反應過程所需的能量。但當渣油作為進料時，產生的焦碳量增加，焦碳燃燒的熱量亦隨之增加，除了提供反應過程所需熱量之外，還有剩余。這些剩余的熱量如不及時轉移出去，一方面會導致反應溫度的上升，裂解加劇，破壞正常的操作條件；另一方面再生器內溫度會迅速上升，設備材料難于承受這種高溫，導致設備的破壞。為了維持正常的操作條件和保證設備的安全操作，就必須將渣油催化裂化工程中多余的 熱量及時轉移出去，維持渣油催化裂化熱平衡。 從渣油催化裂化裝置中轉移熱量的方法有兩種：一是在再生器內設置取熱盤管，以水為冷卻介質，通過盤管內部，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設置外取熱器使之冷卻，同時通過水或飽和水蒸氣與催化劑間接換熱，把催化劑中多余的熱量轉移出去。在這兩種方法中，內取熱盤管的取熱量比較恒定，但不能適應渣油的進料性質和處理量變化頻繁的要求，故本次設計選用上流式外取熱器。 18 兩段再生 兩段再生實質在于：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高溫再生，這樣即獲得了低焦碳的再生催化劑，同時避免了再生催化劑的水熱失活。 故本設計采用兩段再生。 19 能量回收與環(huán)境保護 能量回收 為了充分利用能量，減少大氣污染，催化裂化裝置再生煙氣的能量回收越來越受到重視。常壓渣油催化裂化，燒焦產率達 1013%，燒焦放出的熱量遠大于系統(tǒng)所需熱量，一部分熱量被高溫煙氣帶走，因此需要回收煙氣中的這部分能量。具體包括：有一定壓力的高溫氣體膨脹功， CO的燃燒熱和煙通氣的物理熱。本設計采用進口同軸同機組式煙氣回收系統(tǒng)。 機 組由煙氣輪機、軸流式主風機、降壓汽輪機、齒輪減速箱、電機等組成，從煙氣中回收的能量是可觀的，具體步驟如下： 本裝置采用同軸式器機組而不采用分軸式是因為同軸式與分軸式與分軸式想比有以下優(yōu)點： a．生產安全性能可靠； b．突然停車時沒有因負荷飛車危險； c．機電平衡性好； d．投資回收期較短； 為了較好的節(jié)能，還應采取以下措施： a． 降低煙道氣含氧量。 b． 更多采用高溫煙道氣預熱空氣。 c． 增加換熱面積。 d． 在能流上使用更多的計算儀表。 e． 加強有關操作員和技術人員的節(jié)能訓練。 f． 更多利用余熱來預熱鍋爐進 水。 g． 更多使用計算機，優(yōu)化處理，使低負荷運轉裝置更適應低于處理量操作。 環(huán)境保護 催化裂化是靠催化劑的作用，在一定溫度、壓力條件下使原料油經過一系列化學反應，裂化成輕質油產品的生產過程。催化裂化原料（常壓渣油）中含有較多的硫化物、氮化物、氧化物和重金屬，在催化過程中將轉移到產品、催化劑、工藝廢水中，有的隨煙氣和催化劑粉塵排放到周圍環(huán)境中，造成環(huán)境污染。還有大功率機械等造成的噪聲污染。其主要污染油：水污染、大氣污染、廢渣污染、噪聲污染。 20 廢水的來源及處理 (1) 污水的來源 含硫污水 :主要來源于分餾塔頂油 氣分離器切水、富氣洗滌水、液態(tài)烴水洗水、穩(wěn)定塔頂油氣分離囂切水。這種污水中除含有大量硫化物、氨、氮外，含酚量也較多，還有氰化物等。 含堿污水：主要來源于柴油、汽油、液態(tài)烴堿洗后的水洗水。污水中主要有游離態(tài)的 NaOH，還會有較大量的油及少量的酚和硫。 含油污水：除含硫、含堿污水以外的其他含油污水，如機泵冷卻水、沖洗地面水等。 (2) 污水的治理 含硫污水的治理：含硫污水預處理方法有空氣氧化法和蒸汽汽提法?？諝庋趸ㄟm用于污水中硫化氫含量較低的工況。蒸汽汽提法適用于污水中硫化氫、氧含量變化幅度較寬的工況。 含油 污水處理：煉油廠對含油污水大多采用隔油、浮選、生化曝氣、砂濾的二級處理工藝。為了提高凈化效果，有的采用活性炭吸附 (或臭氧氧化 )等三級深度處理工藝。 