第七节-催化裂化工艺流程课件.ppt

1、2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座1第七节第七节 催化裂化工艺流程催化裂化工艺流程2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座2 一、反应-再生系统（一）提升管反应器 1、提升管反应器的结构（见图）2、提升管反应器的组成 提升管反应器由预提升段、提升管、提升管出口快速分离器、反应沉降器、旋分离器、汽提段组成。设有再生催化剂入口、原料油入口（原料油一般由雾化喷嘴喷入，原料油和雾化蒸汽混合经雾化喷嘴进入反应器）、回炼油入口、终止剂入口等。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座32022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座4 提升管反应器一般使用蒸汽 雾化蒸汽 预提升蒸汽 汽

2、提蒸汽 事故蒸汽喷嘴吹扫蒸汽 汽提段锥底吹扫蒸汽 沉降器防焦蒸汽2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座5 3、提升管的结构尺寸 提升管的直径 提升管的直径由进料量决定 工业提升管反应器的入口线速为4-7米/秒、出口线速为12-18米/秒。这是因为随反应深度加大大分子变成小分子，使气体的流量增大。也有的提升管采用上下不同的直径。提升管的长度 提升管的长度由反应时间确定 工业上的反应时间一般为2-4秒，近年来由于再生技术的进步，再生催化剂的温度提高，采用高温短接触技术，反应时间一般为2秒。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座6 4、提升管出口快速分离器的作用 它的作用是使反应油气

3、和催化剂迅速分离，防止二次反应。快分器的形式有多种，有梯形快分器、伞帽形快分器、粗旋、弹射式快分器等。5、沉降器的作用 沉降器是对快分器出来的气体中的催化剂进行沉降分离，其中安装有旋风分离器，回收没有自由沉降下来的催化剂。反应生成的油气在沉降器内由于有一定的停留时间，会进一步进行反应（温度460-510）生成焦碳，因此在沉降器的设计中要减少油气的停留时间。对于渣油催化裂化由于反应油气中的烯烃含量高，结焦更为严重。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座7 6、进料段（雾化喷嘴）进料雾化喷嘴，进料雾化的好坏对原料的反应有很大的影响，特别是对于渣油催化裂化来说更为重要。原料雾化的好才能很好地

4、汽化有效地和催化剂接触进行反应。原料雾化喷嘴的形式有多种多样，主要目的是为了使原料更好地雾化。提升管进料段的方式对反应有影响，进料科学合理可以减少焦碳。在进料段如果方式不合理会产生局部由于原料分布不均匀而导致的结焦。另外，如果采用选择性裂化还要在提升管下进料口上部7米的地方选第二个进料口。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座8 7 7、汽提段 （1）汽提段得结构 汽提段由多层汽提挡板，一般为8-10层，汽提蒸汽和催化剂逆流接触，实现对催化剂的汽提。（2）汽提的作用 由反应沉降器落入到汽提段的催化剂颗粒和颗粒之间存在大量的反应油气，如果不将其分离出来，带入到再生器烧掉了，汽提是用水蒸气

5、汽提催化剂吸附的油气和置换催化剂颗粒之间的油气。目的是减少油气损失和再生器的负荷。裂化反应生成的催化焦、附加焦以及污染焦的含氢量达10%以上，因此从汽提后催化剂上焦的氢碳比可以判断汽提效果。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座9（3）汽提的影响因素 汽提蒸汽用量 汽提蒸汽用量大汽提的效果好，焦炭中的氢碳比低。催化剂在汽提段的停留时间 催化剂在汽提段得停留时间长，汽提效果好。汽提段的温度、压力 汽提段得恩度高压力低有利于汽提。汽提段的结构 汽提段得结构影响水蒸气和催化剂的接触效果，从而影响气体效果。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座10 8、提升管反应器设计中考虑的问题 （

6、1）针对分子筛催化剂的特点，应该使反应油气和催化剂在提升管内的运动接近于活塞流式流动以减少返混，从而减少二次反应和催化剂的积碳。提升管入口线速：4.5-7.5m/s 提升管出口线速：8-1m/s （2）严格控制油气和催化剂的接触时间。一般停留时间2-4秒。为了严格控制提升管反应时间，出口设快速分离器。（3）保证油气和催化剂的良好接触。设高效雾化喷嘴，使进料完全雾化成很小的液滴，以利于汽化，否则会使转化率降低，焦碳产率增加。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座11 催化剂在斜管和水平管流动时，催化剂有向管子低部沉积的趋势，虽然在提升管反应器里气体速度较大，超过催化剂的沉积速度，但是实践

