重油催化裂化基礎知識廣州石化總廠煉油廠重油催化裂化車間編一九八八年十二月第一章 概 述第一節 催化裂化在煉油工業生產中的作用催化裂化是煉油工業中使重質原料變成有價值產品的重要加工方法之一。它不僅能將廉價的重質原料變成高價、優質、市場需要的產品，而且現代化的催化裂化裝置具有結構簡單，原料廣泛（從瓦斯油到常壓重油），運轉周期長、操作靈活（可按多產汽油、多產柴油，多產氣體等多種生產方法操作），催化劑多種多樣，（可按原料性質和產品需要選擇合適的催化劑），操作簡便和操作費用低等優點，因此，它在煉油工業中得到廣泛的應用。第二節 催化裂化生產發展概況早在1936年美國紐約美孚真空油公司（SoCony vacu um co、）正式建立了工業規模的固定床催化裂化裝置。由于所產汽油的產率及辛烷值均比熱裂化高得多，因而一開始就受到人們的重視，并促進了汽車工業發展。如圖所示，片狀催化劑放在反應器內不動，反應和再生過程交替地在同一設備中進行、屬于間歇式操作，為了使整個裝置能連續生產，就需要用幾個反應器輪流地進行反應和再生，而且再生時放出大量熱量還要有復雜的取熱設施。由于固定床催化裂化的設備結構復雜，鋼材用量多、生產連續性差、產品收率及性質不穩定，后為移動床和流化床催化裂化所代替。第一套移動床催化裂化裝置和第一套流化床催化裂化（簡稱FCC裝置都是1942年在美國投產的。原料煙氣空氣原反應產物料固定床反應器空氣再生器反應器煙氣空氣原料反應產物移動床反應器移動床催化裂化的優點是使反應連續化。它們的反應和再生過程分別在不同的兩個設備中進行，催化裂化在反應器和再生器之間循環流動，實現了生產連續化。它使用直徑約為3毫米的小球型催化劑。起初是用機械提升的方法在兩器間運送催化劑，后來改為空氣提升，生產能力較固定床大為提高、產品質量也得到了改善。由于催化劑在反應器和再生器內靠重力向下移動、速度很緩慢，所以對設備磨損很小，但移動床的設備仍較復雜，耗鋼量仍較大，特別是處理量在80萬噸/年以上的大型裝置、移動床遠不如流化床優越。因此現代的大型催化裂化裝置都是采用流化床。流化催化裂化（FCC）的優點是：原料選擇范圍比較寬、主要產品汽油的收率和質量都比較高，裝置處理量大，經濟上更有利，熱能的利用比較合理和設備的結構比較簡單，工藝過程簡單，操作容易靈活性大。四十多年來，FCC開發了很多型式。但按反應器和再生器的相對位置和結構的不同分為兩大類：其一是反應器和再生器處于分開位置的并列式。早期的并列式大多是兩器布置在一個水平上，稱為同度并列式。六十年代后期，由于分子篩催化劑的應用，提升管反應器得到很大發展，為了滿足提升管長度的要求，大多采用高低并列式。反應器位置較高，再生器位置較低，另一類是反應器和再生器重疊在一起的同軸式。并列式可以埃索公司五十年代初期的型FCC裝置為代表。這種型號的裝置共建了40套。它是由四十年代的、和型裝置發展起來的。型FCC裝置是FCC最初的一種工業化型式，于1942年5月在美國巴吞魯（Ba ton ROUge）煉油廠首次建成投產，處理能力為65萬噸/年。以后又陸續建成了兩套。型屬于上流式，裝置有上流式反應和再生兩大部分。系統內所有循環的催化劑都是自下而上地通過反應器和再生器，反應時，催化劑，反應產品和煙道氣一起從反應器頂部出來。