催化裂化及工藝過程知識大普及

免费注册送38体验金平台 | 2020-02-26|浏览:171

是石油二次加工的主要方法之一。在高溫和催化劑的作用下使重質油發生裂化反應,轉變為裂化氣、汽油和柴油等的過程。主要反應有分解、異構化、氫轉移、芳構化、縮合、生焦等。與熱裂化相比,其輕質油產率高,免费注册送38体验金平台汽油辛烷值高,柴油安定性較好,并副產富含烯烴的液化氣。近幾年來分子篩裂化催化劑采用硅溶膠或鋁溶膠等粘結劑,把分子篩、高嶺土粘結在一起,制成高密度、高強度的新一代半合成分子篩催化劑,所用分子篩除稀土-y型分子篩外,還有超穩氫-y型分子篩等。反應改在管式反應器中進行,稱為提升管催化裂化(risercatalyticcracking)。

移動床催化裂化用的是小球硅酸鋁催化劑。流化床催化裂化用的是微球硅酸鋁催化劑。現代提升管催化裂化用的是微球分子篩催化裂化催化劑。控制短的接觸時間可以減少縮合反應,減少焦炭的生成。所用原料為減壓餾分油、焦化蠟油、脫瀝青油等餾分油者,稱餾分油催化裂化;所用原料為常壓渣油、減壓渣油或餾分油中摻入渣油,都稱渣油催化裂化。

催化裂化原料是原油通過原油蒸餾(或其他石油煉制過程)分餾所得的重質餾分油;或在重質餾分油中摻入少量渣油,或經溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油;或全部用常壓渣油或減壓渣油。在反應過程中由于不揮發的類碳物質沉積在催化劑上,縮合為焦炭,使催化劑活性下降,需要用空氣燒去(見催化劑再生),以恢復催化活性,并提供裂化反應所需熱量。催化裂化是石油煉廠從重質油生產汽油的主要過程之一。所產汽油辛烷值高(馬達法80左右),裂化氣(一種煉廠氣)含丙烯、丁烯、異構烴多。

催化裂化技術由法國E.J.胡德利研究成功,于1936年由美國索康尼真空油公司和太陽石油公司合作實現工業化,當時采用固定床反應器,反應和催化劑再生交替進行。由于高壓縮比的汽油發動機需要較高辛烷值汽油,催化裂化向移動床(反應和催化劑再生在移動床反應器中進行)和流化床(反應和催化劑再生在流化床反應器中進行)兩個方向發展。移動床催化裂化因設備復雜逐漸被淘汰;流化床催化裂化設備較簡單、處理能力大、較易操作,得到較大發展。60年代,出現分子篩催化劑,因其活性高,裂化反應改在一個管式反應器(提升管反應器)中進行,稱為提升管催化裂化。

與按自由基反應機理進行的熱裂化不同,催化裂化是按碳正離子機理進行的,催化劑促進了裂化、異構化和芳構化反應,裂化產物比熱裂化具有更高的經濟價值,氣體中C3和C4較多,異構物多;汽油中異構烴多,二烯烴極少,芳烴較多。其主要反應包括:①分解,使重質烴轉變為輕質烴;②異構化;③氫轉移;④芳構化;⑤縮合反應、生焦反應。異構化和芳構化使低辛烷值的直鏈烴轉變為高辛烷值的異構烴和芳烴。

催化裂化的流程主要包括三個部分:①原料油催化裂化;②催化劑再生;③產物分離。原料噴入提升管反應器下部,在此處與高溫催化劑混合、氣化并發生反應。反應溫度480~530℃,壓力0.14~0.2MPa(表壓)。反應油氣與催化劑在沉降器和旋風分離器(簡稱旋分器),分離后,進入分餾塔分出汽油、柴油和重質回煉油。裂化氣經壓縮后去氣體分離系統。結焦的催化劑在再生器用空氣燒去焦炭后循環使用,再生溫度為600~730℃。

原料經換熱后與回煉油混合經對稱分布物料噴嘴進入提升管,并噴入燃油加熱,上升過程中開始在高溫和催化劑的作用下反應分解,進入沉降器下段的氣提段,經汽提蒸汽提升進入沉降器上段反應分解后反應油氣和催化劑的混合物進入沉降器頂部的旋風分離器(一般為多組),經兩級分離后,油氣進入集氣室,并經油氣管道輸送至分餾塔底部進行分餾,分離出的催化劑則從旋分底部的翼閥排出,到達沉降器底部經待生斜管進入再生器底部的燒焦罐。

再生器階段,催化劑因在反應過程中表面會附著油焦而活性降低,所以必須進行再生處理,首先主風機將壓縮空氣送入輔助燃燒室進行高溫加熱,經輔助煙道通過主風分布管進入再生器燒焦罐底部,從反應器過來的催化劑在高溫大流量主風的作用下被加熱上升,同時通過器壁分布的燃油噴嘴噴入燃油調節反應溫度,這樣催化劑表面附著的油焦在高溫下燃燒分解為煙氣,煙氣和催化劑的混合物繼續上升進入再生器繼續反應,油焦未能充分反應的催化劑經循環斜管會重新進入燒焦罐再次處理。最后煙氣及處理后的催化劑進入再生器頂部的旋風分離器進行氣固分離,煙氣進入集氣室匯合后排入煙道,催化劑進入再生斜管送至提升管。