7、表明，在水平管中催化剂的分布沿管截面是不均匀的，下部密度大而上部密度小，反应在管截面的上下部有较大的温差现象可以看出次现象。提升管有竖直的也有折叠的，折叠提升管有一部分是水平管。（4）在结构上要注意磨损和热膨胀问题 提升管内的线速较大，为了防止磨损，应有耐磨衬里。物流急转弯的地方容易产生磨损、冲蚀，可在转弯处采用直角气垫弯头，在弯头的顶部充满了催化剂和油气，构成一个气垫。提升管比较长、操作温度较高，热膨胀的问题也应给予考虑，一般设置 波纹管膨胀节。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座12 提升管反应器是针对分子筛催化剂的高活性而产生的。它与床层反应相比减少了催化剂的返混，缩短了反应时

8、间，改善了产品的分布，提高反应器的体积处理能力。但是随着催化裂化技术的发展，特别是炼制重质油品时，油剂的接触效果不够理想，反应时间还比较长等。针对生产的技术要求还有很多问题需要解决，近年来针对提升管反应器的改进技术很多。如反应区的温度控制技术、多点进料技术、双提升管技术等。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座13 （二）再生器 再生器的主要作用是烧去催化剂上的焦炭恢复催化剂的活性，同时提供裂化所需要的热量。再生器在催化裂化反应装置中是重要的设备，它的建设投资大约占装置总投资的60%。对再生器的要求：再剂含碳量低，一般要求低于0.2%,有时要求达到0.05%-0.1%,或更低。有较高的

9、烧碳速率。催化剂的减活及磨损条件缓和。易操作，能耗低及投资少。能量消耗少、能满足环保的要求。对各种催化剂的适应性强，重金属污染少。带如反应系统的惰性气体少。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座14型式CO2/CO烧焦强度再生剂含碳量单段再生常规再生1-1.380-1000.15-0.2助燃剂再生3-20080-1200.10-0.20高温再生200-300100-1200.05-0.10两段再生单器两段再生1.5-200150-2000.05-0.10两器两段再生2-2.580-1200.03-0.05两器两段再生（不取热）2-15080-1200.03-0.10两器两段逆流再生(取

10、热）3-560-800.03-0.05快速床再生前置烧焦罐再生50-200150-3200.05-0.20后置烧焦罐再生3-200200-2500.05-0.20烧焦罐-湍流床串联再生50-200200-3500.05-0.109-11各种组合的再生型式2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座15 1、再生器的组成和结构 再生器由密相段、稀相段、主风分布器、旋风分离器器、集气室等组成。（1）壳体 再生器是一个圆筒形焊接设备，其壳体一般是用A3碳钢制作。由于再生器的操作温度已经超过碳钢所允许的温度以及壳体受到流化催化剂的磨损，因此一般在壳体内壁设隔热层和耐磨衬里。隔热层：矾土水泥、轻质耐火

11、土以及蛭石配成。厚度74mm。耐热耐磨层：矾土水泥、矾土细粉和矾土熟料配成。厚度26mm。为了防止耐磨层的脱落，一般采用龟甲网。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座16 密相段直径 再生器密相床有高速床和低速床，对低速床，按床层线速（空塔线速）0.6-0.7米/秒确定密相直径；对高速床，气速采用1.0-1.5米/秒，烧焦罐就是高速床再生。高速床可提高再生效率，因此可以减少密相床的藏量，这样可以带来如下好处：减少催化剂在高温下的停留时间，减轻催化剂的减活；因藏量少，为维持一定的催化剂活性所需补充的催化剂少；因藏量小，发生波动时恢复正常操作的时间短。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化

12、技术讲座17 密相段高度密相段高度 H=W/AW由烧焦动力学计算所需的藏量，（再生器藏量包括稀相段的藏量次相要扣除）即CBR中的W。A密相段截面积，。密相床平均密度，公斤/米3，与床层气速、催化剂的筛分组成及颗粒密度有关。再生器密相床高度一般越6-7米。稀相段直径 为了有利于催化剂的沉降，旋分器周围的空间的气速应保证低于0.6-0.7米/秒。如果密相采用高速床，则稀相段的直径必须大于密相段直径。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座18 稀相段高度 随着气流由密相进入稀相段的催化剂，在上升的过程中，不断沉降并落回密相段，因此，稀相段的高度越大则气体中的催化剂浓度越低。当高至某一高度时再

