催化裂化综合生产实训装置投标资料Word文件下载.docx
《催化裂化综合生产实训装置投标资料Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化裂化综合生产实训装置投标资料Word文件下载.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
平衡冷凝过程是平衡汽化的相反过程。
若将过热的气体进行分离则需采用冷凝的方法。
冷凝过程中所生成的凝液若与蒸汽保持紧密的接触，分离时达到相平衡，则这种冷凝称为平衡冷凝过程。
3、常压分馏工艺原理：
原油加工过程中，把原油加热到360～370℃左右进入常压分馏塔，在汽化段进行部分汽化，其中汽油、煤油、轻柴油、重柴油这些较低沸点的馏分优先汽化成为气体，而蜡油、渣油仍为液体。
含有汽油、煤油、轻柴油、重柴油的气体混合物离开汽化段进入塔的上部（称为分馏段），在塔盘上与液体回流相接触，被冷却而部分冷凝，则沸点较高的重柴油首先冷凝，而沸点较低的汽油、煤油、轻柴油仍为气体，该气体再继续上升而部分冷凝，则又有沸点较高的轻柴油冷凝为液体。
如此进行汽液相的多次部分汽化、冷凝，煤油、轻柴油、重柴油在其各自蒸汽分压下的泡点温度从塔侧抽出。
最后剩余的气体即沸点最低的汽油在其蒸汽分压下的露点温度从塔顶馏出。
常压分馏精确度不高，从塔侧抽出的产品，必然含有低沸点产品，这些低沸点产品，则需从辅助汽提塔用水蒸汽汽提返回常压分馏塔，从而得到合格的侧线产品。
汽化的常压重油，也就是蜡油和渣油，从汽化段下流至塔的下部分，称为提馏段，经水蒸汽汽提后从塔底抽出。
1.2.2减压蒸馏原理
在汽液平衡状态下，物质的蒸汽压随温度而变化，温度愈高，蒸汽压就愈大，温度愈低蒸汽压愈小。
液体沸腾的必要条件是蒸汽压必须等于外界压力，因此，降低外界压力就相当于降低液体沸腾时所需要的蒸汽压，也就是降低了液体的沸点，压力愈小，沸点降的愈低。
如果使蒸馏过程在压力低于大气压以下进行，就可以使操作温度降低，这种过程称为减压蒸馏。
要从常压重油中分割出沸点高达510℃甚至550℃的馏分来作为二次加工原料，若加热到这样的温度，油品早已发生裂解，使馏分品质变坏，为了防止馏分的分解，重油蒸馏一般都在低于410℃以下进行，为此采用在塔顶抽真空的减压蒸馏方法。
减压程度的大小用真空度来衡量，所谓真空度是指设备内的残压与大气压的差值，真空度越高，残压越低，减压塔的抽真空系统由冷凝器和蒸汽喷射抽空器所组成。
1.3催化裂化反应原理
催化裂化反应可以用正碳离子反应机理解释，所谓正碳离子，是指表面缺少一对价电子的碳原子形成的烃离子，其形式如
（1）这些正碳离子不能自由存在，它只能吸附在催化表面进行反应。
正碳离子是催化剂与烯烃分子作用形成的，在酸性催化剂存在的情况下，生成正碳离子所需的能量比热裂解生成自由基要小得多（而在无催化剂条件，热裂解过程是气相热反应，此时生成正碳离子所需能量比裂解成自由基又大得多，其结果是烃分子均匀断裂成自由基，遵循自由基反应机理），此时催化剂活性中心给出质子，使烯烃质子化生成正碳离子，正碳离子开始形成必须具备两个条件，一、要有烯烃（来源于原料或热裂解产物），二、要有给出质子的酸性催化剂。
正碳离子形成后，其发生一连串平行-顺序反应，反应过程复杂，反应类型多样。
1.催化裂化的化学反应种类
催化裂化过程中的化学反应并不是单一烃类裂化反应，而是多种化学反应同时进行。
在催化裂化条件下，各种化学反应的快慢、多少和难易程度都不同。
主要化学反应如下：
（1）裂化反应
裂化反应是催化裂化主要反应，它的反应速度比较快，同类烃分子量越大，反应速度越快；
烯烃比烷烃更易裂化；
环烷烃裂化时，既能脱掉侧链，也能开环生成烯烃；
芳烃环很稳定，单环芳烃不能脱甲基，只有三个碳以上侧链才容易脱掉。
（2）异构化反应
异构化反应是催化裂化的重要反应，它是在分子量大小不变的情况下，烃类分子发生结构和空间位置的变化。
异构化反应可使催化裂化产品含有较多的异构烃，汽油异构烃含量高，辛烷值高。
（3）氢转移反应
氢转移反应即某一烃分子上的氢脱下来，加到另一个烯烃分子上，使这一烯烃分子得到饱和的反应。
