1、东北石油大学秦皇岛分校I绪论多年来，可编程序控制器从其产生到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步，在半导体技术、计算机技术和通信技术高速发展的今天，PLC 在模拟量的处理，数字运算，人机接口和网络等各方面的能力都已大幅度提高，成为工业控制领域的主流控制设备并且应用的越来越广泛，在各行各业发挥着越来越大的作用。 PLC 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机，车间，工厂自动化的核心设备，具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便等优点。随着技术的进步，其控制功能
2、由简单的逻辑控制，顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制成为自动化领域的三大技术支柱（PLC，机器人，CADCAM）之一。 展望未来，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来
3、看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 东北石油大学秦皇岛分校II目录第 1 章 催化裂化工业 1.1 概述-11.2 设计规模与生产制度-41.3 原料与产品规格-5第 2 章 生产方法及其工艺流程选择2.1 催化剂再生及其反应机理-92.2 催化剂再生的工艺流程-102.3 本设计方案的选择及其优点
4、-112.4 物料衡算-12第 3 章 公用工程3.1 蒸汽系统-133.2 净化风和非净化风系统-133.3 生产生活用水-14第 4 章 生产控制部分4.1 主要生产参数控制-15第 5 章 安全和环境保护东北石油大学秦皇岛分校III5.1 水污染源分布及控制-175.2 大气污染源分析及控制-185.3 固体废物污染源及控制-205.4 噪声污染分析及控制-21东北石油大学秦皇岛分校1第 1 章 催化裂化工业1.1 概述1.1.1 催化裂化工业的意义与作用石油工业是国民经济中最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是提供交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的
5、40%依赖于石油产品1。然而作为一种不可再生资源，石油的产量在不断的下降，而社会生产，人民生活却需要大量的汽油，柴油等轻质油品，但是石油不能直接作为产品使用,必须经过各种加工过程,炼制成多种符合使用要求的各种石油产品。而原油经过第一步加工只能得到少部分轻质油，大部分仍为渣油，因此需要对重质油进一步加工，催化裂化是对重质油加工的主要手段。以我国目前的需要情况为例，对轻质燃料油，重质燃料油和润滑油三者需要的比例是 20：6：1。另一方面，由于内燃机的发展对汽油的质量提出更高的要求，而直馏汽油一般难以满足这些要求。同时由于石油价格上涨和石油资源逐渐枯竭，许多国家都在努力寻找能替代石油的新能源。寻找新
6、能源的工作近年来虽然取得很大的进展，但是至少在几十年内，由石油生产的轻质液体燃料仍然是不可能被替代的，而且对它的需求量还不断增大。所有的这一切都促使了石油的催化裂化工业的产生和发展。1.1.2 催化裂化技术国内外发展现状东北石油大学秦皇岛分校2催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一,在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有重要的地位。在一些原油加工深度较大的国家,例如德国和美国,催化裂化的处理能力达原油加工能力的 30%以上。在我国,由于多数原油偏重,氢碳比（H/C）相对较高而金属含量相对较低,因此催化裂化过程,尤其是重油催化裂化过程的地位就显得更为重要。在我国国内最早的工业催化裂化装置出现于 19
7、36 年。几十年来,无论是规模还是技术均有了巨大发展。现在它已经成为原油二次加工中最重要的一个加工过程。从催化裂化技术角度来说,基本的是反应再生型式和催化剂性能两个方面的发展。传统的催化裂化原料是重质馏分油，主要是直馏减压馏分油，也包括焦化重馏分油。由于对轻质油品的需求不断增长及技术进步，近 20 年来，更重的油料也作为催化裂化的原料，例如减压渣油，石蜡油，脱沥青的减压渣油，加氢处理重油等。最早在工业上采用的反应器型式是固定床式反应器。反应和再生是轮流间歇地在同一反应器内进行的。为了在反应时供热及在再生时取走热,在反应器内装有取热的管束，用一种融盐循环取热。为了使生产连续化,可以将几个反应器组
8、成一组，轮流地进行反应和再生。固定床催化裂化的设备结构复杂，生产连续性差，因此，在工业上早已被其他型式的反应器所取代。由于生产要求的不断扩大和生产技术的不断进步，在二十世纪九十年代初期,流化床催化裂化技术迅速地发展成熟起来并很好地运用到实际东北石油大学秦皇岛分校3生产中去。1.1.3 催化裂化工艺简介移动床催化裂化的反应和再生是分别在反应器和再生器内进行的。原料油与催化剂同时进入反应器的顶部,它们相互接触,在反应的同时并向下移动。当它们移动至反应器的下部时,催化剂表面上会沉积上一定量的焦炭,于是油气从反应器的中下部导出而催化剂则从底部下来,再由连接到再生器的气升管用空气提升至再生器内向下移动过