13、继续增加高度，固体浓度不再降低，这个高度就是分离空间高度，也称为TDH高度，分离空间高度与床层线速及催化剂物性有关。再生器床层料面与一级旋分器入口的高度一般保持在6米以上，根据生产经验此高度的适宜数值为9-11米。从再生器一级旋分器入口到再生器顶烟气出口在加3米。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座19 过度段 当稀相段的直径大于密相段直径时，两段之间用锥体连接，锥体斜面与水平的倾角保持600，以免催化剂在该处流动不畅或堆积。(2)再生器的设备 旋风分离器 旋风分离器的作用是把再生器稀相段没有沉降下来的催化剂颗粒通过气固分离返回到再生器的密相床。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化

14、技术讲座202022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座212022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座222022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座23分布板和分布管 再生器的主风分布器的作用是使空气沿整个床层截面分布均匀，创造一个良好的起始流化条件。分布板：分布板需制成中心下凹的碟形。由于聚式流化气体有向中心部位集中的趋势，因而使得气体分布不均匀，中央气速高，气泡聚集，而四周气速低，这样会出现催化剂从周边筛孔下落，又从中心处筛孔返床层的循环现象，以致造成中心部位筛孔的严重磨损。为了避免这种情况，将分布板制成中心下凹的碟形，使气体通过中心部位阻力增大，以迫使它必须均匀分布。但应注意曲

15、率不能太大，一般下凹深度最大为83mm/m直径左右。从机械结构方面来看，这种形状的受力情况也较好。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座24设计和制造质量良好的分布板可以获得较好的流化质量，但分布板存在着特有的缺点：压降较大；制作和检修困难；大型再生器分布板容易变形。国内不少再生器的分布板都发生较严重的变形，造成主风分布恶化，使流化质量变坏，影响了再生效率并增大催化剂的损耗，故而很多装置改用分分布管。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座25 分布管分布管 常用的分布管有同心圆式和树枝式两种类型。图6-51为分布管结构示意图。主管下端与辅助燃烧室的出口管联接。主管、支管、分支管

16、是用碳钢管或Cr5Mo管制成。每根分支管下面焊接许多厚壁短管(即喷嘴)，主风从短管以高速向下喷出然后返向上面，经过管排间的缝隙进入床层，在主管顶部设有人孔，以备检修时进入。为了避免形成死区，对较大的装置常在人孔盖上装设曲管喷嘴，有的装置在支管上方也加设曲管喷嘴如图6-51中(c)所示。为了使主风分布均匀和操作稳定，应当使主风通过分布管时保证一定的压降，根据经验分布管压降相当于床层压降的30-70%即可满足要求。推荐设计压降为5.0-7.0kpa。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座26 欲使主风在分布管各部位处的喷嘴喷出均匀，应当使分布管的压降绝大部分消耗在喷嘴处。根据水力学原理推算

17、，如果喷嘴压降占总压降的90%以上，则通过各喷嘴的流量可以基本达到相等。实际在设计分布管时，使主管、支管、分支管内的流速大体相同，一般为15-25m/s。而喷嘴线速往往高达50-70m/s。但主风以高速自喷嘴喷出时对催化剂有冲蚀作用，为了能既保证气流分布均匀，又减少对催化剂冲蚀的双重要求，常采用异径喷嘴。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座272022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座28 再生器辅助燃烧室 再生器的用风由主风机提供，主风通过辅助燃烧进入再生器的空气分部器。辅助燃烧室开工前用于烘再生器的衬里。开工时用于再生器的升温，这时通入燃料燃烧，向再生器通入高温烟气提供热量，

18、正常开工时，不烧燃烧油，它只是主风的通道。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座292022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座30 再生器取热器 对于渣油催化裂化由于焦碳产率叫高，再生过程的放热量大两器的热平衡表现为热过剩。反再系统分为热不足，再生的供热量小于反应的耗热量。热平衡 再生的供热量等于反应的耗热量。热过剩 再生的供热量大于反应的耗热量。对于热过剩必须采取取热的方式来保证装置的热平衡，这样才能正常的生产。取热器的形式有多种，一般分为内取热和外取热，由于内取热有检修难度大，等缺点，现在很少采用，多为外取热。外取热就是将取热器设置在再生器的外部，又分为上流式外取热和下流式外取

19、热。关于上流式和下流式取热形式是根据再生器的形式结构确定。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座312022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座322022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座33（3）反应-再生系统流程 以高低并列式提升管催化裂化装置为例说明反应再生系统的工艺流程，如图6-31所示。新鲜原料(以馏分油为例)经换热后与回炼油混合经加热炉预热至300-380由喷嘴喷入提升管反应器底部(油浆不进加热炉直接进提升管)与高温再生催化剂相遇，立即汽化反应，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起以7-8 m/s的入口线速携带催化剂沿提升管向上流动，在470-510的反应温度下停留约2-

