【正文】 國(guó) , 占原油加工量分別為 %、 % 、 % 和 %。 我國(guó)催化裂化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 渣油催化裂化 (RFCC) 工藝技術(shù) VRFCC 是中國(guó)石化集團(tuán)公司石油化工科學(xué)研究院、北京設(shè)計(jì)院和北京燕山石化公司合作開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)加 工大慶減壓渣油的催化裂化新工藝。第一套 VRFCC 工業(yè)裝置是由北京燕山石化公司煉油廠(chǎng)的催化裂化裝置改造成的，處理能力為 800 kt/a 。 多產(chǎn)柴油和液化氣的 MGD 技術(shù) MGD 技術(shù)是中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院 (RIPP)開(kāi)發(fā)的以重質(zhì)油為原料，利用常規(guī)催化裂化裝置同時(shí)多產(chǎn)液化氣和柴油，并可顯著降低汽油烯烴含量的工藝技術(shù)。 (2)重質(zhì)原料油在高苛刻度下、輕質(zhì)原料油在低苛刻度下進(jìn)行選擇性反應(yīng)，以增加重質(zhì)原料油一次裂化和柴油餾份的生成。 (4)汽油中烯烴含量能夠大幅度降低，且汽油辛烷值有一定提高。 多產(chǎn)柴油的催化裂化 (MDP) 技術(shù) RIPP 在傳統(tǒng)增產(chǎn)柴油工藝技術(shù)的 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了催化裂化增產(chǎn)柴油的新工藝MDP。 (2)采用配套研制的增產(chǎn)柴油催化劑，且維持平衡劑的活性適中。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 14 (4)采用較為苛刻的裂化條件和適宜的回?zé)挶?，裝置的加工量和汽油的辛烷值不會(huì)受到影響。另外一套建在泰國(guó) TPI（ 750 kt/a），由 SW 公司負(fù)責(zé)建造，近年來(lái)， DCC 技術(shù)還在不斷發(fā)展和完善，這些新進(jìn)展主要有兩個(gè)方面：一個(gè)是開(kāi)發(fā)系列催化劑產(chǎn)品；另一個(gè)是改進(jìn)工藝以進(jìn)一步提高輕烯烴、特別是丙烯的產(chǎn)率。在工藝改進(jìn)方面也已經(jīng)取得很好的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，以大慶蠟油摻渣油為原料可以得到 28%的丙烯產(chǎn)率，同現(xiàn)有 DCC 技術(shù)相比丙烯產(chǎn)率可以提高 6 個(gè)單位以上。 多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的 MI P 技術(shù) 我國(guó)催化裂化汽油中烯烴含量高達(dá) 40%－ 65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)車(chē)用汽油烯烴不大于 35%的指標(biāo)。 MIP 技術(shù)先期于 2021 年在高橋分公司煉油廠(chǎng) 140 萬(wàn) t/a FCC 裝置上成功應(yīng)用。該工藝突破了現(xiàn)有催化裂化工藝對(duì)二次反應(yīng)的限制，實(shí)現(xiàn)了可控性和選擇性地進(jìn)行裂化反遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 15 應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)。 2021 年初， MIP 技術(shù)又應(yīng)用于安慶分公司煉油廠(chǎng) 120 萬(wàn) t/a FCC 裝置改造。目前已有 5 套 FCC 裝置將采用 MIP 技術(shù)進(jìn)行新建或改造。 兩段提升管催化裂化新工藝技術(shù) 在石油大學(xué) (華東 )勝華煉廠(chǎng)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(kāi)發(fā)成功。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。 據(jù)統(tǒng)計(jì) , 1982 年底我國(guó)共有 FCC 裝置 39套 , 總加工能力為 2269 萬(wàn) t / a, 到1992 年全國(guó) FCC 裝置數(shù)量增加到 81 套 , 能力達(dá)到 4898 萬(wàn) t / a, 十年間裝置數(shù)量翻了一番多 , 加工能力增長(zhǎng) 115% 。實(shí)踐證明 , 高效霧化噴咀、高效旋風(fēng)分離器和電動(dòng)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。 高效霧化噴嘴 80 年代我國(guó)在重油催化裂化裝置引進(jìn)美國(guó) Ttotal 公司的靶式噴嘴的同時(shí) , 相繼自行開(kāi)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。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 17 表 1 我國(guó) FCC 裝置采用的高效進(jìn)料霧化噴咀 型 號(hào) 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 LPC – 1 采用單孔鴨咀型。冷模試驗(yàn)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。 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 。適用于摻煉重油的 FCC 裝置。 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(zhǎng)周期安全平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 1987 年我國(guó)引進(jìn)回收效率在 99. 