150万吨年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计毕业设计.docx
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150万吨年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计毕业设计
150万吨/年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计
摘要
在本设计中，使用大庆常压渣油作为原料，采用汽油生产方案，进行渣油催化裂化反再系统的工艺设计。
催化裂化装置由反应再生系统，分馏系统，吸收稳定系统和能量回收系统组成。
本设计主要针对反应再生系统进行设计计算。
由于渣油催化裂化的焦炭产率高，对再生器的烧焦能力要求较高，故本设计选用烧焦罐式再生器以实现高效完全再生。
在本设计中，基于设计的原料性质，参考国内同类装置的数据采用高低并列式再生系统，提升过反应器和烧焦罐高温完全再生系统。
反应部分：
反应器为原料油和催化剂充分接触提供必要的空间，本设计采用提升管、汽提段、沉降器同轴布置，以减少生焦，提高轻质油收率。
再生部分：
再生器的作用是烧焦，烧掉催化剂上的积炭，使催化剂上的活性得以恢复。
本设计采用带有预混合管的高效烧焦罐式再生器，可使催化剂含碳量降到0.1%以下，充分发挥了催化剂的选择性，延长了催化剂的寿命。
关键词：
催化裂化，提升管，再生器，催化剂
TECHNOLOGCIALDESIGNFORREACTIONANDREGENERATIONSYSTEMOF150wt/aRFCC
Abstract
Reactionandregenerationsystemtechnologyofa270wt/aRFCCprocessingDAQINGatmosphericresiduefeedstockhasbeendesignedandcalculatedinthislayout.
Thecatalyticcrackingunitismadeupfromreactionandregenerationsystemfractionationsystem，absorptionandstabilizationsystemandenergyrecoversystem.Thislayoutisderectedagainstreactionandregenerationsystemtocompute.AhighefficientandcompletecokeburningregeneratorhavinghighburningcapacitywasadoptedbecausemuchcokewasproducedduringRFCCprocess.
Inthedesign，Referringtothedatesoffeedandthesametypereactors，Idesignahigh-lowparallelFCCreactor-regeneratorsystem-riserreactorandcokecontainerhightemperaturecompletereactor-regeneratorsystem.Thepartofreaction:
thereactordevelopssufficientroomforfeedoilandcatalyticcontactingcompletely.Thiskindofdesignistoreducecokepromoterecallratiooflightoil.Thepartofregeneratorsystem:
theregeneratorcanburnupremainingcarbonaboutcatalytictorecoveractivityofCAT.Generalspeaking，mydesigncanreducetheratioofcarboninCATto0.1%，soitmakesfulluseofchoiceofCAT，extendsthelifeofthecatalyst.