20、4s，以13-20m/s，的高线速通过提升管出口，经快速分离器进入沉降器，携带少量催化剂的油气与蒸汽的混合气经两级旋风分离器，进入集气室，通过沉降器顶部出口进入分馏系统。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座34 经快速分离器分出的催化剂，自沉降器下部进入汽提段，经旋风分离器回收的催化剂通过料腿也流入汽提段。进入汽提段的待生催化剂用水蒸气吹脱吸附的油气，经待生斜管、待生单动滑阀以切线方式进入再生器，在650-690的温度下进行再生。再生器维持0.15-0.25MPa(表)的顶部压力，床层线速约为1-1.2m/s。含炭量降到0.2%以下的再生催化剂经淹流管、再生斜管和再生单动滑阀进入提升

21、管反应器，构成催化剂的循环。烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进入旋风分离器。经两级旋风分离除去携带的大部分催化剂，烟气通过集气室(或集气管)和双动滑阀排入烟囱(或去能量网收系统)。回收的催化剂经料腿返回床层。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座35 再生烧焦所需空气由主风机供给，通过辅助燃烧室及分布板(或管)进入再生器。在生产过程中催化剂会有损失，为了维持系统内的催化剂藏量，需要定期地或经常地向系统补充新鲜催化剂。即使是催化剂损失很低的装置，由于催化剂老化减活或受重金属污染，也需要放出一些废催化剂，补充一些新鲜催化剂以维持系统内平衡催化剂的活性。为此装置内应设有两个催化剂贮罐，一个

22、是供加料用的新鲜催化剂贮罐，一个是供卸料用的热平衡催化剂贮罐。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座36 反应再生系统的主要控制手段有：由气压机入口压力调节汽轮机转速控制富气流量以维持沉降器顶部压力恒定。以两器压差作为调节信号由双动滑阀控制再生器顶部压力。由提升管反应器出口温度控制再生滑阀开度来调节催化剂循环量。由待生滑阀开度根据系统压力平衡要求控制汽提段料面高度。依据再生器稀密相温差调节主风放空量(称为微调放空)，以控制烟气中的氧含量预防发生二次燃烧。除此之外还有一套比较复杂的自动保护系统以防发生事故。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座372022-12-4页岩油化工厂催

23、化裂化技术讲座38 （4）分馏系统 催化裂化分馏系统的原则流程见图6-31。由沉降器顶部出来的反应产物油气进入分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段后，油气自下而上通过分馏塔。经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油(也可以不出重柴油)、回炼油及油浆。如在塔底设油浆澄清段，可脱除催化剂出澄清油，浓缩的稠油浆再用回炼油稀释送回反应器进行回炼并回收催化剂。如不回炼也可送出装置。轻柴油和重柴油分别经汽提塔汽提后再经换热、冷却然后出装置。轻柴油有一部分经冷却后送至再吸收塔，作为吸收剂，然后返回分馏塔。为了取走分馏塔的过剩热量和使塔的负荷分布均匀，在塔的不同位置分别建立4个循环回流即：顶循环回流、一中段回流，

24、二中段回流及油浆循环回流。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座39与一般分馏塔相比，催化裂化分馏塔有以下特点：进料是带有催化剂细粉的460以上的过热油气，因此必须先把油气冷却至饱和状态并洗去夹带的催化剂细粉，以免在进行分馏时堵塞塔盘，为此在塔的下部设有脱过热段，其中装有挡板，由塔底抽出油浆经换热、冷却后返回挡板上方与上来的油气逆流接触，达到洗涤粉尘和脱过热的作用。由于催化裂化产品的分离精确度要求不很高，容易满足，又全塔剩余热量较多，因此一般都设 4个循环回流分段取热。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座40 塔顶冷回流只作备用的辅助手段，主要靠顶循环回流取热其原因主要是：由

25、于进入分馏塔的油气中含有相当数量的惰性气体和不凝气，它们会影响塔顶冷凝冷却器的效果，而采用顶循环回流可以减轻这些气体的影响。同时循环回流抽出的温度高，便于回收热量。而且由于传热温差大可以节省传热面积和降低水电消耗。采用顶循环回流代替冷回流可以减少分馏塔顶流出的油气量从而降低由分馏塔顶至气压机入口的压力降，使气压机入口压力提高。在出口压力一定的情况下则可降低气压机的功率消耗。因此使用顶循环回流是有利的。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座41（5）吸收稳定系统 从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中又溶有C3、C4组分。为了将富气和粗汽油重新分离成干气(C2组分)、液

