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煉油生產(chǎn)安全技術—催化裂化的裝置簡介類型及工藝流程 催化裂化技術的發(fā)展密切依賴于催化劑的發(fā)展。有了微球催化劑，才出現(xiàn)了流化床催化裂化裝置；分子篩 催化劑的出現(xiàn)，才發(fā)展了提升管催化裂化。選用適宜的催化劑對于催化裂化過程的產(chǎn)品產(chǎn)率、產(chǎn)品質量以及經(jīng) 濟效益具有重大影響。 催化裂化裝置通常由三大部分組成，即反應再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。其中反應––再生系統(tǒng) 是全裝置的核心，現(xiàn)以高低并列式提升管催化裂化為例，對幾大系統(tǒng)分述如下： ㈠ 反應––再生系統(tǒng) 新鮮原料(減壓餾分油)經(jīng)過一系列換熱后與回煉油混合，進入加熱爐預熱到370℃左右，由原料油噴嘴以霧 化狀態(tài)噴入提升管反應器下部，油漿不經(jīng)加熱直接進入提升管，與來自再生器的高溫(約650℃~700℃)催化劑接 觸并立即汽化，油氣與霧化蒸汽及預提升蒸汽一起攜帶著催化劑以7米/秒~8米/秒的高線速通過提升管，經(jīng)快速 分離器分離后，大部分催化劑被分出落入沉降器下部，油氣攜帶少量催化劑經(jīng)兩級旋風分離器分出夾帶的催化 劑后進入分餾系統(tǒng)。 積有焦炭的待生催化劑由沉降器進入其下面的汽提段，用過熱蒸氣進行汽提以脫除吸附在催化劑表面上的 少量油氣。待生催化劑經(jīng)待生斜管、待生單動滑閥進入再生器，與來自再生器底部的空氣(由主風機提供)接觸 形成流化床層，進行再生反應，同時放出大量燃燒熱，以維持再生器足夠高的床層溫度(密相段溫度約650℃~68 0℃)。再生器維持0.15MPa~0.25MPa (表)的頂部壓力，床層線速約0.7米/秒~1.0米/秒。再生后的催化劑經(jīng)淹流 管，再生斜管及再生單動滑閥返回提升管反應器循環(huán)使用。 燒焦產(chǎn)生的再生煙氣，經(jīng)再生器稀相段進入旋風分離器，經(jīng)兩級旋風分離器分出攜帶的大部分催化劑，煙 氣經(jīng)集氣室和雙動滑閥排入煙囪。再生煙氣溫度很高而且含有約5%~10% CO，為了利用其熱量，不少裝置設有CO 鍋爐，利用再生煙氣產(chǎn)生水蒸汽。對于操作壓力較高的裝置，常設有煙氣能量回收系統(tǒng)，利用再生煙氣的熱能 和壓力作功，驅動主風機以節(jié)約電能。 ㈡ 分餾系統(tǒng) 分餾系統(tǒng)的作用是將反應再生系統(tǒng)的產(chǎn)物進行分離，得到部分產(chǎn)品和半成品。 由反應再生系統(tǒng)來的高溫油氣進入催化分餾塔下部，經(jīng)裝有擋板的脫過熱段脫熱后進入分餾段，經(jīng)分餾后 得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回煉油和油漿。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經(jīng)汽提、換 熱或冷卻后出裝置，回煉油返回反應––再生系統(tǒng)進行回煉。油漿的一部分送反應再生系統(tǒng)回煉，另一部分經(jīng) 換熱后循環(huán)回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內氣、液相負荷分布均勻，在塔的不同位置分別設有4 個循環(huán)回流：頂循環(huán)回流，一中段回流、二中段回流和油漿循環(huán)回流。 催化裂化分餾塔底部的脫過熱段裝有約十塊人字形擋板。由于進料是460℃以上的帶有催化劑粉末的過熱油 氣，因此必須先把油氣冷卻到飽和狀態(tài)并洗下夾帶的粉塵以便進行分餾和避免堵塞塔盤。因此由塔底抽出的油 漿經(jīng)冷卻后返回人字形擋板的上方與由塔底上來的油氣逆流接觸，一方面使油氣冷卻至飽和狀態(tài)，另一方面也 洗下油氣夾帶的粉塵。 ㈢ 吸收––穩(wěn)定系統(tǒng)： 從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4甚至C2組分。吸收––穩(wěn) 定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣(≤C2)、液化氣(C3、C4)和蒸汽壓合格的 穩(wěn)定汽油。 一、裝置簡介 　　(一)裝置發(fā)展及其類型 　　1．裝置發(fā)展 　　催化裂化工藝產(chǎn)生于20世紀40年代，是煉油廠提高原油加工深度的一種重油輕質化的工藝。 　　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年我國第一套移動床催化裂化裝置在蘭州煉油廠投產(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投產(chǎn)。經(jīng)過近40年的發(fā)展，催化裂化已成為煉油廠最重要的加工裝置。截止1999年底，我國催化裂化加工能力達8809。5104t／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(guī)模由(34—60)104t／a發(fā)展到國內最大300104t／a，國外為675104t／a。 　　隨著催化劑和催化裂化工藝的發(fā)展，其加工原料由重質化、劣質化發(fā)展至目前全減壓渣油催化裂化。根據(jù)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工藝技術先進、經(jīng)濟效益更好的方向發(fā)展。 　　2．裝置的主要類型 　　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講又可分為高低并列式和同軸式，典型的反應—再生單元見圖2—4、圖2—5、圖2—6、圖2—7，其特點見表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(wěn)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 　　重質原料在提升管中與再生后的熱催化劑接觸反應后進入沉降器(反應器)，油氣與催化劑經(jīng)旋風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沉降器進入分餾單元。反應后的附有焦炭的待生催化劑進入再生器用空氣燒焦，催化劑恢復活性后再進入提升管參加反應，形成循環(huán)，再生器頂部煙氣進入能量回收單元。 　　