這樣類型的裝置有許多缺點，例如：催化劑輸送管線過長，壓力降比較大；催化劑的粉碎嚴重，損失較大；裝置過高，達60m，比較笨重；操作彈性小，只能加工輕質原料等，由于有這么多缺點，所以型裝置很快就改進為型裝置。型FCC裝置屬于下流式。第一套型FCC裝置于1944年投產，陸續建成31套。與型FCC裝置相比，其主要改進是：（1）、催化劑由反應器和再生器的西部引出，因此簡化了催化劑的輸送系統。（2）、反應器和再生器中保持密相床層。（3）、催化劑的輸送由滑閥來控制。（4）、裝置的高度由型60米降低到50-55米，因而節約了鋼材和投資。型FCC裝置又是型FCC的改進型式，第一套與1947年建成投產，其特點如下：（1）、再生器的操作壓力比、型再生的操作壓力為10-30千帕（表），而反應器的操作壓力為80-120千帕（表），因此為了 防止油氣倒竄，再生器的位置就得比反應器高得多，才能保證再生器的立管有足夠的壓頭（立管長23-25米）。在型設計中，自動控制和滑閥結構有較大的改進，可使再生器的操作壓力提高，并和反應器的操作壓力相接近。這樣，兩器就可以并列地放置在高度差不多相同的位置上，因此型的高度就由型的50-55米，降低到37-40m。這不僅可以節約鋼材，而且也給操作和檢修帶來很多方便。（2）、反應器和再生器內的旋風分離器，由型的一級改為二級，同時，由于采用了微球催化劑，旋風分離器的效率大大提高，這樣就可以取消除塵器。型FCC裝置第一套于1951年投產。其所需的鋼材和投資比型節省20%，主要特點如下：（1）、催化劑由U型管密相輸送。（2）、反應器和再生器之間的催化劑循環、主要由改變U型管兩端的催化劑密度來調節，不像、型靠滑閥來調節。（3）、由反應器輸送到再生器的催化劑，不是通過再生器的分布板、而是直接由密相提升管送入分布板上的流化床，因此可以減少分布板的腐蝕。同軸式FCC裝置可以凱洛格公司的正流式A、B和C等三種型式為代表。環球油品公司煙囪式的FCC也是同軸式的一種。第一套A型正流式FCC裝置于1951年在加拿大建成，處理能力為15萬噸/年。同年在美國的龐卡成（POnCa city）建成第二套，處理能力41.7萬噸/年。以后又陸續建成了四套。使這種型式的FCC裝置總數達到6套，A型正流式的裝置特點是：（1）、反應器位于再生器頂部，催化劑輸送管線全在兩器之內。（2）、提升管和立管中的催化劑流量都是由塞閥控制。（3）、反應器的旋風分離器只有一級。（4）、反應器的操作壓力為70-90千帕（表），再生器的操作壓力為120-130千帕（表）。由于再生器的壓力比較高，當時又沒有考慮發到煙道氣能量回收的問題，故主風機動力消耗比較大，這是A型FCC裝置的主要缺點之一。第一套B型正流式FCC裝置于1953年末投產，以后又陸續興建了這種型式的裝置總計15套。B型和A型FCC裝置的主要差別是B型的再生器裝在反應器之上，操作壓力比較低，為50-60千帕（表），動力消耗比較省。第一套C型正流式FCC裝置于1963年投產，在美國石油公司（AneriCan oiIco）德克薩斯煉油廠。處理能力為247.9萬噸/年。這樣裝置共建成10套，其主要特點是：（1）、反應器裝在再生器之上；增設了一氧化碳鍋爐和氣體透平，為回收煙道氣的余熱和動力。（2）第一次采用兩根提升管，將新鮮原料和回煉油分別在提升管內進行選擇型的裂化。屬于同軸式的環球油品公司的煙囪式FCC裝置共建成套。