石油化工催化裂化裝置工藝流程.doc

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煉油生產安全技術—催化裂化的裝置簡介類型及工藝流程 催化裂化技術的發(fā)展密切依賴于催化劑的發(fā)展。有了微球催化劑，才出現(xiàn)了流化床催化裂化裝置；分子篩 催化劑的出現(xiàn)，才發(fā)展了提升管催化裂化。選用適宜的催化劑對于催化裂化過程的產品產率、產品質量以及經(jīng) 濟效益具有重大影響。 催化裂化裝置通常由三大部分組成，即反應再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。其中反應––再生系統(tǒng) 是全裝置的核心，現(xiàn)以高低并列式提升管催化裂化為例，對幾大系統(tǒng)分述如下： ㈠ 反應––再生系統(tǒng) 新鮮原料(減壓餾分油)經(jīng)過一系列換熱后與回煉油混合，進入加熱爐預熱到370℃左右，由原料油噴嘴以霧 化狀態(tài)噴入提升管反應器下部，油漿不經(jīng)加熱直接進入提升管，與來自再生器的高溫(約650℃~700℃)催化劑接 觸并立即汽化，油氣與霧化蒸汽及預提升蒸汽一起攜帶著催化劑以7米/秒~8米/秒的高線速通過提升管，經(jīng)快速 分離器分離后，大部分催化劑被分出落入沉降器下部，油氣攜帶少量催化劑經(jīng)兩級旋風分離器分出夾帶的催化 劑后進入分餾系統(tǒng)。 積有焦炭的待生催化劑由沉降器進入其下面的汽提段，用過熱蒸氣進行汽提以脫除吸附在催化劑表面上的 少量油氣。待生催化劑經(jīng)待生斜管、待生單動滑閥進入再生器，與來自再生器底部的空氣(由主風機提供)接觸 形成流化床層，進行再生反應，同時放出大量燃燒熱，以維持再生器足夠高的床層溫度(密相段溫度約650℃~68 0℃)。再生器維持0.15MPa~0.25MPa (表)的頂部壓力，床層線速約0.7米/秒~1.0米/秒。再生后的催化劑經(jīng)淹流 管，再生斜管及再生單動滑閥返回提升管反應器循環(huán)使用。 燒焦產生的再生煙氣，經(jīng)再生器稀相段進入旋風分離器，經(jīng)兩級旋風分離器分出攜帶的大部分催化劑，煙 氣經(jīng)集氣室和雙動滑閥排入煙囪。再生煙氣溫度很高而且含有約5%~10% CO，為了利用其熱量，不少裝置設有CO 鍋爐，利用再生煙氣產生水蒸汽。對于操作壓力較高的裝置，常設有煙氣能量回收系統(tǒng)，利用再生煙氣的熱能 和壓力作功，驅動主風機以節(jié)約電能。 ㈡ 分餾系統(tǒng) 分餾系統(tǒng)的作用是將反應再生系統(tǒng)的產物進行分離，得到部分產品和半成品。 由反應再生系統(tǒng)來的高溫油氣進入催化分餾塔下部，經(jīng)裝有擋板的脫過熱段脫熱后進入分餾段，經(jīng)分餾后 得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回煉油和油漿。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經(jīng)汽提、換 熱或冷卻后出裝置，回煉油返回反應––再生系統(tǒng)進行回煉。油漿的一部分送反應再生系統(tǒng)回煉，另一部分經(jīng) 換熱后循環(huán)回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內氣、液相負荷分布均勻，在塔的不同位置分別設有4 個循環(huán)回流：頂循環(huán)回流，一中段回流、二中段回流和油漿循環(huán)回流。 催化裂化分餾塔底部的脫過熱段裝有約十塊人字形擋板。由于進料是460℃以上的帶有催化劑粉末的過熱油 氣，因此必須先把油氣冷卻到飽和狀態(tài)并洗下夾帶的粉塵以便進行分餾和避免堵塞塔盤。