Keywords:
catalyticcracking，riser，regenerator，catalyst
130万吨/年渣油催化裂化反再系统工艺设计
1文献综述
1.1催化裂化工艺产生的背景及意义
一般原油经常减压蒸馏后可得到10～40％的汽油，煤油及柴油等轻质油品，其余的是重质馏分和残渣油。
如果不经过二次加工它们只能作为润滑油原料或重质燃料油。
但是国民经济和国防上需要的轻质油量是很大的，由于内燃机的发展对汽油的质量提出更高的要求．而馏汽油（辛烷值较低40）则一般难以满足这些要求。
原油经简单加工所能提供的轻质油品的数量和质量同生产发展所需要的轻质油品的数量和质量之间的矛盾促使了二次加工过程的产生和发展。
催化裂化是重质油轻质的主要手段。
在目前我们国家的汽油中，80%来自于催化裂化。
可见催化裂化在我国石化工业中占有极其重要的地位。
我国FCC加工能力占原油加工能力的26%．约有70%的汽油来自FCC装置。
最近几年，我国在渣油裂化、催化剂再生、工程设计、研究和开发等方面发展很快。
渣油FCC成为渣油转化有效而经济的方法[1]。
1.1.1国外催化裂化
催化裂化的研究开始于19世纪90年代，随着固体酸性催化剂的问世，于1936年在美国诞生了世界上第一套固定床催化裂化工业装置。
固定床催化裂化存在设备结构复杂、操作繁琐，控制困难的缺点。
为了克服固定床的缺点，需要两项革新，即催化剂在反应和再生操作之间循环和减小催化剂粒径。
第一项革新结果出现了移动床，两项革新的结合得到了流化床。
最初移动床催化裂化定名为ThermoforCatalyticCarcking（TCC），1943年，Maguolia石油公司投产了一套0.5Mt/a的TCC装置。
1944年开发成功的小球合成硅酸铝催化剂是催化裂化过程的重大改进。
HPC公司开发的第一套Houdriflow移动床催化裂化工业化装置于1950年在美国投产。
第一套流化催化裂化装置于1942年在美国建成投产，而1946年硅铝微球催化剂的问世，更促进了催化裂化技术的发展。
至20世纪50年代前后采用密相床反应的流化催化裂化技术趋向成熟。
60年代中期，随着分子筛催化剂的推出，全提升管流化催化裂化工艺的地位得到了确立并延续发展至今。
[2]
1.1.2国内催化裂化
自我国第一套流化催化裂化（FCC）装置1965年5月在抚顺投产以来，我国催化裂化技术，特别是重油催化裂化技术取得了重大进展显著成绩，催化裂化已成为我国重油加工最基的手段和各炼油企业经济效益最重要的支柱．催化裂化技术在我国炼油工业中占有的地位，首先是和我国原油性质密切相关的．与中东地区古硫原油相比，我国绝大多数原油均属重质原油，大于350℃的重油产率一般占原油的70％～75％，因此，必须有足够的二次加工能力，才能有效利用原油，最大限度获得轻质油品．另一方面，我国绝大多数原油都属于氢含量较高的低硫低金属的石蜡基原油，最适合于采用重油催化裂化进行加工．针对我国原油的特点，采用催化裂化的加工方法，投资少，效益高，并能为化工综合利用提供多种原料．这正是催化裂化在我国炼油技术中占有极其重要的位置并在30年来取得迅速发展的根本原因[3]。
1.2催化裂化技术的现状及发展
1.2.1国外催化裂化技术的现状及发展
渣油催化裂化（RFCC）工艺
主要有UOP公司的MSCC技术（毫秒催化裂化技术），在Mscc过程中，催化剂向下流动形成催化剂帘，原料油水平注入与催化剂垂直接触，实现毫秒催化反应。
反应产物和待生催化剂水平移动，依靠重力作用实现油气与催化剂的快速分离。
这种毫秒反应以及快速分离，减少了非理想的二次反应，提高了目的产物的选择性，汽油和烯烃产率增加、焦炭产率减少，能更好地加工重质原料，且投资费用较低同。
多产烯烃的FCC工艺技术