99% 以上的 EMTROL 型分離器 ( 簡(jiǎn)稱(chēng) E 型 ) , 國(guó)內(nèi)又成功開(kāi)發(fā)出 PV 型、 CG 型等新型高效旋風(fēng)分離器。電動(dòng)液壓滑閥 電動(dòng)液壓滑閥是采用電遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 18 液執(zhí)行 機(jī)構(gòu) , 閥體采用冷壁結(jié)構(gòu)。對(duì) FCC 裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。 我國(guó)催化裂化存在的差距 我國(guó) FCC 單套平均能力小。由此可見(jiàn)我國(guó) FCC 裝置平均規(guī)模小 ,在裝置整體水平上與國(guó)外先進(jìn)水平有很大差距。 據(jù)資料介紹美國(guó)空氣產(chǎn)品及化學(xué)產(chǎn)品公司重油 FCC能耗為 ,而我國(guó)最好水平的武漢石化廠(chǎng) 1994 年為 ,高出 GJ/t。中國(guó)石油化工總公司 1994 年平均實(shí)際能耗為 GJ/ t。 FCC 催化劑發(fā)展水平不高。目前國(guó)外催化劑發(fā)展很快 , 生產(chǎn)廠(chǎng)家可以生產(chǎn)幾百種遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 19 不同牌號(hào)的 FCC 催化劑 , 品種繁多 , 已形成了各種催化劑系列。我國(guó) FCC 催化劑的品種較少 , 實(shí)際使用約有 10 個(gè)品種 , 沒(méi)有形成系列。 我國(guó) FCC 裝置開(kāi)工周期短。而我國(guó) FCC 裝置開(kāi)工周期平均不到一年 , FCC 裝置檢修周期短 , 非計(jì)劃停工多是我國(guó)大多 , 數(shù)裝置存在的同一問(wèn)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。目前我國(guó)原油不足 , 劣質(zhì)油增加很快 , 再加上國(guó)內(nèi)對(duì)油品的需求不斷增長(zhǎng) , 特別是輕質(zhì)油品的需求增長(zhǎng)更快 , 因此 , 從整體上考慮 , 我國(guó)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(kāi)發(fā)和建設(shè) , 以提高煉油廠(chǎng)整體經(jīng)濟(jì)效益。脫瀝青油和焦化餾分油也是較好的 FCC 原料來(lái)源。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (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。 積極采用 FCC 過(guò)程控制技術(shù) 目前我國(guó)已有幾十套 FCC 裝置采用計(jì)算機(jī)過(guò)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(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制打下了良好的基礎(chǔ)。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 21 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 加工方案的確定 依據(jù) 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)輕質(zhì)油品的需求量不斷增加。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(huà)，可以使用分子篩催化劑，分子篩催化劑的高活性，使得對(duì)生產(chǎn)汽油越來(lái)越有利。 裝置型式的選擇 及流程說(shuō)明 (1)裝置型式的選擇 本設(shè)計(jì)采用同軸式兩器再生裝置，直接摻煉減壓渣油，免除了對(duì)進(jìn)料的加氫處理，溶劑脫瀝青等原料預(yù)處理過(guò)程，節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本。一段中把焦碳中的絕大部分的氫燒掉。采用外部旋風(fēng)分離器懸掛在器外。 (2)流程說(shuō)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(duì)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。 當(dāng)發(fā)生事故需要緊急切斷進(jìn)料時(shí)，可自動(dòng)或遙控切斷總進(jìn)料的切斷閥，同時(shí)打開(kāi)旁路閥把進(jìn)料轉(zhuǎn)送到分餾塔底或原料緩沖塔，并同時(shí)打開(kāi)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。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。 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(lái)，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。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。催化劑通過(guò)彎管進(jìn)入第二再生器，進(jìn)行高溫再生，然后，通過(guò)再生斜管和滑閥進(jìn)入提升管底部。 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(gè)，并且有單獨(dú)加熱料系統(tǒng)。 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。