一、裝置發(fā)展及其類(lèi)型

1．裝置發(fā)展

催化裂化工藝產(chǎn)生于20世紀40年代，是煉油廠(chǎng)提高原油加工深度的一種重油輕質(zhì)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(dòng)床催化裂化裝置在蘭州煉油廠(chǎng)投產(chǎn)。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(chǎng)投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，催化裂化已成為煉油廠(chǎng)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。5×104t／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，裝置規模由(34—60)×104t／a發(fā)展到國內最大300×104t／a，國外為675×104t／a。

隨著(zhù)催化劑和催化裂化工藝的發(fā)展，其加工原料由重質(zhì)化、劣質(zhì)化發(fā)展至目前全減壓渣油催化裂化。根據目的產(chǎn)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(zhù)工藝技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟效益更好的方向發(fā)展。

2．裝置的主要類(lèi)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(zhù)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(lái)講又可分為高低并列式和同軸式，典型的反應—再生單元見(jiàn)圖2—4、圖2—5、圖2—6、圖2—7，其特點(diǎn)見(jiàn)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(zhì)原料在提升管中與再生后的熱催化劑接觸反應后進(jìn)入沉降器(反應器)，油氣與催化劑經(jīng)旋風(fēng)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(kāi)沉降器進(jìn)入分餾單元。反應后的附有焦炭的待生催化劑進(jìn)入再生器用空氣燒焦，催化劑恢復活性后再進(jìn)入提升管參加反應，形成循環(huán)，再生器頂部煙氣進(jìn)入能量回收單元。

(2)三機單元

所謂三機系指主風(fēng)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(fēng)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進(jìn)行。

增壓機是將主風(fēng)機出口的空氣提壓后作為催化劑輸送的動(dòng)力風(fēng)、流化風(fēng)、提升風(fēng)，以保持反—再系統催化劑的正常循環(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定單元，同時(shí)通過(guò)調節氣壓機轉數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壓力平衡的一個(gè)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(chǎn)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，目前現有的重油催化裂化裝置有無(wú)此回收系統，其能耗可相差1／3左右。

(4)分餾單元

沉降器出來(lái)的反應油氣經(jīng)換熱后進(jìn)入分餾塔，根據各物料的沸點(diǎn)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、塔底液面的平穩是裝置安全生產(chǎn)的有力保證，保證氣壓機人口放火炬和油漿出裝置系統的通暢，是安全生產(chǎn)的必備條件。

(5)吸收穩定單元

經(jīng)過(guò)氣壓機壓縮升壓后的氣體和來(lái)自分餾單元的粗汽油，經(jīng)過(guò)吸收穩定部分，分割為干氣、液化氣和穩定汽油。此單元是本裝置甲類(lèi)危險物質(zhì)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(chǎn)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(jiàn)圖2—8。

原料油由罐區或其他裝置(常減壓、潤滑油裝置)送來(lái)，進(jìn)入原料油罐，由原料泵抽出，換熱至200—300°C左右，分餾塔來(lái)的回煉油和油漿一起進(jìn)入提升管的下部，與由再生器再生斜管來(lái)的650～700°C再生催化劑接觸反應，然后經(jīng)提升管上部進(jìn)入分餾塔(下部)；反應完的待生催化劑進(jìn)入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油氣的待生劑通過(guò)待生斜管進(jìn)入再生器下部燒焦罐。由主風(fēng)機來(lái)的空氣送人燒焦罐燒焦，并同待生劑一道進(jìn)入再生器繼續燒焦，燒焦再生后的再生催化劑由再生斜管進(jìn)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650～700°C，壓力0．2-0．3MPa(表)，進(jìn)人煙氣輪機作功帶動(dòng)主風(fēng)機，其后溫度為500—550°C，壓力為0．01MPa(表)左右，再進(jìn)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(guò)煙囪排到大氣。

反應油氣進(jìn)入分餾塔后，首先脫過(guò)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(guò)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(jìn)吸收塔，吸收塔頂的貧氣進(jìn)入再吸收塔由輕柴油吸收其中的C4-C5，再吸收塔頂干氣進(jìn)入干氣脫硫塔脫硫后作為產(chǎn)品出裝置，吸收塔底富吸收油進(jìn)入脫吸塔以脫除其中的C2。塔底脫乙烷汽油進(jìn)入穩定塔，穩定塔底油經(jīng)堿洗后進(jìn)入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置，穩定塔頂液化氣進(jìn)入脫硫塔脫除H，S，再進(jìn)入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置。(脫硫脫硫醇未畫(huà)出)

三、化學(xué)反應過(guò)程

1. 催化裂化反應的特點(diǎn)

催化裂化反應是在催化劑表面上進(jìn)行的，其反應過(guò)程的7個(gè)步驟如下：

①氣態(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(xué)反應；

⑤產(chǎn)品分子從催化劑內表面脫附；

⑥產(chǎn)品分子由催化劑外向外擴散；

⑦產(chǎn)品分子擴散到主流中。

重質(zhì)原料反應生成目的產(chǎn)品可用下圖表示：

2. 催化裂化反應種類(lèi)

石油餾分是由十分復雜的烴類(lèi)和非烴類(lèi)組成，其反應過(guò)程十分復雜，種類(lèi)繁多，大致分為幾個(gè)類(lèi)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?/span>

(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(lèi)分子結構和空間位置變化，所以催化裂化產(chǎn)物中會(huì )有較多異構烴。

(3)氫轉移反應

是一個(gè)烴分子上的氫脫下來(lái)加到另一個(gè)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(huì )使產(chǎn)品安定性變好，但是大分子的烴類(lèi)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(jìn)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(shù)特點(diǎn)

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(shù)特點(diǎn)

(1)微球催化劑的氣—固流態(tài)化

催化裂化確切一點(diǎn)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(xiàn)速下呈現不同狀態(tài)，可分為固定床(即催化劑不動(dòng))、流化床(即催化劑只在一定的空間運動(dòng))和輸送床(即催化劑與氣相介質(zhì)一同運動(dòng)而離開(kāi)原來(lái)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(guò)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(shí)現。

(2)催化裂化的化學(xué)反應

最主要的反應是大分子烴類(lèi)裂化為小分子烴類(lèi)的化學(xué)反應，從而使原油中大于300℃餾分的烴類(lèi)生成小分子烴類(lèi)、氣體、液化氣、汽油、柴油等，極大地增加了煉油廠(chǎng)的輕質(zhì)油收率，并能副產(chǎn)氣體和液化氣。

五、催化劑及助劑

1．催化劑

烴類(lèi)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(xué)反應方式不同，所以導致二類(lèi)工藝的產(chǎn)品性質(zhì)和產(chǎn)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，根據不同產(chǎn)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(jiàn)的有重油催化裂化催化劑、生產(chǎn)高辛烷值汽油催化劑、最大輕質(zhì)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(zhì)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(jiàn)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(lái)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(guò)程外的其他作用。如促進(jìn)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(lèi)助劑，它們絕大多數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(chǎn)品性質(zhì)

1．催化裂化原材料

各類(lèi)催化裂化所使用的原材料不盡相同，現將一般所使用的原材料主要性質(zhì)匯總，見(jiàn)表2—14。