该技术的主要特点：
（1）设立第二提升管进行汽油二次裂化；
（2）使用高ZSM-5含量的助剂；
（3）采用密闭式旋风分离器。
中试结果表明，以Minas蜡油为原料可以得到18.37％的丙烯产率。
LCO改质——MAK工艺
MAK轻循环油改质工艺是由Mobil、AKZO和Kellogg3家公司聪合开发的中压单段加氢裂化工艺，生产高辛烷值汽油和高质量柴油。
经MAK工艺改质后可明显提高其质量。
生成柴油馏份的十六烷值达到34—40。
轻烃预提升技术
U0P公司和Ashland石油公司的干气预提升技术是目前应用效果较好的轻烃预提升技术。
UOP公司的预提升技术是在提升管底部用稀释剂（干气或蒸汽或者是二者并用）对再生催化剂进行预加速、使催化剂的密度降低，这样从进料喷嘴喷出的油滴就能穿透催化剂覆盖整个提升管截面，达到良好的剂油混合效果，使油滴得到良好的汽化，从而获得较好的产品分布。
对于加工渣油的装置来说用轻烃代替蒸汽作为预提升介质除了具有上述作用外还能钝化催化剂上的重金属，从而起到了改善反应选择性的作用。
目前国内已有洛阳石化总厂、天津石化公司炼油厂、济南炼油厂和锦西炼化总厂等厂家的催化裂化装置应用了轻烃预提升技术。
提升管反应苛刻度控制技术
为了确保提升管进料全部汽化、减少不希望的热裂化和过度裂化反应的发生，法国石油研究院（IFP）在其设计的R装置中应用了混合温度控制（~frC）技术。
采用混合温度控制技术可以改进原料油的汽化，并相应减少焦炭的产率。
混合温度控制技术将提升管分成了两个反应区，其中上游区混合温度高、剂油比大、剂油接触时问短；下游区在常规催化裂化反应条件下进行。
Kellogg公司设计的提升管急冷技术是在进料喷嘴以后通过专有的急冷油喷嘴打入部分急冷油来控制提升管剂油混合区的温度。
工业装置应用表明在保持相同的提升管出口温度时，采用急冷油技术后提升管精油混合段的温度提高了27．8--41．7℃。
催化剂循环增强技术CCET
Shell石油公司开发了自己的CCET技术。
该技术的核心是显著提高立管的稳定性，在立管入口附近优化催化剂条件以增加蓄压，使滑阀维持高压差来提高催化剂循环量这样就能提高装置处理量，而不必对催化剂输送管线和滑阀进行昂贵的改动。
采用CCET技术后，滑阀压差增大，催化剂循环量提高了50％。
1.2.2我国催化裂化技术的现状及发展
渣油催化裂化（RFCC）工艺技术
VRFCC是中国石化集团公司石油化工科学研究院、北京设计院和北京燕山石化公司合作开发的一项加工大庆减压渣浊的催化裂化新工艺。
多产柴油和液化气的MGD技术
MGD技术是中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院（RIPP）开发的以重质油为原料．
多产柴油的催化裂化MDP技术
RIPP在传统增产柴油工艺技术的基础上开发了催化裂化增产柴油的新工艺MDP。
多产烯烃和高辛烷值汽油的DCC工艺技术
近年来，DCC技术还在不断发展和完善，这些新进展主要有两个方面：
一个是开发系列催化剂产品；另一个是改进工艺以进一步提高轻烯烃、特别是丙烯的产率。
在催化剂开发方面尽量使品种多样化以满足不同用户的需要，而新开发的渣油催化裂解催化剂已经在全常压渣油催化裂解装置上使用。
在工艺改进方面也已经取得很好的实验室结果，以大庆蜡油掺渣油为原料可以得到28％的丙烯产率，同现有Dcc技术相比丙烯产率可以提高6个单位以上。
。
多产异构烷烃的MIP技术
我国催化裂化汽油中烯烃含量高达40％--65％，远远高于我国车用汽油烯烃不大于35％的指标。
由中石化石科院和中石化上海高桥分公司、洛阳石化工程公司联合攻关的多产异构烷烃的催化裂化技术（MIP），具有我国自主知识产权，是既可促进重油转化、又可改善催化汽油质量以满足燃料清洁化需求的技术。
MIP技术先期于2002年在高桥分公司炼油厂140万t／aFCC装置上成功应用。
运用该技术后，汽油烯烃含量（荧光法）一直持续低于30以下，辛烷值有所提高。