因此由塔底抽出的油 漿經(jīng)冷卻后返回人字形擋板的上方與由塔底上來的油氣逆流接觸，一方面使油氣冷卻至飽和狀態(tài)，另一方面也 洗下油氣夾帶的粉塵。 ㈢ 吸收––穩(wěn)定系統(tǒng)： 從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4甚至C2組分。吸收––穩(wěn) 定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣(≤C2)、液化氣(C3、C4)和蒸汽壓合格的 穩(wěn)定汽油。 一、裝置簡介 　　(一)裝置發(fā)展及其類型 　　1．裝置發(fā)展 　　催化裂化工藝產生于20世紀40年代，是煉油廠提高原油加工深度的一種重油輕質化的工藝。 　　20世紀50年代初由ESSO公司(美國)推出了Ⅳ型流出催化裝置，使用微球催化劑(平均粒徑為60—70tan)，從而使催化裂化工藝得到極大發(fā)展。 　　1958年我國第一套移動床催化裂化裝置在蘭州煉油廠投產。1965年我國自己設計制造施工的Ⅳ型催化裝置在撫順石油二廠投產。經(jīng)過近40年的發(fā)展，催化裂化已成為煉油廠最重要的加工裝置。截止1999年底，我國催化裂化加工能力達8809。5104t／a，占一次原油加工能力的33．5％，是加工比例最高的一種裝置，裝置規(guī)模由(34—60)104t／a發(fā)展到國內最大300104t／a，國外為675104t／a。 　　隨著催化劑和催化裂化工藝的發(fā)展，其加工原料由重質化、劣質化發(fā)展至目前全減壓渣油催化裂化。根據(jù)目的產品的不同，有追求最大氣體收率的催化裂解裝置(DCC)，有追求最大液化氣收率的最大量高辛烷值汽油的MGG工藝等，為了適應以上的發(fā)展，相應推出了二段再生、富氧再生等工藝，從而使催化裂化裝置向著工藝技術先進、經(jīng)濟效益更好的方向發(fā)展。 　　2．裝置的主要類型 　　催化裂化裝置的核心部分為反應—再生單元。反應部分有床層反應和提升管反應兩種，隨著催化劑的發(fā)展，目前提升管反應已取代了床層反應。 　　再生部分可分為完全再生和不完全再生，一段再生和二段再生(完全再生即指再生煙氣中CO含量為10—6級)。從反應與再生設備的平面布置來講又可分為高低并列式和同軸式，典型的反應—再生單元見圖2—4、圖2—5、圖2—6、圖2—7，其特點見表2—11。 (二)裝置單元組成與工藝流程 　　1.組成單元 　　催化裂化裝置的基本組成單元為：反應—再生單元，能量回收單元，分餾單元，吸收穩(wěn)定單元。作為擴充部分有：干氣、液化氣脫硫單元，汽油、液化氣脫硫醇單元等。各單元作用介紹如下。 　　(1)反應—再生單元 　　重質原料在提升管中與再生后的熱催化劑接觸反應后進入沉降器(反應器)，油氣與催化劑經(jīng)旋風分離器與催化劑分離，反應生成的氣體、汽油、液化氣、柴油等餾分與未反應的組分一起離開沉降器進入分餾單元。反應后的附有焦炭的待生催化劑進入再生器用空氣燒焦，催化劑恢復活性后再進入提升管參加反應，形成循環(huán)，再生器頂部煙氣進入能量回收單元。 　　(2)三機單元 　　所謂三機系指主風機、氣壓機和增壓機。如果將反一再單元作為裝置的核心部分，那么主風機就是催化裂化裝置的心臟，其作用是將空氣送人再生器，使催化劑在再生器中燒焦，將待生催化劑再生，恢復活性以保證催化反應的繼續(xù)進行。 　　增壓機是將主風機出口的空氣提壓后作為催化劑輸送的動力風、流化風、提升風，以保持反—再系統(tǒng)催化劑的正常循環(huán)。 　　氣壓機的作用是將分餾單元的氣體壓縮升壓后送人吸收穩(wěn)定單元，同時通過調節(jié)氣壓機轉數(shù)也可達到控制沉降器頂部壓力的目的，這是保證反應再生系統(tǒng)壓力平衡的一個手段。 　　