1、2019/1/18,石油化工过程系统概论,1,第三章 催化裂化装置 Catalytic cracking unit,2019/1/18,石油化工过程系统概论,2,燃料生产中一个重要的问题：如何将原油中的重质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品？ 重质油转化为轻质油 从大分子分解为较小的分子主要依靠分解反应（热反应和催化反应） 从低H/C的组成转化成较高H/C的组成脱碳（溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等）加氢（加氢裂化）,2019/1/18,石油化工过程系统概论,3,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产品的生产中占有很重要的地位。 催化裂化是重质油在酸性催化剂存在下，在500左
2、右、11053105Pa下发生裂解，生成轻质油、气体和焦炭的过程。催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术，是炼厂获取经济效益的重要手段。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,4,催化裂化能力在各个主要二次加工工艺中居于首位。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,5,催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是重油轻质化的核心工艺 催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要手段 催化裂化于1936年实现工业化 催化裂化原料：重质馏分油(减压馏分油、焦化馏分油)、常压重油、减渣、脱沥青油,一、催化裂化的原料和产品,2019/1/18,石油化工过程系统概
3、论,6,主要控制指标：金属含量和残碳值 Ni+V：不大于 20 PPm残碳：不大于 6% 产品分布： 气体:1020%，气体中主要是C3、C4，烯烃含量很高 汽油:产率在3060%之间，辛烷值较高，约8090 柴油:产率在040%， 十六烷值较低，需调和或精制 油浆：产率在010% 焦炭:产率在5%10%，原子比大约是C:H=1:0.31,2019/1/18,石油化工过程系统概论,7,二、催化裂化的发展过程,焦炭沉积在催化剂的表面上，使催化剂的活性下降。因此，经过一段时间的反应后，必须烧去催化剂上的焦炭以恢复催化剂的活性。这种用空气烧去积炭的过程称做“再生”。 由此可见，一个工业催化裂化装置必
4、须包括反应和再生两个部分。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,8,因此，一个工业催化裂化装置必须解决周期性地进行反应和再生，同时又周期性地供热和取热这一个问题。 如何解决反应和再生这一对矛盾是早期促进催化裂化工业装置型式发展的主要推动力。,催化裂化,反应：吸热过程，一般每公斤新鲜原料的反应大约需吸热400KJ,再生：放热过程，每公斤焦炭燃烧约放出热量33500kJ,2019/1/18,石油化工过程系统概论,9,1.固定床反应器 预热后的原料进入反应器内进行反应，通常只经过几分钟到,十几分钟，催化剂的活性就因表面积炭而下降，此时，停止进料，用水蒸气吹扫后，通入空气进行再生。因此，反应和再
5、生是轮流间歇地在同一个反应器内进行。,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成一组，轮流地进行反应和再生。 设备结构复杂，生产连续性差,2019/1/18,石油化工过程系统概论,10,2.移动床催化裂化 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，它们互相接触，一面进行反应，一面向下移动。当它们移动至反应器的下部时，催化剂表面上已沉积了一定量的焦炭，于是油气从反应器的中下部导出，而催化剂则从底部下来，再由气升管用空气提升至再生器的顶部，然后，在再生器内向下移动的过程中进行再生。再生过
6、的催化剂经另一根气升管又提升至反应器。,由于催化剂在反应器和再生器之间循环，起到热载体的作用，因此，移动床内可以不设加热管。但是在再生器中，由于再生时放出的热量很大，虽然循环催化剂可以带走一部分热量，但仍不能维持合适的再生温度。因此，在再生器内还须分段安装一些取热管束，用高压水进行循环以取走剩余的热量。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,11,3.流化床催化裂化 其反应和再生也是分别在两个设备中进行，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，
7、而且催化剂的循环量大，可携带的热量多，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。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,12,同固定床催化裂化相比较，移动床或流化床催化裂化都具有生产连续、产品性质稳定及设备简化等优点。在设备简化方面，流化床的优点更突出，特别是流化床更适用于大处理量的生产装置。由于流化床催化裂化的优越性，它很快就在各种催化裂化型式中占据了主导地位。,自60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，提升管催化裂化已占绝大部分。我国的情况也是如此。,2