(2)三機單元 　　所謂三機系指主風機、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(xù)進行。 　　增壓機是將主風機出口的空氣提壓后作為催化劑輸送的動力風、流化風、提升風，以保持反—再系統(tǒng)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(wěn)定單元，同時通過調節(jié)氣壓機轉數(shù)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(tǒng)壓力平衡的一個手段。 　　(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(xiàn)有的重油催化裂化裝置有無此回收系統(tǒng)，其能耗可相差1／3左右。 　　(4)分餾單元 　　沉降器出來的反應油氣經(jīng)換熱后進入分餾塔，根據(jù)各物料的沸點差，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(wěn)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(tǒng)的通暢，是安全生產(chǎn)的必備條件。 　　(5)吸收穩(wěn)定單元 　　經(jīng)過氣壓機壓縮升壓后的氣體和來自分餾單元的粗汽油，經(jīng)過吸收穩(wěn)定部分，分割為干氣、液化氣和穩(wěn)定汽油。此單元是本裝置甲類危險物質最集中的地方。 　　(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 　　工藝原則流程見圖2—8。 　　原料油由罐區(qū)或其他裝置(常減壓、潤滑油裝置)送來，進入原料油罐，由原料泵抽出，換熱至200—300C左右，分餾塔來的回煉油和油漿一起進入提升管的下部，與由再生器再生斜管來的650～700C再生催化劑接觸反應，然后經(jīng)提升管上部進入分餾塔(下部)；反應完的待生催化劑進入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油氣的待生劑通過待生斜管進入再生器下部燒焦罐。由主風機來的空氣送人燒焦罐燒焦，并同待生劑一道進入再生器繼續(xù)燒焦，燒焦再生后的再生催化劑由再生斜管進人提升管下部循環(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650～700C，壓力0．2-0．3MPa(表)，進人煙氣輪機作功帶動主風機，其后溫度為500—550C，壓力為0．01MPa(表)左右，再進入廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽，發(fā)汽后的煙氣(溫度大約為200℃左右)通過煙囪排到大氣。 　　反應油氣進入分餾塔后，首先脫過熱，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吸收塔，吸收塔頂?shù)呢殮膺M入再吸收塔由輕柴油吸收其中的C4-C5，再吸收塔頂干氣進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入脫吸塔以脫除其中的C2。塔底脫乙烷汽油進入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔底油經(jīng)堿洗后進入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置，穩(wěn)定塔頂液化氣進入脫硫塔脫除H，S，再進入脫硫醇單元脫硫醇后出裝置。(脫硫脫硫醇未畫出) (三)化學反應過程 　　1．催化裂化反應的特點 　　催化裂化反應是在催化劑表面上進行的，其反應過程的7個步驟如下： 　?、贇鈶B(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 　　石油餾分是由十分復雜的烴類和非烴類組成，其反應過程十分復雜，種類繁多，大致分為幾個類型。 　　(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?(2)異構化反應 　　是重要的反應。即化合物的相對分子量不變，烴類分子結構和空間位置變化，所以催化裂化產(chǎn)物中會有較多異構烴。 　　(3)氫轉移反應 　　是一個烴分子上的氫脫下來加到另一個烯烴分子上，使其烯烴飽和，該反應是催化裂化特有的反應。雖然氫轉移反應會使產(chǎn)品安定性變好，但是大分子的烴類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特點 　　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．工藝技術特點 　　(1)微球催化劑的氣—固流態(tài)化 　　催化裂化確切一點應該叫作流化催化裂化。微球催化劑(60—70／1m粒徑)在不同氣相線速下呈現(xiàn)不同狀態(tài)，可分為固定床(即催化劑不動)、流化床(即催化劑只在一定的空間運動)和輸送床(即催化劑與氣相介質一同運動而離開原來的空間)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現(xiàn)。 　　(2)催化裂化的化學反應 　　最主要的反應是大分子烴類裂化為小分子烴類的化學反應，從而使原油中大于300℃餾分的烴類生成小分子烴類、氣體、液化氣、汽油、柴油等，極大地增加了煉油廠的輕質油收率，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，其化學反應方式不同，所以導致二類工藝的產(chǎn)品性質和產(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(jù)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(wěn)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程外的其他作用。如促進再生煙氣中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的含量等各類助劑，它們絕大多數(shù)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 　　1．催化裂化原材料 　　各類催化裂化所使用的原材料不盡相同，現(xiàn)將一般所使用的原材料主要性質匯總，見表2—14。