(3)能量回收單元 　　利用再生器出口煙氣的熱能和壓力使余熱鍋爐產生蒸汽和煙氣輪機作功、發(fā)電等，此舉可大大降低裝置能耗，目前現(xiàn)有的重油催化裂化裝置有無此回收系統(tǒng)，其能耗可相差1／3左右。 　　(4)分餾單元 　　沉降器出來的反應油氣經(jīng)換熱后進入分餾塔，根據(jù)各物料的沸點差，從上至下分離為富氣(至氣壓機)、粗汽油、柴油、回煉油和油漿。該單元的操作對全裝置的安全影響較大，一頭一尾的操作尤為重要，即分餾塔頂壓力、塔底液面的平穩(wěn)是裝置安全生產的有力保證，保證氣壓機人口放火炬和油漿出裝置系統(tǒng)的通暢，是安全生產的必備條件。 　　(5)吸收穩(wěn)定單元 　　經(jīng)過氣壓機壓縮升壓后的氣體和來自分餾單元的粗汽油，經(jīng)過吸收穩(wěn)定部分，分割為干氣、液化氣和穩(wěn)定汽油。此單元是本裝置甲類危險物質最集中的地方。 　　(6)干氣、液化氣脫硫和汽油液化氣脫硫醇單元該兩部分為產品精制單元。 　　干氣、液化氣在胺液(乙醇胺、二乙醇胺、Ⅳ—甲基二乙醇胺等)作用下、吸收干氣、液化氣中的H2S氣體以達到脫除H2S的目的。 　　汽油和液化氣在堿液狀態(tài)中在磺化酞氰鈷或聚酞氰鉆作用下將硫醇氧化為二硫化物，以達到脫除硫醇的目的。 　　2．工藝流程 　　工藝原則流程見圖2—8。 　　原料油由罐區(qū)或其他裝置(常減壓、潤滑油裝置)送來，進入原料油罐，由原料泵抽出，換熱至200—300C左右，分餾塔來的回煉油和油漿一起進入提升管的下部，與由再生器再生斜管來的650～700C再生催化劑接觸反應，然后經(jīng)提升管上部進入分餾塔(下部)；反應完的待生催化劑進入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油氣的待生劑通過待生斜管進入再生器下部燒焦罐。由主風機來的空氣送人燒焦罐燒焦，并同待生劑一道進入再生器繼續(xù)燒焦，燒焦再生后的再生催化劑由再生斜管進人提升管下部循環(huán)使用。 　　煙氣經(jīng)一、二、三級旋分器分離出催化劑后，其溫度在650～700C，壓力0．2-0．3MPa(表)，進人煙氣輪機作功帶動主風機，其后溫度為500—550C，壓力為0．01MPa(表)左右，再進入廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽，發(fā)汽后的煙氣(溫度大約為200℃左右)通過煙囪排到大氣。 　　反應油氣進入分餾塔后，首先脫過熱，塔底油漿(油漿中含有2%左右催化劑)分兩路，一路至反應器提升管，另一路經(jīng)換熱器冷卻后出裝置。脫過熱后油氣上升，在分餾塔內自上而下分離出富氣、粗汽油、輕柴油、回煉油?；責捰腿ヌ嵘茉俜磻?，輕柴油經(jīng)換熱器冷卻后出裝置，富氣經(jīng)氣壓機壓縮后與粗汽油共進吸收塔，吸收塔頂?shù)呢殮膺M入再吸收塔由輕柴油吸收其中的C4-C5，再吸收塔頂干氣進入干氣脫硫塔脫硫后作為產品出裝置，吸收塔底富吸收油進入脫吸塔以脫除其中的C2。塔底脫乙烷汽油進入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔底油經(jīng)堿洗后進入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置，穩(wěn)定塔頂液化氣進入脫硫塔脫除H，S，再進入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置。(脫硫脫硫醇未畫出) (三)化學反應過程 　　1．催化裂化反應的特點 　　催化裂化反應是在催化劑表面上進行的，其反應過程的7個步驟如下： 　?