1、齐鲁工业大学 2013 届毕业设计年产 30 万吨重油催化裂化反应-再生系统工艺设计齐鲁工业大学 2013 届毕业设计目 录摘 要 .1ABSTRACT .1第一章 前言 .11.1催化裂化的目的及意义 .11.2催化裂化技术发展 .11.3设计的主要内容 .2第二章 工艺叙述 .32.1反应-再生系统 .32. 2分馏系统 .42. 3吸收 稳定系统 .4第三章 设计原始数据 .53.1处理量 .53.2开工时 .53.3原始数据及再生-反应及分馏操作条件 .5第四章 反应-再生系统工艺计算 .94.1 再生系统 .94.1.1 燃烧计算 .94.1.2热量平衡 .104.1.2.1 热流量
2、入方 .104.1.2.3 热流量出方 .114.1.3催化剂循环量 .114.1.4空床流速 .134.1.4.1密相床层 .134.1.4.2 稀相床层 .134.2提升管反应器 .144.2.1 物料衡算 .144.2.2热量衡算 .164.2.2.1热量入方各进料温度 .174.2.3 提升管工艺计算 .194.2.3.1提升管进料处的压力和温度 .194.2.3.2提升管直径 .204.2.3.3 预提升段的直径和高度 .234.2.4 旋 风 分 离 器 工 艺计算 .234.2.4.1 筒体直径 .244.2.2.2一级入口截面积 .254.2.2.3 二级入口截面积 .254.
3、2.2.4一级料腿负荷及管径 .25第五章 分馏塔能量平衡计算 .27齐鲁工业大学 2013 届毕业设计第六章 计算结果汇总 .29结束语 .30参考文献 .31致 谢 .32齐鲁工业大学 2013 届毕业设计1摘 要催化裂化是石油炼制过程之一，是在热和催化剂的使用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化汽，汽油和柴油等的过程。本设计题目是年产 30 万吨的重质油催化裂化反应工艺设计。所用工艺对重油加工程度较深，且产品收率很高，同时具有较好的经济效益和环保效益。通过汽油的方案及反-再系统工艺的计算，达到设计的目的。关键词：重油； 催化裂化； 装置； 设计ABSTRACTFCC is one of t
4、he petroleum refining processes. FCC is the process in which heavy oil cracks into stream cracker， gasoline, diesel, and etc. with the use of heat and catalysts.The topic of this design is 0.3 million tons per year of FCC process design. The technic used in this design is characterized by deeper hea
5、vy oil processing, higher yield, and better both economic and environmental performance. The aim of this design is to decide on the design of the gasoline and calculate the technics of the reaction-regeneration for heavy oil. Key word：Heavy oil; catalytic cracking； installment； design第一章 前言1第一章 前言1.
6、1 催化裂化的目的及意义我国原油偏重，轻质油品含量低，为增加汽油、柴油、乙烯用裂解原料等轻质油品产量。我国炼油工业走深度加工的道路，形成了以催化裂化（FCC）为主体，延迟焦化、加氢裂化等配套的工艺路线。2001 年底全国有 147 套催化裂化装置，总加工能力超过 100.0Mt/a ，比 1991 年增加 58.4 Mt/a，增长 137.16%，可以说是世界上催化裂化能力增长最迅速的国家。催化裂化是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占有很重要的地位。催化裂化过程在炼油工业，以至国民经济中只有重要的地位。在我国，由于多数原油偏重，而 H/C 相对较高且金属含量相对较低，催