長期以來,流化床催化裂化原料主要為原油蒸餾的餾出油(柴油、減壓餾出油等)和熱加工餾出油,原料中鎳、釩(會使催化劑中毒)含量一般均小于0.5ppm。在以減壓渣油作催化裂化原料時,通常要在進入催化裂化裝置前,用各種方法進行原料預處理,除去其中大部分鎳、釩等金屬和瀝青質。70年代以來,由于節約石油資源引起商品渣油需求下降。因此,流化床催化裂化裝置摻煉減壓渣油或直接加工常壓渣油已相當普遍。主要措施是:采用抗重金屬中毒催化劑;在原料中加入鈍化劑等。

主要成分為硅酸鋁,起催化作用的是其中的酸性活性中心(見固體酸催化劑)。移動床催化裂化采用3~5mm小球形催化劑。流化床催化裂化早期所用的是粉狀催化劑,活性、穩定性和流化性能較差。40年代起,開發了微球形(40~80μm)硅鋁催化劑,并在制備工藝上作了改進,70年代初期,開發了高活性含稀土元素的X型分子篩硅鋁微球催化劑。70年代起,又開發了活性更高的Y型分子篩微球催化劑(見石油煉制催化劑)。

新鮮原料油經換熱后與回煉油漿混合,經加熱爐加熱至180-320℃后至催化裂化提升管反應器下部的噴嘴,原料油由蒸氣霧化并噴入提升管內,在其中與來自再生器的高溫催化劑(600-750℃)接觸,隨即汽化并進行反應。油氣在提升管內的停留時間很短,一般只有幾秒鐘。反應產物經旋風分離器分離出夾帶的催化劑后離開沉降器去分餾塔。

積有焦炭的催化劑(稱待生催化劑)由沉降器落入下面的汽提段。汽提段內裝有多層人字形擋板并在底部通入過熱水蒸氣,待生催化劑上吸附的油氣和顆粒之間的空間內的油氣被水蒸氣置換出而返回上部。經汽提后的待生催化劑通過待生斜管進人再生器。

再生器的主要作用是燒去催化劑上因反應而生成的積炭,使催化劑的活性得以恢復。再生用空氣由主風機供給,空氣通過再生器下面的輔助燃燒室及分布管進人流化床層。對于熱平衡式裝置,輔助燃燒室只是在開工升溫時才使用,正常運轉時并不燒燃料油。再生后的催化劑(稱再生催化劑)落人淹流管,經再生斜管送回反應器循環使用。再生煙氣經旋風分離器分離出夾帶的催化劑后,經雙動滑閥排人大氣。在加工生焦率高的原料時,例如加工含渣油的原料時,因焦炭產率高,再生器的熱量過剩,必須在再生器中設取熱設施以取走過剩的熱量。再生煙氣的溫度很高,不少催化裂化裝置設有煙氣能量回收系統,利用煙氣的熱能和壓力能(當設能量回收系統時,再生器的操作壓力應較高些)做功,驅動主風機以節約電能,甚至可對外輸出剩余電力。對一些不完全再生的裝置,再生煙氣中含有5%-10%(體積分數)的CO,可以設CO鍋爐使CO完全燃燒以回收能量。

在生產過程中,催化劑會有損失及失活,為了維持系統內的催化劑的藏量和活性,需要定期地或經常地向系統補充或置換新鮮催化劑。為此,裝置內至少應設兩個催化劑儲罐。裝卸催化劑時采用稀相輸送的方法,輸送介質為壓縮空氣。

在流化催化裂化裝置的自動控制系統中,除了有與其他煉油裝置相類似的溫度、壓力、流量等自動控制系統外,還有一整套維持催化劑正常循環的自動控制系統和當發生流化失常時的自動保護系統。此系統一般包括多個自保系統,例如反應器進料低流量自保系統、主風機出口低流量自保系統、兩器差壓自保系統,等等。以反應器進料低流量自保系統為例,當進料量低于某個下限值時,在提升管內就不能形成足夠低的密度,正常的兩器壓力平衡被破壞,催化劑不能按規定的路線進行循環,而且還會發生催化劑倒流并使油氣大量帶人再生器而引起事故。此時,進料低流量自保系統就自動進行以下動作:切斷反應器進料并使進料返回原料油罐(或中間罐),向提升管通入事故蒸氣以維持催化劑的流化和循環。

典型的催化裂化分餾系統見圖1。由反應器來的反應產物(油氣)從底部進入分餾塔,經底部的脫過熱段后在分餾段分割成幾個中間產品:塔頂為富氣及汽油,側線有輕柴油、重柴油和回煉油。塔底產品是油漿。輕柴油和重柴油分別經汽提后,再經換熱、冷卻后出裝置。

③塔頂同流采用循環回流而不用冷回流,其主要原因是進入分餾塔的油氣含有相當大數量的惰性氣體和不凝氣,它們會影響塔頂冷凝冷卻器的效果;采用循環回流代替冷回流可以降低從分餾塔頂至氣壓機入口的壓降,從而提高氣壓機的入口壓力、降低氣壓機的功率消耗。

吸收—穩定系統主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔及穩定塔組成。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組分。吸收穩定系統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)和蒸氣壓合格的穩定汽油。其中的液化氣再利用精餾的方法通過氣體分餾裝置將其中的丙烯、丁烯分離出來,進行化工利用。催化裂化裝置的分餾系統及吸收—定系統在各催化裂化裝界中一般并無很大差別。