该工艺突破了现有催化裂化工艺对二次反应的限制，实现了可控性和选择性地进行裂化反应、氢转移反应和异构化反应。
可明显降低汽油烯烃含量并增加异丁烷产率，提出了一种生产清洁汽油组分的新概念。
两段提升管催化裂化新工艺技术
该项工艺技术可使装置处理能力提高30％--40％，轻油收率提高3个百分点以上，液体产品收率提高2--3个百分点，干气和焦炭产率明显降低，汽油烯烃含量降低20个百分点，催化柴油密度下降，十六烷值提高。
两段提升管催化裂化新技术最突出的效果，是可以改善产品结构，大幅度提高原料的转化深度，显著提高轻质油品的收率，提高催化汽油质量，改善柴油质量，提高催化装置的柴汽比。
该技术还具有非凡的灵活性和可调性，由此可派生出多种适应不同生产要求的专用技术。
[4]
催化裂化在20世纪里对炼油工业的贡献是人所共颂的，面对2l世纪的形势和任务，催化裂化迎来了新的挑战。
预测其今后的发展，可能有两种：
沿革性的发展
（1）继续改进工艺、设备、催化剂，尽可能多转化一些重油，提高轻质产品收率。
对我国而言，特别要在保证长周期运转上下功夫。
（2）继续研究开发多产低碳烯烃的工艺，为发展石油化工和清洁燃料组分生产提供原料。
（3）继续研究开发能满足市场产品需求的催化裂化工艺和催化剂。
（4）为清洁生产，研究开发减少排放的工艺、催化剂、助剂，以及排放物的无害处理工艺。
（5）催化裂化不要“单打”，需和其它工艺密切配合，同步发展，包括上游的预处理和下游的二次加工工艺，例如上游的加氢、焦化、脱沥青工艺及它们的组合；下游的汽油柴油再加工工艺、各种低碳烯烃的利用工艺等。
（6）劣质渣油焦化或脱沥青与催化裂化组合；对焦炭或沥青作气化联合循环发电（IGCC）的原料以及费托合成关键技术开展研究，为炼油厂达到清洁生产和生产清洁燃料开辟途径。
跨越性的发展。
在一段时间之内将以沿革性发展为主，同时为跨越性发展准备。
顾名思义，跨越性的发展是指有全新的工艺技术出现，或在某个环节上有别于现有工艺技术．能较好地解决现有技术不尽人意之处，使催化裂化技术再跨上一个新的台阶历史上曾有不少这样的跨越性发展，例如分子筛催化剂的出现。
从美国油气杂志2001年的统计材料看，全世界现有催化裂化能力已达693Mt／a。
催化裂化不但不是“夕阳”工艺，而且还处于“成长”状态。
我国原油大多属石蜡基或中间石蜡基，较重、较干净，比较适合催化裂化，因此催化裂化将仍然是我国炼油的骨干工艺。
但由于现有规模已经较大，今后可能是以改造为主，以更先进的工艺技术来代替；同时发展配套的催化裂化产品后加工工艺，以满足环保对产品质量的要求。
[5]
1.3重油催化裂化
1.3.1重油催化裂化的原料
所谓重油是指常压渣油、减压渣油的脱沥青油以及减压渣油、加氢脱金属或脱硫渣油所组成的混合油。
典型的重油是馏程大于350℃的常压渣油或加氢脱硫常压渣油。
与减压馏分相比，重油催化裂化原料油存在如下特点：
①粘度大，沸点高；②多环芳香性物质含量高；③重金属含量高；④含硫、氮化合物较多。
因此，用重油为原料进行催化裂化时会出现焦炭产率高，催化剂重金属污染严重以及产物硫、氮含量较高等问题[7]
1.3.2重油催化裂化的产品
重油催化裂化的产品是市场极需的高辛烷值汽油馏分，轻柴油馏分和石油化学工业需要的气体原料。
1.3.3重油催化裂化装置特点
重油催化裂化工艺与一般催化裂化工艺的异同点
两工艺既有相同的部分，亦有不同之处，完全是由于原料不同造成的。
不同之处主要表现在，重油催化裂化在进料方式、再生系统型式、催化剂选用和SOX排放量的控制方面均不同于一般的催化裂化工艺；在取走过剩热量的设施，产品处理、污水处理和金属钝化等方面，则是一般催化裂化工艺所没有的。
但在催化剂的流化，输送和回收方面，在两器压力平衡的计算方面，两者完全相同。
在分馏系统的流程和设备方面，在反应机理、再生机理、热平衡的计算方法和反应—再生系统的设备上两者基本相同[8]。
重油催化裂化工艺
加氢脱硫一渣油裂化和减压渣油加氢脱硫一渣油催化裂化