第一套這樣的FCC裝置于年投產。這種裝置的反應器位于再生器之上。待生催化劑通過外部的汽提，經過蒸汽汽提后，流過外部的立管和滑閥，進入再生器。再生催化劑也是經由外部的提管和滑閥送入反應器的。催化劑的循環量靠滑閥來調節。相對來說我國對催化裂化技術的開發、應用起步較晚主要因為五十年代中國一直被世人認為是貧油國，當時我國的石油及石油產品主要依靠從蘇聯進口，進入六十年代以后，由于大慶油田的開發、原有產品大幅度上升，達到自給自足。1961年，國家科委組織各有關部部委根據世界先進煉油技術的發展趨勢，制定了五個煉油工業的重點攻關項目，被稱為“五朵金花”、催化裂化為其中的“朵”，在全國各部門的協作努力下，1965年5月在撫順二廠建成了我國第一套年處理為60萬噸的流化催化裂化裝置，目前已建成大小30余套裝置。催化裂化技術的發展與催化劑的不斷改進和提高也是分不開的。最初固定床所用的催化劑是經過活化處理的天然白土、質量很差。1940年開始采用工人合成的硅酸鋁催化劑。流化床所用的催化劑，先是由小球催化劑磨碎成不規則形狀的細粉，以后出現了微球狀催化劑。到1964年又制成了質量更好的分子篩催化劑，這樣，由于催化劑的發展，使催化裂化的優越性又大為提高。與此同時，流化床催化裂化工業裝置逐漸推廣采用提升管反應器，代替原來的床層反應器，采用高溫短接觸，以充分發揮分子篩催化劑的特點，并克服了床層反應的特點，使裝置改造后生產能力大幅度增加，汽油產率顯著提高，產品質量也得到進一步改善。第二節 催化裂化的主要特點1、催化劑需不斷地再生催化裂化是靠催化劑的作用在一定溫度（460530）條件下，使原料油經過一系列化學反應，裂化成輕質油產品，流化催化裂化的催化劑是固體。原料油在與催化劑接觸反應時，總是要生成一些焦炭，沉積在催化劑表面上，并且很快地使催化劑失去活性。因此，必須不斷地空氣把沉積在催化劑表面上的焦炭燒掉，以恢復它的活性，這個步驟叫做催化劑再生。再生過程催化劑又可用來繼續進行裂化反應。這種不斷地循環反應和再生的過程是催化裂化產生裝置的主要部分。熱裂化是不用催化劑而完全靠把原料油加熱到一定的高溫進行裂化的。這兩種裂化方法的化學原理有根本的區別，生產操作條件和設備也很不相同。正因為催化裂化用了催化劑，而使它具有許多超過熱裂化的顯著優點。2、產品質量好催化裂化所產生汽油辛烷值高，可達80（馬達法）以上安定性也比較好、適于作高壓縮比汽油發動機（如高級小轎車）的燃料不宜發生炸震現象，耗油少而岀大力。催化裂化汽油經過適當的精制還能作航空汽油的基礎油。催化理化柴油含芳烴多，十元烷值比直餾柴油低，用作油品發動機燃料，常常需要和直餾柴油等調合使用。但是它所含的芳烴如果用抽提方式分離出來是石油化學工業的寶貴原料。用催化裂化柴油深度加氫還可以生產大比重優質噴氣機燃料。3、輕質油和石油化工原料高催化裂化的汽油、柴油產率一般總共可達80%左右，比熱裂化高得多，熱裂化只有65-70%。此外，催化裂化還生產大量的液化氣，它是丙烷丙烯和丁烯丁烷的混合物，一般產率為10%左右，高的可達20%以上。其中含有大量丙烯和丁烯，合計約占液化氣的70%（wt），即占原料油的70%左右，其中丙烯產率約為3%，而混合丁烯的產率約為4%，它們是寶貴的石油化工原料，可以生產合成橡膠，合成纖維，合成樹脂等合成產品和各種有機溶劑等。