氢转移是催化裂化独有的反应，反应速度比较快，带侧链的环烷烃是氢的主要来源。
氢转移不同于一般的氢分子参加的脱氢和加氢反应，它是活泼的氢原子从一个烃分子转移到另一个烃分子上去，使烯烃饱和，二烯烃变成单烯烃或饱和烃，环烷烃变成环烯烃进而变成芳烃，使产品安定性变好。
氢转移的反应结果是一方面某些烯烃转换成烷烃，另一方面给出氢的化合物转化为芳烃和缩合成更大的分子甚至结焦，使生焦率提高。
氢转移反应是放热反应，需要高活性催化剂和低反应温度来获得较高反应速度。
（4）芳构化反应
芳构化反应是烷烃、烯烃环化生成环烷烃及环烯烃，然后进一步进行氢转移反应，放出氢原子，最后生成芳烃的反应过程。
芳构化是催化裂化的重要反应之一，由于芳构化反应，催化汽油、柴油含芳烃量较多，也是催化汽油辛烷值较热裂解汽油辛烷值高的一个重要原因。
（5）叠合反应
叠合反应是在烯烃与烯烃之间进行的，其反应结果是生成大分子烯烃。
（6）烷基化反应
烯烃与芳烃的加合反应叫烷基化反应。
叠合反应和烷基化反应，在正常催化裂化操作条件下（500℃，常压），这两个反应所占总反应的比例不大。
2.各类单体烃的催化裂化反应规律
（1）烷烃
主要是发生裂化反应，分解成较小分子的烷烃和烯烃，生成的烷烃可以继续分解成更小的分子。
烷烃裂化时多从中间的C-C键处断裂，而且分子越大越易断裂、异构烷烃的反应速度又比正构烷烃快。
（2）烯烃
①分解反应
裂化反应分解为两个较小分子的烯烃，烯烃的裂化反应速度比烷烃的大的多，大分子烯烃的裂化反应速度比小分子快，异构烯烃的裂化速度比正常烯烃快；
②异构化反应
烯烃的异构化反应有两种：
一种是分子骨架结构的改变，正构烯烃变成异构烯烃；
另一种是分子的双键向中间位置转移。
③氢转移反应
环烷烃或环烷-芳香烃放出氢，使烯烃饱和而自身逐渐变成稠环芳烃，或烯烃之间发生氢转移，这类反应的结果是：
一方面某些烯烃转化为烷烃，另一方面给出氢的化合物转化为芳烃或综合成更大的分子。
氢转移反应速度较低，需要活性较高的催化亮晶晶上，反应温度高对氢转移不利。
④芳构化反应
烯烃环化并进一步脱氢成为芳香烃。
（3）环烷烃
环烷烃的环可断裂生成烯烃，烯烃再继续进行上述各项反应。
（4）芳烃
多环芳烃的裂化反应速度很低，他们的主要反应是缩合稠环芳烃，甚至生成焦炭，同时放出氢使烯烃饱和。
1.4裂化产品分馏原理
催化裂化反应油气的分离是在分馏塔内完成的，反应油气进入分馏塔的脱过热段，与人字挡板上向下流动循环油浆逆流接触，脱除洗涤油气中夹带的催化剂粉尘，并使反应油气进行部分冷凝。
先被冷凝的是沸点较高的油浆，上升的油气混合物在塔内上升过程中温度逐渐降低，又出现部分冷凝，冷凝液为回炼油。
再降低温度使其逐渐部分冷凝为柴油，最后不能冷凝的是汽油、蒸气及富气。
此时，在分馏塔底得到的是最高沸点馏分（油浆），塔侧自下而上可取得回炼油、柴油馏分，自塔顶在油气分离罐底可取得汽油馏分，在分离罐顶得到富气组分。
气相混合物在精馏段逐渐降温冷凝，气体降温冷凝为液体要放出冷凝潜热，这部分热量要通过塔顶和中段回流取走，并使回流中所含的轻组分加热汽化为气相，同时，中段回流还提供了分离过程所需要的内回流。
1.5裂化产品稳定原理
催化裂化压缩富气吸收过程是在填料塔内进行，解吸分离是在板式塔内进行。
其目的是把干气和液化气分开，分离的关键组分是C2和C3。
要求吸收后的干气中尽量少含C3，解吸后的脱乙烷汽油中尽可能不含C2，从而使其按C2和C3这两种关键组分分开。
在吸收塔内，贫吸收油自塔顶入进入，与由塔下部进塔的烃类混合气体在塔板上进行多次气、液逆向接触，完成吸收过程。
关键组分C3在随气体上升过程中，也逐渐被吸收油溶解而由气相转入液相之中。
它们在塔板上达到平衡时，C3在气液两相中的浓度是按C3平衡常数K值分配的。
就其操作条件来说，整个吸收过程基本处于相同的操作压力和操作温度下，可看作是等温吸收过程。
因此在平衡时，C3的平衡常数K值基本不变，只是C3组分在塔的各层塔板上气、液两相中的浓度有所不同。