常压渣油加氢脱硫一渣油裂化（ARMS）和减压渣油加氢脱硫一渣油催化裂化（VRDS）此两种工艺适合于含硫量较大的重油炼制。
常压渣油加氢脱硫（ARDS）与减压渣油加氢脱硫（VRDS）是固定床渣油加氢技术中的两种不同工艺。
在加工高硫高金属原油时，通过ARDS或VRDS工艺对常压渣油或减压渣油进行加氢脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭等，使加氢后的重质馏分可在催化裂化等装置中进一步轻质化，并满足一定的产品质量和环保要求。
我国今后进口含硫原油的数量将不断增加，为了解决含硫原油深度加工的问题，国内目前正在进行固定床渣油加氢催化剂和工艺的研究与开发，国内炼油厂也将越来越多地考虑采用固定床渣油加氢的技术。
延迟焦化-加氢精制-催化裂化组合工艺
我国不少渣油氮含量很高，经延迟焦化后的焦化蜡油硫、氮含量（尤其是碱氮含量）很高，这种焦化蜡油如果直接进入催化裂化装置会严重影响催化裂化产品的分布和质量，并使催化剂降低活性。
因此尽量增加重质油的延迟焦化处理量可多产汽柴油，且柴汽比高，增加产品的灵活性和市场适应性。
尤其是焦化干气产量大，干气CH、CH含量高，可提供丰富的廉价的制氢原料，以获得便宜充足的氢源，发展加氢精制以提高焦化气柴油的品质来满足市场竞争的要求。
焦化蜡油不安排（或尽可能少地作为掺炼油催化裂化处理，视加氢裂化处理量而定），是由于其碱氮含量高，极易造成催化裂化催化剂失活，造成结焦严重，干气产量上升，汽柴油收率降低。
而安排焦化蜡油与焦化汽柴油或催化柴油混掺加氢裂化，不但可得到优质汽柴油，而且尾油又是优良的裂化原料制乙烯和催化裂化原料，并且此过程氢耗量小于单独的重质油加氢裂化。
加氢精制的石脑油又是优良的催化重整的进料，增加高辛烷值低烯烃汽油产量，并且苯、甲苯、二甲苯又是化工原料，自产氢气又可平衡炼厂系统的氢气。
石油焦既可外卖，又可经煅烧处理，经煅烧生产优质的煅烧焦。
增加产品的附加值。
炼油企业减压瓦斯油和焦化瓦斯油应重点考虑作加氢裂化原料，这一方面可以缓解喷气燃料和优质低凝点柴油市场供应不足的矛盾，另一方面可以提供相当数量的芳烃原料（高芳烃潜含量石脑油）和优质乙烯装置原料（加氢未转化油）
溶剂油脱沥青-延迟焦化-催化裂化组合
在炼油厂获得的总经济效益中，60％的效益来自催化裂化装置，利用这一工艺将催化裂化澄清油与减渣混合，回收澄清油中可裂化的组分进入脱沥青油，然后再返回到重油催化装置中，为催化裂化装置提供大量的原料。
澄清油中的稠环芳烃进入到沥青中可改善沥青的质量。
脱沥青油既可作为催化裂化进料，又可作为加氢裂化的原料。
脱油沥青可作为延迟焦化进料或锅炉燃料。
为了给催化裂化装置提供更多的原料，同时也为增加延迟焦化装置的原料品种，石科院与中石化广州石化总厂合作，以脱油沥青掺人减渣（掺人质量分数20％一30％）进行焦化，可转化为轻质产品的收率约为60．5％。
可见将少量的脱油沥青与减渣混合作为焦化的原料，不但扩大焦化的原料的品种，也解决了一部分硬沥青的出路，也有经济效益。
用脱油沥青作为焦化原料的缺点是随着沥青的掺人量增加焦炭产量也增加，焦炭的质量也越来越差，另外是使加热炉管结焦倾向增大，因此应设法改善渣油与沥青的互溶性，以增强沥青质在渣油体系中的稳定性。
[9]
我国自主开发的重油催化裂化后反应系统关键装备技术同时实现“三快”和“两高”，解决了重油催化裂化工艺后反应系统易结焦等世界性难题，使我国在这一领域走在了世界前列。
截至目前的最新统计，该技术已推广应用于中石油、中石化50套催化裂化装置，经济效益显著。
由中国石油大学（北京）经过十余年努力研发成功的后反应系统技术在多项核心技术上获得突破，达到了同时实现“三快”和“两高”的攻关目标，即油剂的快速脱离、分离催化剂的快速预汽提、油气的快速引出，以及催化剂的高效分离、高油气包容率。
该技术目前已成功应用于国内50套不同构型和规模的催化裂化装置。