7、化裂化过程，尤其是重油催化过程的地位显得更为重要。随着工业、农业、交通运输业以及国防工业等部门的迅速发展，对轻质油品的需求量日益增多，对质量的要求也越来越高。以汽油为例，据 1988 年统计，全世界每年汽油总消费量约为 6.64 亿吨以上，我国汽油总量为 1750 万吨，从质量上看，目前各国普通级汽油一般为 9192（RON） ，优质汽油为 9698（RON） 。为了满足日益严格的市场需求，催化裂化工艺技术也在进一步发展和改进。本设计是对催化裂化反应-再生及分馏系统进行工艺上的设计与分析。1.2 催化裂化技术发展80 年代以来，催化裂化技术的进展主要体现在两个方面： 开发成功掺炼渣油（常压渣油
8、或减压渣油）的渣油催化裂化技术（称为渣油 FCC，简写为 RFCC） ； 催化裂化家族技术，包括多产低碳烯烃的 DCC 技术，多产异构烯烃的 MIO 技术和最大量生产汽油、液化气的 MGG 技术。目前国外新开发的重油催化裂化技术有：渣油加氢处理(VRDS)催化裂化(FCC)组合工艺” 、毫秒催化裂化工艺（MSCC）双台组合循环裂化床工艺、剂油短接触工艺（SCT） 、双提升管工艺、两段渣油改质技术等等。国内灵活双效催化裂化工艺（FDFCC） 、VRFCC 技术、催化裂化（MIP ）新技术等等。下面以两个技术为例说明：（1）渣油加氢处理催化裂化组合工艺基础研究的应用 它是在对加氢处理和催化裂化两种
9、工艺过程的特点、原料产品性质及加工方案进行深入研究的基础上，经过理论分析，实验室及工业试验后开发出的一种新的石油加工工艺“渣油加氢处理(VRDS)催化裂化(FCC)组合工艺” 。 流化催化裂化（FCC）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一种重要方法。据统计，截止到 1999 年 1 月 1 日，全球原油加工能力为 4 015.48 Mt/a，其中催化裂化装置的加工第一章 前言2能力为 668.37 Mt/a，约占一次加工能力的 16.6%，居二次加工能力的首位。美国原油加工能力为 821.13 Mt/a，催化裂化能力为 271 Mt/a，居世界第一，催化裂化
10、占一次加工能力的比例为 33.0%。我国催化裂化能力达 66.08 Mt/a，约占一次加工能力的38.1%，居世界第二位。世界 RFCC 装置原料中渣油的平均量为 15%20%。从国外各大公司对原料的要求来看，残炭与金属两个指标已分别达到 8%和 20 g/g。而国内渣油催化裂化原料的残炭一般达到 6%，金属 15 g/g，与国外水平相比，尚有潜力。中国石化集团公司 FCC 装置中约 80%都掺炼不同比例的渣油，平均掺渣比约为26%， 1989-1997 年，掺炼重质油的比例从 18.52%增至 43.64%。我国大庆石蜡基原油具有残炭低、金属含量低的特点，其减压渣油的残炭为 8.95%，金属
11、为 7 g/g，所以大庆减压渣油可以直接进行催化裂化。前郭炼油厂已进行了大庆全减压渣油催化裂化的尝试，但未见国外全减压渣油催化裂化的报道（2）两段提升管催化裂化（TSRFCC）新技术TSRFCC 可大幅度提高原料的转化深度，同比加工能力增加 2030%；显著改善产品分布，轻油收率提高 23 个百分点，液收率提高 34 个百分点，干气和焦炭产率大大降低；产品质量得到明显改善，汽油烯烃含量下降 20 个百分点以上，柴油密度减小、十六烷值提高，汽油和柴油的硫含量都明显降低。采用两段提升管催化裂化技术可使企业获得巨大的经济效益。1.3 设计的主要内容1.设计专题的经济、技术背景分析 2.工艺流程的选择
12、3.主要设备物料、能量衡算 4.主要设备工艺尺寸计算5.装置工艺流程、再生器、反应器提升管工艺流程图的绘制 6.再生器、反应器提升管、分馏塔能量衡算第二章 工艺叙述3第二章 工艺叙述工艺流程说明该装置工艺流程分四个系统如图 2-1 所示。提升管反应器 沉降器再生器 图 2-1催 化 裂 化 装 置 工 艺 流 程 图回 炼 油 浆催 化剂 罐 主 风 机 加 热 炉水 蒸 汽 新 原 料 油油 浆重 柴 油轻 柴 油粗 汽 油富 气气提塔塔馏分回炼油罐水 蒸 气2.1 反应-再生系统原料油经过加热汽化后进入提升管反应器进行裂化。提升管中催化剂处于稀相流化输送状态，反应产物和催化剂进入沉降器，并