8、019/1/18,石油化工过程系统概论,13,二、流化催化裂化的定义Definition,催化裂化装置，也称为流化催化裂化装置(“FCC”)。所谓“流化（Flowing）”是指当气体以一定的速度通过装有催化剂（Catalyst）的空间时，催化剂将剧烈扰动，气固两相混合在一起，像流体一样流动或沸腾。 DCC ：deep catalyst cracking RCC ：residuum catalyst cracking,深度催化裂化,渣油催化裂化,Flowing catalyst cracking,2019/1/18,石油化工过程系统概论,14,在流化催化裂化装置中，催化剂的输送、原料油的裂化反应
9、（ cracking reaction）和催化剂（Catalyst）的再生（Rebirth），都应用了流化技术，所以统称“流化催化裂化装置（Flowing Catalytic cracking unit）”以区别于固定床催化裂化装置（fixing bed Catalytic cracking unit ）和移动床催化裂（moving bed Catalytic cracking unit）化装置。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,15,三、流化催化裂化装置的特点,(1)产品质量好。汽油辛烷值高，一般约为80左右，而且安定性好。 (2)开工周期长。一般开工周期为1年，周期长的可达23年
10、。 (3)可提供大量化工原料。在裂化气体中，主要为含C3和C4的烃类，其中的丙烯、丁烯和异丁烷的含量很高，它们都是石油化工生产的重要原料。同时，还能提供大量的民用液化石油气。而催化柴油中含有大量重质芳烃，是制取萘的原料。柴油中的重质芳烃抽提后，16烷值亦可得到改善。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,16,(4)产品方案灵活。同一装置，采用不同的操作条件，可以得到不同产品的产率(气体、汽油、柴油的产率和比例)。 (5)原料选择范围宽。常压重馏分油、减压馏分油、焦化蜡油、润滑油脱蜡后的蜡膏、脱沥青油等，均可作为催化裂化原料。随着催化裂化技术的发展，现在常压重油和减压渣油也可作为催化裂化原
11、料油使用。(6)经济效益好。由于催化裂化装置可以将低值的重质油晶变为高价值的轻质油品，而且轻质油收率很高，故经济效益是很可观的。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,17,四、催化裂化装置的组成单元 Constitution of Catalytic cracking unit,按照工艺流程，整个装置可以分为四个单元或“系统”： (1)反应-再生系统（Respond-reborn system ）。包括原料油的裂化反应和催化剂的再生两个工艺过程。 (2)分馏系统（ distillating system ）。根据裂化产品的沸程不同，将其分割成气体、汽油、柴油、回炼油和油浆。,2019/1
12、/18,石油化工过程系统概论,18,催化裂化装置的组成单元,(3)吸收稳定系统（Absorb stability system ）。用稳定汽油将裂化气体中的C3和C4组分(液化石油气的主要成分)吸收下来，把乙烷及其以下的轻组分(裂化干气的主要组分)汽提出去，作为燃料气使用。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,19,催化裂化装置的组成单元,(4)能量回收系统（nergy recovering system ）。由于催化剂再生时产生的烟气携带有大量热能和压力能，回收这部分能量，可以降低生产成本和能耗，提高经济效益。对于大型装置，一般都是采用烟气轮机回收压力能，用作驱动主风机的动力和带动薄电
13、机发电；用余热锅炉进行热能回收，以产生蒸汽，供汽轮机使用或外输。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,20,第一节 工艺流程,2019/1/18,石油化工过程系统概论,21,催化裂化装置的命名,一般说来，催化裂化装置的分馏系统、吸收稳定系统和能量回收系统，尽管因装置不同而存在差异，但并无根本差别。因此装置的分类及命名，均根据反应-再生系统的特点而定，如“型催化裂化装置”、“提升管催化裂化装置”、“同轴式催化裂化装置”等。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,22,高低并列式 同轴式,2019/1/18,石油化工过程系统概论,23,一、反应-再生系统,图1-3-1表示的是典型的提升管
14、流化催化裂化装置的工艺流程原理。由于沉降器位置高于再生器，所以又名“高低并列式提升管催化裂化装置”。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,24,l一辅助燃烧室， 2一主风(空气)分布管； 3一再生器密相段(床)； 4一再生器稀相段； 5一再生器一、二级旋风分离器 6一烟气集气室， 7一反应油气集气室， 8一沉降器一、二级旋风分离器 9一快速分离器， 10一沉降器沉降段， 11一沉降器汽提段； 12一待生斜管， 13一待生单动滑阀； 14一再生淹流斗； 15一提升管反应器； 16一再生斜管； 17一再生单动滑阀图1-3-1 提升管催化裂化装置反应再生系统流程,2019/1/18,石油化工过