吸收塔顶部蒸汽还有少量的C3及更重组分，为此，吸收塔顶部贫气需要进入再吸收塔下部与新鲜贫吸收油逆向接触，在达到平衡时，C3平衡常数K值仍然不变，因而溶解于吸收油中的C3组分浓度很低，再吸收塔顶部贫气中剩余的C3组分含量进一步较少，从而使C3吸收率达到其分离要求。
在充分地吸收C3及更重的C4、C5等组分的同时，由于相平衡关系，富吸收油中势必也吸收了相当数量的C2组分。
在解吸塔内，要将富吸收油中C2组分解脱出来，再回到吸收贫气中去。
在解吸时，为了把C2组分脱净，由于相平衡关系，其中一部分C3、C4组分也必然要随之被解吸出来，所以解吸气要送回吸收塔再进行吸收。
这样，通过吸收、再吸收与解吸操作，使吸收塔顶得到基本不含C3组分的气体（再吸收塔顶为干气）；
在解吸塔底得到基本不含C2的脱乙烷汽油。
从而按C2、C3这两种关键组分将其分离开来。
将液化气（C3、C4）从脱乙烷汽油中分离出来的操作过程是在稳定塔中进行的。
稳定塔操作是在压力下精馏分离液态烃和汽油的过程。
2、常减压-催化裂化实训装置设计方案与特点
2.1设计方案
装置设计是以工业上生产能力为350万吨/年的现代化石油催化裂化生产装置为原型，按10:
1左右比例缩小而制成。
在设计时应充分考虑了装置的安全性、实用性、经济性。
具体设计方案为：
2.1.1数字高真仿真：
系统以工厂真实装置为背景，采用开放性的工艺参数设计和先进的软件平台。
要求工艺参数高真仿真，实现工厂运行数据的真实再现，体现工厂现场的真实状态。
2.1.2工厂化对象背景：
以常减压蒸馏、催化裂化、产品分馏、产品稳定成四个车间作为对象背景，以主物料工艺流程为基础，可整体或单元运行。
并结合职业教育的教学大纲要求，设计一定量的可解剖设备，以便设备解剖、认识掌握设备内部结构，部分替代物料，增强现场实物感，避免一线生产过程中存在的安全隐患。
同时，设备、仪表等选用要求多元化形式。
装置中适量的采用工厂中真实使用仪表、阀门，使学生认识各种显示仪表，学会使用调节器并感知其重要性，可允许学生对仪表、阀门等进行仿真随意性调节。
2.1.3情景化真实操作：
设计要求按中控SUPCONDCS系统控制和现场操作相结合，使得操作控制实现工厂情景，并能满足进行正常运行操作、开停车、断电事故处理等工厂中的全部操作，学生们还能自行设计，试验不同的开、停车方案，极限运行状态等。
2.1.4开放性故障点设置：
全部参数均可作为故障点，模拟工厂实际生产中出现的各种故障。
通过教师站对学员站的操作设置事故，学生根据已有知识进行利判断，采用必要措施进行解决，以培养学生认识故障现象，分析故障原因，完成故障处理，提高学生判断意识、锻炼和提高学生排除故障的能力。
2.1.5广泛性教学目的：
设计时应充分考虑化工类专业、机械类专业、仪表及自动化专业的特点，选型时要求同类设备多样化，并兼顾设备的经典性和先进性。
2.2装置特点
2.2.1该装置由常减压蒸馏、催化裂化、产品分离和产品稳定四部分组成石油化工实体仿真实训生产过程系统（设备系统工厂化真实在线，安全物料替代真实物料，控制操作系统全程实现工厂实景）。
2.2.2由常减压、催化裂化、产品分离及稳定四个车间组成，整套装置由14台化工塔、31台机泵、29台容器、3台工业炉、34台换热器等组成，并结合职业教育的教学大纲，设计了一定量的可解剖设备，以便设备解剖、认识掌握设备内部结构。
2.2.3过程控制系统，完全是一个真实的工业控制系统，具有真实的工厂化情景，系统由知名品牌中控SUPCONDCS进行控制，能进行正常运行操作、开停车、断电事故处理。
可对生产系统温度、压力、流量、液位进行检测、显示、控制，根据各个测量点的变化，帮助学生思考，发展分析综合能力，更好地透过现象看本质。
本装置还可实现自控系统、报警系统、趋势图、带控制点的工艺流程图、仪表界面等操作。
2.2.4故障点设置：
可模拟实际生产中出现的故障现象，通过计算机发出故障信号设置故障，培养学生故障判断意识、锻炼和提高学生排除故障能力。
2.2.5本装置涵盖了石油化工经典的生产过程及多种化工单元操作，主要用于化工专业进行化工生产过程操作实训、考核、生产事故研究等等；