、贇鈶B(tài)原料分子從主流擴散到催化劑表面；②原料分子沿催化劑外向內擴散；③原料分子被催化劑活性中心吸附；④原料分子發(fā)生化學反應；⑤產品分子從催化劑內表面脫附；⑥產品分子由催化劑外向外擴散；⑦產品分子擴散到主流中。 　　重質原料反應生成目的產品可用下圖表示： 　　2．催化裂化反應種類 　　石油餾分是由十分復雜的烴類和非烴類組成，其反應過程十分復雜，種類繁多，大致分為幾個類型。 　　(1)裂化反應 　　是主要的反應。即C—C鍵斷裂，大分子變?yōu)樾》肿拥姆磻?(2)異構化反應 　　是重要的反應。即化合物的相對分子量不變，烴類分子結構和空間位置變化，所以催化裂化產物中會有較多異構烴。 　　(3)氫轉移反應 　　是一個烴分子上的氫脫下來加到另一個烯烴分子上，使其烯烴飽和，該反應是催化裂化特有的反應。雖然氫轉移反應會使產品安定性變好，但是大分子的烴類反應脫氫將生成焦炭。 　　(4)芳構化反應 　　烷烴、烯烴環(huán)化生成環(huán)烷烴和環(huán)烯烴，然后進一步氫轉移反應生成芳烴，由于芳構化反應使汽油、柴油中芳烴較多。 　　除以上反應外，還有甲基轉移反應、疊合反應和烷基化反應等。 　　(四)主要操作條件及工藝技術特點 　　1．主要操作條件 　　因不同的工藝操作條件不盡相同，表2—12列出一般一段再生催化裂化的主要操作條件。 　　2．工藝技術特點 　　(1)微球催化劑的氣—固流態(tài)化 　　催化裂化確切一點應該叫作流化催化裂化。微球催化劑(60—70／1m粒徑)在不同氣相線速下呈現(xiàn)不同狀態(tài)，可分為固定床(即催化劑不動)、流化床(即催化劑只在一定的空間運動)和輸送床(即催化劑與氣相介質一同運動而離開原來的空間)三種。 　　催化裂化的提升管反應是輸送床，而再生器中待生催化劑的燒焦過程是流化床，所以微球催化劑的氣—固流態(tài)化是催化裂化工藝得以發(fā)展的基礎，從而使反應—再生能在不同的條件下得以實現(xiàn)。 　　(2)催化裂化的化學反應 　　最主要的反應是大分子烴類裂化為小分子烴類的化學反應，從而使原油中大于300℃餾分的烴類生成小分子烴類、氣體、液化氣、汽油、柴油等，極大地增加了煉油廠的輕質油收率，并能副產氣體和液化氣。 　　(五)催化劑及助劑 　　1．催化劑 　　烴類裂化反應，應用熱裂化工藝也能完成，但是有了催化劑的參加，其化學反應方式不同，所以導致二類工藝的產品性質和產品分布都不同。 　　目前催化裂化所使用的催化劑都是分子篩微球催化劑，根據(jù)不同產品要求可制造出各種型號的催化劑。但其使用性能要求是共同的，即高活性和選擇性，良好的水熱穩(wěn)定性，抗硫、氮、重金屬的中毒；好的強度，易再生，流化性能好等。目前常見的有重油催化裂化催化劑、生產高辛烷值汽油催化劑、最大輕質油收率催化劑、增加液化氣收率催化劑和催化裂解催化劑等。由于催化裂化原料的重質化，使重油催化劑發(fā)展十分迅速，目前國內全渣油型催化劑性能見表2—13。 2．催化裂化助劑 　　為了補充催化劑的其他性能，近年來發(fā)展了多種起輔助作用的助催化劑，這些助劑均以劑的方式，加到裂化催化劑中起到除催化裂化過程外的其他作用。如促進再生煙氣中CO轉化為C02，提高汽油辛烷值，鈍化原料中重金屬對催化劑活性毒性，降低煙氣中的SOx的含量等各類助劑，它們絕大多數(shù)也是制造成與裂化催化劑一樣的微球分別加入再生器內，但占總劑量很少，一般在1％—3％，所以每天添加量只有10-1000kS／d左右。 　　CO助燃劑為SiO2—Al2O3細粉上載有活性金屬鉑制成。辛烷值助劑大多是含有15％-20％ZSM—5分子篩的Si—Al微球劑。而金屬鈍化劑為液態(tài)型含銻的化合物，將其注入原料油中，使其分解的金屬銻沉積在催化劑上以鈍化Ni的活性。 　　(六)原料及產品性質 　　1．催化裂化原材料 　　各類催化裂化所使用的原材料不盡相同，現(xiàn)將一般所使用的原材料主要性質匯總，見表2—14。