26、化气(C3、C4)和蒸汽压合格的稳定汽油，故在催化裂化后部设吸收稳定系统，利用吸收和精馏的方法来完成这一任务。其原则流程见图6-32。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座422022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座43 从油气分离器出来的富气经气压机压缩，然后冷却分出凝缩油后从底部进入吸收塔，稳定汽油和粗汽油作为吸收剂由塔顶部进入。吸收解吸系统维持1.0-2.0 MPa的操作压力。因为吸收是放热过程，较低的操作温度对吸收有利，故在吸收塔设有1-2个中段循环回流。吸收剂吸收了C3、C4(同时也会吸收部分C2)作为富吸收油由塔底抽出送至解吸塔顶，从吸收塔顶出来的贫气其中夹带有汽油，

27、经再吸收塔用轻柴油作为吸收剂回收这部分汽油组分后返回分馏塔。再吸收塔顶出来的是干气送至瓦斯管网。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座44 解吸塔的任务是将富吸收油中的C2解吸出来。从压缩富气中分出的凝缩油(为含有C3、C4的轻汽油组分)与富吸收油一起由顶部进入解吸塔。由于解吸是吸热过程，操作温度比吸收塔高，塔底有再沸器供热。解吸出来的 C2从增顶出来。由于其中还含有相当数量的C3、C4，所以经冷凝冷却后又返回压缩富气中间罐，重新平衡后气相混入压缩富气进吸收塔，液相混入凝缩油送入解吸塔。解吸塔底出来的为脱乙烷汽油是稳定塔的进料，脱乙烷汽油中的C2含量应严格控制，否则会恶化稳定塔顶冷凝冷

28、却器工作效率并且会由于需要排出不凝气而损失C3、C4。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座45 稳定塔实质上是一个从C5以上的汽油中分出C3、C4的精馏塔，其操作压力一般为1.0-1.5MPa。为了控制稳定塔的压力，有时需要排出部分不凝气(或称气态烃)，主要是C1，此外还带有C3、C4。脱乙烷汽油作为稳定塔的进料由塔的中部进入，塔底产品是蒸汽压合格的稳定汽油，塔顶产品是液化气。液态烃是重要的化工原料和民用燃料，因此努力提高液态烃的产率也是催化裂化装置的重要任务之一 2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座46 从生产经验来看，提高C3收率的关键在于：提高吸收效率，使干气中尽量少

29、含C3，提高解吸效率使脱乙烷汽油减少C2，达到少排或不排不凝气。而提高C4收率的关键则在于提高稳定深度，减少汽油中的C4含量。有的催化裂化装置吸收塔和解吸塔合成一个整塔，上部为吸收段下部为解吸段，由于吸收和解吸是两个相反的过程，要求不同的操作条件，在同一塔内难以做到同时满足两个过程的需要，因此在这种流程中C3、C4的吸收效率较低或脱乙烷汽油中C2的含量较高，但这种流程设备简单，比用两个塔时少用一台富吸收油泵，富气冷凝冷却器和中间罐也小一些。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座47 （6）能量回收系统 其示意流程见图6-33。从再生器出来的高温烟气（大约700，含有小的催化剂颗粒）经高

30、效三级旋风分离器分出其中的催化剂，使烟气中的粉尘含量降低到0.2g/m3烟气以下，否则会破坏烟机的叶片，然后通过调节蝶阀进入烟气透平膨胀作功，使再生烟气的动能转化为机械能，供再生所需空气。开工时无高温烟气，主风机由辅助电动机（或蒸汽透平）带动。正常操作时如烟气透平功率带动主风机尚有剩余时辅助电动机可以作为发电机，向配电系统输出电功率。2022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座482022-12-4页岩油化工厂催化裂化技术讲座49 烟气经膨胀透平后温度、压力虽都有降低，但仍含有大量的化学能和显热能，故需经切断蝶阀和水封罐进一氧化碳锅炉，如果准嘎吱采用完全再生技术，没有一氧化碳的化学能可以利用，烟气进入余热锅炉，所产生的蒸汽可供蒸汽透平或装置内外其它部分使用。如果装置是完全再生过程，烟气中CO含量可降低至500ppm以下，则无化学能回收，这时一氧化碳锅炉可改为废热锅炉，只回收显热能。为了操作灵活、安全，另设有一条辅线，使从三级旋风分离器出来的烟气可根据需要直接进烟囱或经一氧化碳锅炉后再进烟囱，再生器的压力则主要由该线路上的双动滑阀控制。