如果一座年處理量為120萬噸的催化裂化裝置，所產的丙烯都用于生產晴纖維時，則可以產人造毛二萬四千噸，丙烯可以生產聚丙烯塑料，環氧樹脂、異丙醇、丁醇、辛醇、丙酮等重要的化工產品；正丁烯和正丁烷經脫氫生產的丁二烯是合成各種橡膠的主要原料，正丁烯還用可以生產仲丁醇和甲乙酮等溶劑；液化氣中分離岀的異丁烯也是寶貴的化工原料，可以生產聚異丁烯，能作橡膠，也可制成潤滑油的添加劑。異丁烯和各種丁烯一起經烷基化能生產工業異辛烷，是制取航空汽油和高級車用汽油所需的高辛烷值組分。100噸催化裂化原料可生產34噸工業異辛烷，即等于提高汽油生產率34%。催化裂化干氣可以作合成氨的原料，它含有一部分乙烯，干氣經次氨化法可以制取環氧乙烷，再進一步生產乙二醇、甘醇和乙醇胺等重要的化工產品。有此可見，催化裂化不僅是生產發動機燃料輕質石油產品的重要煉油裝置，而且可生產大量的石油化工原料。這一點是加氫裂化方法所不可比擬的。4、裝置開工周期長工業生產裝置合理地延長開工周期，對于增加有效生產時間從而提高產品，降低成本是非常重要的。熱裂化裝置在生產中由于不可避免的付反應生焦現象，反應爐管總是不斷地結焦。當結焦達到一定的厚度，就必須停工燒焦（除焦），所以熱裂化裝置的開工周期受爐管結焦的限制，一般不超過一年，催化裂則不受這種限制，只要采取適當措施使設備的磨損和磨蝕速度減慢，并經常保持操作正確和平穩，就能夠延長開工周期。催化裂化裝置的開工周期一般能達二年左右，現在世界上流化催化裂化裝置最長的開工周期是六年。第三節 催化裂化工業裝置的組成部分催化裂化生產裝置主要由四個系統組成，（本節主要針對我們RFCC裝置進行闡述）即：反應再生系統，分餾系統，吸收穩定系統和能量回收系統，其關系如圖，各個系統的任務和所包括的內容簡述如下：能量回收反應/再生原料分餾吸收穩定產品產品1、反應再生系統反應再生系統是本裝置的重要組成部分。預先經過加熱的原料油通過提升管反應器變成反應產物，即各種產品的混合氣體，再送到分餾系統處理，反應過程中生產的焦炭沉積到催化劑上不斷地被送入兩個再生器進行催化劑再生，在再生器中采用強制通風將沉積在催化劑上炭燒掉，燒焦放出的熱量使催化劑及通入的風的溫度均大大提高，催化劑帶出的熱量提供了反應所需的熱量，高溫空氣則送去能量回收系統。反應系統還包括催化劑的加料和卸料系統以及原料油的進行最后預熱所用的加熱爐。2、分餾系統分餾系統的任務是把反應器送來的產物，油氣混合物進行冷卻并分成各種產品，使產品的主要性質合乎規定的質量標準。主要設備是分餾塔。分餾塔頂分出粗汽油和最輕的氣體部分（叫做富氣），都送到吸收穩定系統進一步處理，而其中部和底部分別岀輕柴油及油漿產品。分餾系統還包括產品的熱量回收系統（即換烈系統），把各個產品帶出的熱量先通過換熱器以預熱原料油，然后才經冷卻器降至較低的溫度送出裝置。3、吸收穩定系統吸收穩定的任務是進行富氣的分離和使汽油質量最后合乎要求，它包括富氣壓縮機，解吸塔，一、二級吸收塔、穩定塔、及含氰污水水解塔幾個部分。富氣首先經壓縮機升高壓力后送到吸收塔并在塔頂分出干氣，其余去穩定塔分出液化氣和穩定汽油，粗汽油先進吸收塔作吸收油用，后在穩定塔分出，稱為穩定汽油、達到蒸汽壓指標合格。在生產操作中這三個系統是緊密相聯的整體。反應再生系統是“龍”“頭”，部分操作的變化會很快地反映和影響到分餾和吸收穩定系統，而后兩