15、程系统概论,25,反应-再生原理,重质原油在提升管中与再生后的热催化剂接触反应后进入沉降器，油气与催化剂经旋风分离器与催化剂分离，反应生成的气体、汽油、液化气、柴油等馏分与未反应的组分一起离开沉降器进入分馏单元； 反应后的附有焦碳的待生催化剂进入再生器用空气烧焦，催化剂恢复活性后再进入提升管参加反应，形成循环，再生器顶部烟气进入能量回收单元,2019/1/18,石油化工过程系统概论,26,二、分馏系统,沉降器来的反应油气，经换热器进入分馏塔，根据物料的沸点差，从上至下分离为富气、粗汽油、柴油、回炼油和油浆。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,27,分馏系统流程图,图1-3-2 分馏系统
16、典型流程示意图,1.分馏塔底人字形挡板处用油浆洗涤（1）防止少量催化剂细粉堵塞塔盘和影响产品质量；（2）由于反应油气温度较高，500左右，油浆洗涤可取走多余的热量。 2.油浆：一部分回炼，一部分回分馏塔，一部分送出装置作自用燃料。 3富气经压缩后去吸收稳定系统的凝缩油罐，粗汽油进吸收塔上部。 4.轻柴油气提冷却后送出装置 重柴油直接送出装置。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,28,分馏系统,2019/1/18,石油化工过程系统概论,29,在分馏塔内将反应油气分成几个产品：塔顶为汽油及富气，侧线有轻柴油、重柴油，塔底产品是油浆和回炼油 为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流、一个至
17、两个中段回流以及塔底油浆循环回流,2019/1/18,石油化工过程系统概论,30,催化裂化分馏塔有以下特点： 1.进料是带有催化剂粉尘的过热油气, 2.全塔剩余热量大（由高温油气带入），而且催化裂化产品的分馏精确度要求也不高，因此设置四个循环回流分段取热。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,31,200300 ,600750 ,490510 ,2 3s,2019/1/18,石油化工过程系统概论,32,分馏系统,2019/1/18,石油化工过程系统概论,33,三、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甚至C2组分，因此吸收稳定系统的作用：利
18、用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气（C2） 、液化气（C3、C4）和蒸汽压合格的稳定汽油。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,34,富气经气压机升压、冷却并分出凝缩油后，由底部进入吸收塔；稳定汽油和粗汽油则作为吸收液由塔顶进入，将富气中的C3、C4（含少量C2）等吸收后得到富吸收油。吸收塔顶部出来的贫气中夹带有少量稳定汽油，可经再吸收塔用柴油回收其中的汽油组分后成为干气，送出装置。富吸收油和凝缩油均进入解吸塔，使其中的气体解吸后，从塔顶返回凝缩油沉降罐，塔底的未稳定汽油送入稳定塔，通过精馏作用将液化气和稳定汽油分开。有时，塔顶要排出部分不凝气（也称气态烃），它主要是C2，并夹带
19、有C3和C4.排出不凝气的目的是为了控制稳定塔的操作压力。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,35,主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔组成。 吸收塔和解吸塔的操作压力为1.02.0MPa。 稳定塔实质上是个精馏塔，操作压力为1.0-1.5MPa。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,36,四、能量回收系统,利用再生器出口烟气的热能和压力使余热锅炉产生蒸汽和烟气轮机作功、发电等。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,37,能量回收系统的工艺流程图,图1-3-4 能量回收系统典型流程示意图,2019/1/18,石油化工过程系统概论,38,能量回收系统的工作原理,由再生器来的烟气，含有微量的催化剂粉尘，它将会造成烟气轮机叶片的磨损，所以在烟气进入烟气轮机前，需要经过三级旋风分离器再次净化。净化分离下来的催化剂粉尘，排出装置；输送粉尘的泄料烟气(约占烟气总量的23)，经四级旋风分离器(图中未画出)和临界流量孔板通过烟道进人烟囱放空。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,39,能量回收系统的工作原理,净化后的烟气，进入烟气轮机作功，驱动主风机，多余部分功率带动电动发电机发电。烟气在烟气轮机中作完功，回收了压力能后，温度亦略有降低，然后去余热锅炉(图中未画出)产生蒸汽，烟气降温后去放空烟囱放入大气。,2019/1/18,石油化工过程系统概论,40,