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。因此，設(shè)計(jì)中取第一再生溫度為 652℃，第二再生器的溫 度由熱平衡計(jì)算得到。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。故再生壓力的提高受到一定的限制。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 24 表 2 壓力對(duì)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(duì)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(dòng)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(gè)以分解反應(yīng)為主的吸熱反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制，且是一個(gè)平行 — 順序反應(yīng)，溫度提高，反應(yīng)速度增加，但是產(chǎn)物中氣體和焦碳產(chǎn)率也增大。相反分解反應(yīng)的 相對(duì)速度大，產(chǎn)品中的烯烴含量多，產(chǎn)品的安定性有所下降，汽油的辛烷值高。根據(jù)以上這些討論，說(shuō)明反應(yīng)溫度的確定，要根據(jù)催化劑的性質(zhì)、原料的組成、產(chǎn)品的質(zhì)量要求等因素一起來(lái)考慮。 反應(yīng)壓力 提高反應(yīng)壓力就提高了反應(yīng)器內(nèi)的油氣分壓，油氣分壓的提高意味著反應(yīng)物濃度的增加。提高反應(yīng)壓力，提升管處理能力提高，汽油產(chǎn)率略有下降。 反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，總轉(zhuǎn)化率越大，汽油的轉(zhuǎn)化率隨總轉(zhuǎn)化率的提高開(kāi)始提高，經(jīng)一段時(shí)間達(dá)到最大值后開(kāi)始下降，氣體和焦碳的產(chǎn)率也隨著總轉(zhuǎn)化率的提高而提高。工業(yè)裝置的反應(yīng)時(shí)間常在 24s 之間，設(shè)計(jì)中采用 焦中的氫碳比（ H/C） 待生催化劑上焦碳的 H/C 比與反應(yīng)深度、原料、汽提效果等因素有關(guān)。汽提效果越好 ,焦碳的氫碳比將減少，而汽提效果的好壞與汽提溫度、汽提蒸汽量、汽提段效果等因素有關(guān)。 根據(jù)勝利渣油的特點(diǎn)和一些裝置的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， H/C 取 8/92。但過(guò)剩氧含量過(guò)高，使得通入的空氣量增加，增加了主風(fēng)機(jī)的能耗，同時(shí)，由于排出的煙氣增多，使煙氣溫度下降，不利于能量的回收。 CO/CO2 對(duì)于流化催化裂化裝置，由于采用兩段再生，可通過(guò) CO2/CO 的比值來(lái)調(diào)節(jié)熱平衡，因此，不設(shè)取熱設(shè)備。但在實(shí)際生產(chǎn)中，煙氣中的 CO2/CO 要根據(jù)兩個(gè)再生器的實(shí)際燒焦情況和供熱情況來(lái)定。 裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 提升管的特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)采用斜管提升技術(shù)，調(diào)節(jié)滑閥置于斜管 上，滑閥前后采用波形膨節(jié)。采用斜管輸送催化劑，由于充分利用斜管中催化劑的蓄壓，推動(dòng)力大于阻力，單動(dòng)滑閥的壓降可在較大范圍內(nèi)變化，以滿(mǎn)足兩器催化劑循環(huán)量變化的要求，循環(huán)量容易調(diào)節(jié)。 式 采用盤(pán)環(huán)型擋板，它于水平面夾角大于 30176。開(kāi)有噴嘴。由于第二再生器是高溫再生，為了節(jié)省材質(zhì)及降低再生器體積，采用單級(jí)外旋風(fēng)分離器。主管下端與輔助燃燒室的出口管連接。為了使主風(fēng)分布均勻和穩(wěn)定操作，應(yīng)當(dāng)使主風(fēng)通過(guò)分布管時(shí)保證一定的壓降，設(shè)計(jì)壓降為 。 使用 CO 助燃劑 使用一氧化碳助燃劑可實(shí)現(xiàn)安全再生，從而使再劑含碳量降低，活性及選擇性得到改善，輕油收率增加，并減少一氧化碳對(duì)大氣的污染。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )用紙 28 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 燃燒計(jì)算 (1)燒炭量及燒氫量 燒炭量 = 103 = 103=855（ kmol/h） 燒氫量 = 103 = 103(kg/h)=570(kmol/h) 因?yàn)闊煔庵?CO2/CO(體 )=3,所以生成 CO2的 C 為 855 3/(3+1)=641(kmol/h)=7695(kg/h) 生成一氧化碳的碳為 :855641=213(kmol/h)=2565(kg/h) (2)理論空氣量 碳燒成 CO2需要 C2量 =641 1=641（ kmol/h） 碳燒成 CO 需要 O2量 =213 1/2=107(kmol/h) 氫燒成 H2O 需要 O2量 =570 1/2=285(kmol/h) 則理論需要 O2量 =641+107+285=1033(kmol/h)=33056(kg/h) 理論帶入 N2量 =1033 79/21=3886kmol/h)=108808(kg/h) 所以理論干空氣量 =1033+3886=4919(kmol/h)=142021(kg/h) (3)實(shí)際干空氣量 煙氣中過(guò)剩氧的體積分?jǐn)?shù)為 %，所以 %=O2過(guò) /CO2+CO+N2理 +N2過(guò) +O2過(guò) =O2過(guò) /641+213+O2過(guò) 79/21+O2過(guò) 解此方程，得過(guò)剩氧量