9、程中进行烧焦再生。再生过的催化剂经另一根气升管又返回至反应器中。就这样，使催化剂在反应器和再生器中循环。流化床催化裂化的反应过程和再生过程也是分别在两个设备中进行3,其原理与移动床相似,只是在反应器和再生器内,催化剂与油气或空气形成与沸腾的液体相似的流化状态。为了便于流化,催化剂制成直径为 20100m 的微球。由于在流化状态时,反应器或再生器内温度分布均匀,而且催化剂的循环量大,可以携带的热量多,减少了反应器和再生器内温度变化的幅度,因而不必再在设备内专设取热设施,从而大大简化了设备的结构。同固定床相比，流化床催化裂化具有生产过程连续，产品性质稳定及设备简化等优越性，它很快就在各种催化裂化型
10、式中占据了主导地位。自二十世纪六十年代以来,为配合高活性的分子筛催化剂,流化床反应器又发展为提升管反应器。目前,在全世界催化裂化装置的总加工能力中,东北石油大学秦皇岛分校4提升管催化裂化已占绝大部分。我国的情况也是大致如此。1.2 设计规模与生产制度1.2.1 设计规模反应再生联合装置处理的原料为大庆原产的混合蜡油和减压渣油，设计处理量为 80 万吨/年。掺渣比为 46%。设计计算物料时，按年开工8000 小时计。非停工状态下连续再生处理分子筛型催化裂化催化剂。80万吨/年重油催化裂化再生工段装置为将催化剂再生的工段，包括主要设备有：再生装置，旋风分离器部分等。1.2.2 生产规模全装置采用连
11、续操作方式，年处理量为 80 万吨/年重油。其中本催化剂再生工段处理催化剂的量为 1000 吨/小时（计算过程在第二章）。1.2.3 生产制度东北石油大学秦皇岛分校5化工生产企业属于高危生产,所以设计生产一线要求连续安全运转，采用五班三倒制，每班 8 小时工作制，其他部门采用每天每班 8 小时工作制。1.3 原料与产品规格1.3.1 催化剂物化性质催化剂在催化裂化的发展过程中起着十分重要的作用。工业上广泛应用的催化剂分为两类：一类是无定型的硅酸铝，包括天然活性白土和合成硅酸铝；另一类是结晶型硅酸铝盐，又称为分子筛催化剂，在催化裂化的发展初期,主要是利用天然的活性白土作催化剂。二十世纪四十年代起
12、广泛采用人工合成的硅酸铝催化剂,六十年代出现了分子筛催化剂,由于它具有活性高、选择性和稳定性好等特点。使用分子筛催化剂可以获得较高的汽油产率、较低气体产率和焦碳产率等优点，因此很快就被广泛采用,几乎取代了硅酸铝催化剂。1. 无定型硅酸铝盐催化剂工业催化裂化装置目前采用合成硅酸盐为催化剂，由 Na2sio3 和Al2(so4)3 溶液按一定比例配合生产凝胶，经过水洗、过滤、成型、干燥、活化等步骤制成。主要成分是 Sio2 和 Al2O3。按其含量的多少分成高、低铝催化剂。但从外型上看，移动床用催化剂是 3-5 的小球，流体床用的是 1-100m 的微球。一种多微孔性物质的平均直径是 4-8 ，微
13、孔的总体积约占催化剂球体积的 1/3。正是因为这些微孔，使催化剂有很大的表面积，使其表面东北石油大学秦皇岛分校6积可达到 300-700m2/g，催化剂就是靠每个颗粒中微孔内表面上大量的酸性中心而显微酸性。当油与催化剂在高温下接触而进行反应时这种酸性能给分子提供质子，造成不断的裂化反应条件。而酸性与结构有关，主要是靠它含有少量的结构水，水是质子的主要来源。2. 结晶型硅酸铝催化剂结晶型硅酸铝催化剂既分子筛催化剂，60 年代初被广泛的应用，目前世界上大多数催化裂化装置已采用这种催化剂，目前工业上应用的分子筛硅酸铝催化剂，一般只是含 5%-15%的分子筛，其余的是硅酸铝载体。载体不仅能降低催化剂的
14、成本，而且能起到分散活性，提高稳定性和耐磨性，传递热量以及大分子预先反应等多种作用载体和分子互相促进，使裂化达到很高的转化率。分子筛催化剂具有裂化活性和转化活性高、选择性好、稳定性高和抗金属能力强等优点，但缺点是含炭量低，只有 0.2%，当催化剂的含炭量每增加 0.1%，转化率则降低 3%-4%。分子筛活性来源，目前还进一步研究。3. 分子筛催化剂的特性分子筛对烷烃和环烷烃有很高的裂化活性，对于目前应用的工业催化剂，大约只需要 1-4 秒的接触时间，就可使原料中的烷烃和环烷烃全部转化，因此反应时间要求严格控制，以免发生过多的二次反应。为了使反应器内的停留时间短且减少油气的返混，在工业上采用提升
15、管替代流体床，否则不能发挥分子筛选择性好的特点。东北石油大学秦皇岛分校7分子筛催化剂中只有 10%-20%分子筛，其余的都是载体。裂化反应主要是在分子筛上进行，因此催化剂的含炭量对其活性和选择性的影响就很大。所以要求催化剂再生后的含炭量要低于 0.1%，最好降低至 0.05%或更低。因此要求再生器有很高的烧焦效率。提高再生温度可以提高烧焦效率，故一般采用 7000C 左右的再生温度。分子筛催化剂对芳烃的裂化活性不高，因此原料油含芳烃多少影响转化率，特别是多环芳烃影响更大。分子筛催化剂的氢转移性高，所以汽油的饱和度高，其辛烷值一般比使用硅酸铝催化剂时低 1-2 个单位。当对汽油的辛烷值有较高要求的时候，应考虑选择适应条件和研制高辛烷值的催化剂。4. 催化剂的中毒和污染焦炭覆盖了催化剂的表面使活性降低，再生焦炭后，活性恢复。水蒸气能够破坏催化剂的结构从而降低催化剂的稳定性使活性下降，比表面积显著下降。重金属污染主要是镍和钒，会使液体产品和液化气产率减低，干气和焦炭率上升，不饱和度增加，特别明显的是氢气的产率增加，甚至会使风机超负荷，还大大降低装置的生产能力。克服重金属污染主要措施是一方面使用抗污染的能力强的分子筛催化剂，另一方面采用优良的原料油，尽可能降低油料油馏分中的硫和重金属的含量。1.3.2 催化剂技术指标本设计选择 CODO-1 新型催化裂化催化剂，本催化剂的抗重金属中毒