含堿污水處理：含堿污水中主要含有游離狀態(tài)的燒堿、油及少量酚和硫化物。其處理方法是先經中和池中和后，再匯入含油或含鹽污水經隔油、浮選、生物氧化等處理。 廢渣的來源及治理 (1) 廢渣的來源 催化裂化的廢渣主要是堿渣和廢催化劑。堿渣來自汽、柴油堿洗和液化氣堿洗。 (2) 廢渣處理 堿渣的治理：從堿渣中回收硫化鈉和硫氫化鈉；二氧化碳或二氧化硫中和生產碳酸鈉或硫酸鈉 和粗酚；催化裂化分餾塔頂注氯代替堿洗工藝。廢催化劑的治理代替白土精制油品的使用；回收混同新鮮催化劑再使用，經煙囪直接排大氣。 對含硫污水的處理方法很多，其主要的有煙氣吹脫法，空氣氧化法，氧化還原法和水蒸氣氣提法，其中水蒸氣氣提法為上述最優(yōu)法之一，它不影響處理后的水質 21 而且蒸汽可以用冷凝的方法從塔頂出去不會影響回收 H2S和 NH3的純度。采用適當流程如單塔式、雙塔式回收工藝將污水凈化，同時還回收到純度較高的 H2S和NH3。 廢氣的來源及治理 (1) 廢氣的來源 催化裂化裝置在加工過程中，有害氣體主要來源于再生器燒 焦時產生的煙氣，其中 C0 約 6%～ 10% (體積 )，還有 S0 NOx、 CO2以及催化劑粉塵等。 (2) 廢氣的治理 一氧化碳氣體污染防治：采用 CO鍋爐、采用助燃劑再生新工藝、采用燒焦罐再生新工藝。 二氧化硫、氧化氮的防治：治理技術措施分為兩個方面，一是重油催化裂化原料油經加氫脫硫預處理。二是采用高煙囪排放的方法，作為煉油廠過度性大氣污染的防治措施。 (3) 粉塵的防治 催化裂化裝置的粉塵，主要來自催化劑的裝卸和工藝操作損失，特別是再生煙氣中攜帶有大量催化劑粉塵直接排空，嚴重污染了大氣。有煙氣能量回收機 組的，經三級旋風分離器分離出大量催化劑。但凈化煙氣中廢催化劑多屬飄塵。排至大氣中仍然污染環(huán)境，因此應加以處理，處理方法有以下幾種：采用高效三級旋風分離器、采用電除塵器、采用電除塵器。 (4) 烴類損失及防治 在催化裂化生產的各個環(huán)節(jié)中，原料油、輕質油、液態(tài)烴和干氣都會產生不同烴類的損失并散發(fā)到大氣中，造成對大氣的污染，催化裂化裝置的加工損失大都接近 1%。所以，加強生產管理，消滅跑、冒、滴、漏，杜絕不合理的排放，是防止烴類損失的主要途徑。 清潔生產 (1) 清潔生產的基本思想 清潔生產的基本思想是從生態(tài)經 濟系統(tǒng)的整體優(yōu)化出發(fā)，對物質轉化的全過程不斷采取戰(zhàn)略性的綜合預防措施，提高物料和能源的利用，減少廢物的產生和排放，也就是對產品的生產進行全過程控制，降低對資源的過度使用，減少環(huán)境和人 22 類自身的風險。這些可持續(xù)發(fā)展的基本要求，即資源的永續(xù)利用和環(huán)境容量的持續(xù)承載能力是相符合的。 (2) 清潔生產的基本內容 清潔生產的基本內容包括：清潔的能源、清潔的生產過程、清潔的產品。 (3) 清潔生產對催化裂化的意義 就煉油廠來說，推行清潔生產第一，可降低水耗、物耗、能耗，提高原料轉化率，減少污染和降低成本；第二，可以樹立良 好的企業(yè)形象；第三，使產品能夠通過 ISO9000質量認證，從而參與國際競爭；第四，符合國家環(huán)保法律?？傊?，實現清潔生產是提高環(huán)境效益和經濟效益的客觀要求，也是煉油廠在市場經濟的壓力下的自覺行為和必由之路。 在催化裂化以后的發(fā)展中，我們要把清潔生產思想加入其中，提高催化裂化技術的競爭力。 噪音 (1) 噪聲的來源 催化裂化噪聲污染源主要來自再生煙氣放空 (120dB)及機泵電動機 (100dB)、空冷器風機、加熱爐火嘴、氣體放空口、蒸汽放空口、調節(jié)閥、管道，尤其是主風機 (103dB)、氣壓機的噪聲危害最大。 (2) 噪聲的防治 加熱爐降低噪音措施有 :采用低噪聲噴嘴降低噴射噪聲、采用消聲罩、隔聲圍墻。