13、经汽提段用过热水蒸气汽提，再经旋风分离器分离后，反应产物从反应系统进入分馏系统，催化剂沉降到再生器。在再生器中用空气使催化剂流化，并且烧去催化剂表面的焦炭。烟气经旋风分离器和催化剂分离后离开装置，使催化剂在装置中循环使用。反应系统主要由反应器和再生器组成。原料油在装有催化剂的反应器中裂化，催化剂表面有焦炭沉积。沉积的焦炭的催化剂在再生器中烧焦进行再生，再生后的催化剂返回反应器重新使用。反应器主要为提升管，再生器为流化床。再生器的主要作用是：烧去催化剂上因反应而生成的积炭，使催化剂的活性得以恢复。再生用空气由主风机供给，空气通过再生器下面的辅助燃烧室及分布管进入。在反应系统中加入水蒸汽其作用为：
14、（1）雾化从提升管底部进入使油气雾化，分散，与催化剂充分接触；第二章 工艺叙述4（2）预提升在提升管中输送油气；（3）汽提从沉降器底部汽提段进入，使催化剂颗粒间和颗粒内的油气汽提，减少油气损失和焦炭生成量，从而减少再生器负荷。汽提水蒸气占总水蒸气量的大部分。 （4）吹扫、松动反应器、再生器某些部位加入少量水蒸气防止催化剂堆积、堵塞。2. 2 分馏系统由反应器来的反应产物油气从底部进入分馏塔，经塔底部的脱过热段后在分馏段分割成几个中间产品：塔顶为富气，汽油，侧线有轻柴油，重柴油和回炼油，塔底产品为油浆。轻、重柴油分别经汽提后，再经换热，冷却后出装置。分馏系统主要设备是分馏塔，裂化产物在分馏塔中分
15、馏成各种馏分的油品。塔顶汽在粗汽油分离罐中分成粗汽油和富气。分馏塔具有的特点有：（1）分馏塔底部设有脱过热段，用经过冷却的油浆把油气冷却到饱和状态并洗下夹带的粉尘以便进行分馏和避免堵塞塔盘。（2）设有多个循环回流：塔顶循环回流、一至两个中段回流、油浆回流。（3）塔顶回流采用循环回流而不用冷回流。2. 3 吸收稳定系统该系统主要由吸收塔，再吸收塔，解吸塔及稳定塔组成。从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油部分，而粗汽油中则溶解有 C3，C4 组分。吸收稳定系统的作用就是利用吸收和精馏方法，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。第三章 设计原始数据5
16、第三章 设计原始数据3.1 处理量 30 万吨/年3.2 开工时 8000 小时每年则处理量为：3010 31048000=37500 kg/h3.3 原始数据及再生-反应及分馏操作条件原料油及产品性质分别见表 3-1、表 3-2；产品的收率及性质见表 3-3；再生器操作及反应条件见表 3-4；提升管反应器操作条件表 3-5；催化裂化分馏塔回流取热分配见表 3-6；分馏塔板形式及层数见表 3-7；分馏塔操作条件表见 3-8。表 3-1 原料油及产品性质物料，性质 稳定汽油 轻柴油 回炼油 回炼油浆 原料油密度 0.7423 0.8707 0.8800 0.9985 0.8995初馏点 54 1
17、99 288 22410% 78 221 347 380 37730% 106 257 360 425 43850% 123 268 399 450 51070% 137 300 431 470 55090% 163 324 440 490 700恩氏蒸馏终馏点 183 339 465表 3-2 原料油的主要性质项目 数据 项目 数据密度 0.8995 族组成分析/W%馏程 饱和烃 62.27初馏点 224 芳烃 2510% 377 胶质 11.8830% 438 沥青质 0.85350馏出率/v% 7.5 重金属含量/gg -1500馏出率/v% 49 Ni 5.99元素组成/w% V 4.
18、77C 84.81 Na 0.32H 12.85 Fe 5.91硫/w% 0.77 残炭，W% 5.38第三章 设计原始数据6表 3-3 产品产率（质量分数）产品 产率% 流量，t/h干气 5.0液化气 11.0稳定汽油 48.0轻柴油 21.2油浆 6.0焦炭 8.0损失 0.8原料油 100.0表 3-4 再生器操作条件项目 数据 备注再生器顶部压力/ MPa 0.200主风入再生器温度/ 162再生器密相温度/ 700待生剂温度/大气温度/ 25大气压力/ MPa 0.1013空气相对湿度/% 70烟气组成（体）/%CO2 14.2CO 0.2O2 4.0焦碳组成/ H/C，质待生剂含碳量/% 1.10再生剂含碳量/% 0.02烧焦碳量/ t/h