结果表明，反应后油气在沉降器内平均停留时间由常规的l0～20秒缩短到5秒以下，气固分离效率高达98．5％以上，从而可使轻油收率提高1．0个百分点以上，超过国内外同类技术的最高水平。
该技术还可有效抑制沉降器内的结焦，延长了开工周期。
和国外同类先进技术相比，该技术具有更高的气固分离效率、更好的预汽提效果以及更高的操作弹性和稳定性。
该技术和装备的投资仅为国外同类技术的1／20～1／l0，具有显著的竞争优势。
科研人员在系统实验研究的基础上，成功开发出了高效气固旋流分离、高效预汽提、提高油气包容率3项创新技术，并通过集成创新形成了4种新型快分系统，适用于目前所有构型的催化裂化装置，并创建了后反应系统关键装备的优化设计理论和方法。
目前该项目已取得国家发明专利7项、实用新型专利2项[10]。
1.4催化裂化装置研究进展
1.4.1催化裂化再生装置形式
单段再生的再生器的基本形式如图1所示[11]。
图1
两段再生是把待生剂依次通过两个流化床进行烧焦，它是为适应重油催化裂化工艺发展起来的。
两段再生是把烧碳过程分为两个阶段进行：
第一段，约80%－85%的总烧碳量被烧去;
第二段，再用空气及在更高的温度下继续烧去余下的碳。
两段再生可在一个再生器筒体内分隔为两段来实现，也可以在两个独立的再生器内实现
图2
管式再生
采用提升管进行催化剂的烧焦再生，提升管的表观线速为3～10m/s。
为了保持提升管内催化剂呈活塞流，管上部线速较高，下部线速较低。
燃烧用空气从提升管的不同高度分为3-4股送入提升管中，以控制催化剂密度和氧浓度。
氧的传质阻力和催化剂返混程度均较低，烧焦强度可达1000kg/（t.h）。
烧焦用提升管长度为22m,管内烧焦量可占总烧焦量的80%左右。
剩余焦炭和CO的燃烧在提升管上部的湍流床中进行。
图3
快速床（循环流化床）再生
催化裂化装置的烧焦罐再生就是属于循环流化床的一种再生方式
图4
1.4.2催化裂化反应装置形式
单段提升管反应器
提升管反应器主要有提升管、沉降器、汽提段、旋分器、待生斜管等部分组成
图5
两段提升管催化裂化技术
在常规提升管反应系统中，预热的原料油经喷嘴进入反应器，与来自再生器的高温催化剂接触、气化并进行反应；油气和催化剂沿提升管上行，边流动边反应，反应过程中不断有焦炭沉积在催化剂表面，使催化剂活性及选择性急速下降，对改善产品分步非常不利。
针对提升管反应器的这些弊端，一些研究机构和石油公司提出了两段催化裂化的概念。
20世纪70年代末，Engelhard公司开发了两段催化裂化ART—FCC工艺，其第1段主要用来脱除原料中的残炭和大部分金属，起到原料预处理的作用，在第2段反应器中，再对改质后的原料进行常规裂化。
最近，MaredlinEspeillac和PlebeCrespin取得了利用两个反应区进行烃类裂化反应的专利J。
另外，石油大学正在进一步地研究两段提升管催化裂化技术，目前，已提出提升管两段催化裂化工艺（TSRFCC）_3-，其工艺原则流程。
该工艺的核心是：
针对现行催化裂化提升管反应器的弊端，将传统提升管反应器分为两段串联，在段间将半再生催化剂更换为再生催化剂，实现催化剂双路循环、分段反应，从而提高提升管内催化剂的平均活性和选择性，强化和改善催化裂化反应过程。
石油大学（华东）胜华炼油厂0．1Mt／a工业试验结果表明，TSRFCC工艺可以极大的提高原油的转换深度，同时加工能力可增加30％～50％；可以显著改善产品分布，轻质油收率可提高3—4个百分点，干气和焦炭产率降低2个百
分点；汽油的烯烃含量降低，柴油的十六烷值增加。
图6
两段提升管反应器的作用原理
催化剂接力原理
所谓催化剂接力是指当原料进行短反应时间后、由于积炭而使催化剂活性下降到一定程度时，及时将其与油气分开并返回再生器再生，需要继续进行反应的中间物料在第二段提升管与来自再生器的另一路催化剂接触，形成两路催化剂
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