主風機、氣壓機降低主風機噪聲的措施有 :在風機進、出口安裝消聲器，噪聲可降低 10dB。安襲隔聲罩式把風機設置在隔聲室中，使噪聲傳播不出來，或者便工人在隔聲室內工作 。范風機與基礎的剛性連接改為彈性連接。采用低噪聲電機?？諝饫鋮s器降低噪聲的措施有 :設置隔聲墻、吸聲屏、隔聲罩或采用新型低噪聲風機。 23 催化裂化反 再系統(tǒng)工藝計算 表 再生器主要操作條件 操作條件 數據 再生器頂部壓力 / MPa (絕 ) 再生溫度 / ℃ 700 過剩 O2/%（體） CO2/CO/（體） 100 焦炭組成 /H/C（重） 10/90 再生劑含碳 /%（重） 主風入再生器溫度 /℃ 200 待生劑溫度 /℃ 500 大氣溫度 /℃ 25 大氣壓力 /atm 空氣相對溫度 /% 50 燒焦碳量 /t/h 新鮮原料量 /t/h 133 提升管停留時間 /s 主風入再生器溫度 /℃ 200 回煉油量 /t/h 22 回煉油漿量 /t/h 燃燒計算 再生 器物料平衡 (1) 燒炭量及燒氫量 燒炭量 =103=103（ kg/h） =990（ kmol/h） 燒氫量 =103=103（ kg/h） =660 （ kmol/h） 因為煙氣中 CO2/CO（體） =100，所以生成 CO2的 C為： 990100/（ 100+1） =（ kmol/h） =（ kg/h） 生成 CO的 C為： =（ kmol/h） =（ kg/h） 24 (2) 理論干空氣量 碳燒成 CO2需要 O2量 =1=（ kmol/h） 碳燒成 CO需要 O2量 =1/2=（ kmol/h） 氫燒成 H2O需要 O2量 =6601/2=330（ kmol/h） 則理論需要 O2量 =++330=（ kmol/h） =（ kg/h） 理論帶入 N2量 =79/21=（ kmol/h） =（ kg/h） 所以理論干空氣量 =+=（ kmol/h） =（ kg/h） (3) 實際干空氣量 煙氣中過剩氧的體積分數為 %，所以 %=（過）（過）理）過）222(2(2 ONNCOCO O ???? = ? ?22 ( 2 (O9 8 0 . 2 9 . 8 4 9 4 7 . 3 O 7 9 / 2 1 O? ? ? ? ?過 過 ） 過 ） 解此方程，得過剩氧氣量 過）(2O =（ kmol/h） =（ kg/h） 過剩氮氣 =79/21=（ kmol/h） =（ kg/h） 所以實際干空氣量 =++=（ kmol/h） =（ kg/h） (4) 需濕空氣量（主風量） 大氣溫度 25℃ ，相對濕度 50%，查空氣濕焓圖，得空氣的濕焓量為 （水氣） /kg（干空氣）。所以， 空氣中的水汽量 ==（ kg/h） =（ kmol/h） 濕空氣量 =+=（ kmol/h） =103[m3（ N） /h]=2408[m3（ N） /min] 此即正常操作時的主風量。 (5) 主風單耗 燒焦量濕空氣量=3 ?? =[m3（ N） /kg（焦） ] (6) 干煙氣量 由以上計算已知干煙氣中的各組分的量，將其相加，即得總干煙氣量。 總干煙氣量 =CO2+CO+O2+N2 25 =+++ =（ kmol/h） 按各組分的相對分子質量計算各組分的質量流率，然后相加即得總干煙氣的質量流率為 kg/h。 (7) 濕煙氣量及其煙氣組成（見下表） 表 濕煙氣量及其煙氣組成 組分 流量 相對分子質量 組成（摩爾分數）， % kmol/h kg/h 干煙氣 濕煙氣 CO2 44 CO 28 O2 32 N2 28 總干煙氣 生成水氣 660 11880 18 主風帶入水汽 18 待生劑帶入水汽 (a) 1400 18 吹掃，松動蒸汽 (b) 750 18 總濕煙氣 1kg水汽及設催化劑循環(huán)量為 1400t/h計算 。 。 (8) 煙風比 濕煙氣量 /主風量（體） =再生器熱平衡 (1) 燒焦放熱 生成 CO2放熱 =33873=104 (kJ/h) 生成 CO放熱 =10258=104 (kJ/h) 生成 H2O放熱 =1320119890=104 (kJ/h) 26 合計放熱 =104 (kJ/h) (2) 焦炭吸附熱 按目前工業(yè)上仍采用的經驗方法計算，有 焦炭脫附熱 =104%=104 (kJ/h) (3) 主風由 200℃ 升溫至 700℃ 需熱 干空氣升溫需熱 =(700200)=104 (kJ/h) 式中 ， kJ/（ kg℃ ）。 水汽升溫需熱 =(700200)=104 (kJ/h) 式中 ， kJ/（ kg℃ ）。 (4) 焦炭升溫需熱 假定焦炭的比熱與催化劑的相同，也取 （ kg℃ ），則 焦炭升溫需熱 =103(700200)=724104 (kJ/h) (5) 待生劑帶入水汽需熱 1400(700500)=104 (kJ/h) 式中 ， kJ/（ kg℃ ）。 (6) 吹掃、松動蒸汽升溫需熱 750()=104 (kJ/h) 式中括弧內的數值分別是 10kg/cm2 和 （表）、 700℃ 過熱蒸汽的熱焓。 (7) 散熱損失 582燒炭量（以 kg/h計） =58211880=104 (kJ/h) (8) 再生器耗熱 再生器耗熱 =104 +104+104 +724104+104 +104 +104=104 (kJ/h) (9) 給催化劑的凈熱量 給催化劑的凈熱量 =焦炭燃燒熱 104 =104=37657104(kJ/h) (10) 計算催化劑循環(huán)量 G 37657104=G103（ 700500) G=（ t/h） (11) 再生器熱平衡匯總（見下表） 27 表 再生器熱平衡 入方， 104 kJ/h 出方， 104 kJ/h 焦炭燃燒熱 焦炭脫附熱 主風升溫 焦炭升溫 724 帶入水氣升溫 散熱損失 加熱循環(huán)催化劑 37657 合計 合計 表 再生器物料平衡 入方， kg/h 出方， kg/h 干空氣 干煙氣 主風帶入 水汽 生成水 汽 11880 待生劑帶入 水汽 1400 帶入水 汽 松動，吹掃 水汽 750 水汽 合計 水汽 合計 循環(huán)催化劑 103 焦炭 13200 循環(huán)催化劑 103 合計 1917103 合計 1917103 反應器熱平衡 反應系統(tǒng)供熱方 (1) 再生催化劑供給凈熱量 Q1 設催化劑循環(huán)量為 G kg/h。 Q1=(700500) G=(kg/h) 式中 kJ/(kg℃ )。 (2) 濕煙氣帶入熱量 Q2 28 Q2=1G(700500)=(kg/h) 式中設每噸催化劑帶 1kg煙 氣 , kJ/(kg℃ ) (3) 焦碳吸附熱 Q3 Q3=再生劑焦碳脫附熱 =104 (kJ/h) (4) 總供反應系統(tǒng)供熱 Q 供 Q 供 =Q1+Q2+Q3= 104 + (kJ/h) 反應系統(tǒng)耗熱方 (1) 反應熱 Q4(用催化碳法 ) 總碳 =燒碳量 =11880(kg/h) 附加碳 =新鮮原料量 新鮮原料的殘?zhí)?(%)= 2433010105 7?? % =(kg/h) 可汽提碳 =催化劑循環(huán)量 %=2104G(kg/h) 催化碳 =總碳 附加碳 可汽提碳 =104G =104G(kg/h) 查 500℃ 時催化碳反應熱 Q4=[104G] = (2) 提升管內水蒸汽由入口狀態(tài)升溫至反應溫度 Q5 ① 進料霧化蒸汽與預提升蒸汽量： 5%( 2433010105 4?? +22+) 103=7954(kg/h) ② 汽提 蒸汽量 ： 1400=4900(kg/h) 注 :每噸 。 ③ 松動蒸汽總量 ： 2433010105 7?? 4%=5303(kg/h) 過熱蒸汽總量 =18157(kg/h) 過熱蒸汽升溫需熱 :18157(34883276)=385104(kJ/h) 式中括弧中數值為 (表 )