本装置也适用于仪表、自动化控制等专业进行生产过程控制、DCS系统的实训、工业控制网络系统（EPA现场总线技术、工业以太网技术）过程控制方案研究等等。
3、装置功能
3.1主要用途
3.1.1使学生掌握常减压蒸馏、催化裂化等经典炼油项目的工艺流程，对各个工段的主要设备的结构及性能、生产原理深刻了解。
3.1.2使学生理解、掌握化工过程的基本操作技能，提高了学生对典型化工过程的开车、停车、事故处理的能力，加深了学生对化工过程基本原理的理解；
3.1.3使学生掌握调节的基本操作技能，尤其是自动调节、手动调节、串级调节的使用，为以后掌握P、I、D参数的在线整定及复杂控制系统的投运和调整能力打下良好基础。
3.1.4使学生掌握最优的开车方案，对生产操作进行优化研究。
3.2实现多种技能的培训
3.2.1化工工艺技能培训：
a．电脱盐部分；
b．常减压蒸馏部分；
c．催化裂化部分；
d．压缩机运行部分；
e．催化裂化产品分馏部分；
f．催化裂化产品稳定部分。
3.2.2化工操作（系统操作员）技能培训：
a．装置的开停车操作；
b．单元装置的正常操作及异常现象的分析；
c．系统装置的正常操作及异常现象的分析；
d．典型事故的案例分析；
e.生产控制的优化管理。
3.2.3化工机械技能培训：
a．传质设备的作用与主要结构形式；
b．传热设备的作用与主要结构形式；
c．化工塔的工作原理与主要结构形式；
d．化工泵的工作原理与主要结构形式。
3.2.4化工仪表及自动化技能培训：
（1）自动控制基本概念方面：
a.掌握自动控制系统的组成，了解各种组成部分的作用及相互影响和关系；
b.理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法；
c.熟悉管路及控制系统上常用的符号和意义；
d.了解控制系统的几种形式，掌握系统的动态与静态；
e.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程中的几种基本形式及过渡过程的品质指标的含义。
（1）检测仪表与传感器方面：
a.掌握仪表精度的意义及测量误差的关系；
b.了解仪表的性能指标；
c.掌握各种压力测量仪表的基本原理及基本选用方式；
d.了解各种流量计的测量原理；
e.了解各种液位计的测量方法，掌握液位测量中零点迁移的意义及方法；
f.掌握温度检测元件；
g.自动检测仪表选型、安装；
h.恶劣环境下仪表的安装维护；
（3）自动控制显示仪表方面：
a.掌握PLC可编程控制器的功能和特点；
b.掌握DCS现场控制站及操作站的软件及硬件组成；
c.掌握现场总线的特点及基本设备；
（4）执行机构方面：
a.掌握控制阀的流量特性意义，了解串级管道中阻力比s和并联中管道中分流比x对流量特性的影响；
b.掌握气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合；
c.掌握气动执行机构的气开、气关形式及选择原则；
d.掌握电气转换器及电-气阀门定位器的用途及工作原理；
e.掌握电动执行器的本原理及结构；
f.各类调节阀的安装、调校、投运。
（5）仪表系统故障处理方面:
a.锻炼仪表检修人员处理事故过程中的协调能力；
b.系统设置故障点,锻炼仪表检修人员判断处理故障能力；
3.3满足技术要求及主要参数
3.3.1总体动态运行控制功能：
现场控制台仪表控制同时与微机通讯，基于MCGS工控软件平台的实时数据采集及过程监控；
DCS工程师站与现场控制台连接，实现单回路、串级控制、比值控制和PID控制等形式，可实现手动控制和自动控制方式的切换、远程监控、流程组态的上传下载实时报警记录。
3.3.2智能仪表显示功能：
多通道输入输出可完成组态、控制、通讯和实时数据及趋势显示和控制等功能。
3.3.3执行机构及管路阀门：
各种工业级别管道阀门，通过温度传感器、压力变送器、远传液位计、可控硅调压模块等智能传感器完成压力和电加热管等执行器及电控单元的反馈控制。
3.3.4故障设置功能：
用软件和硬件相结合的方式实现故障设置，可轻松实现化工操作的故障模拟。
3.3.5智能计量检测：
包含微调转子流量计、远传液位计、声光报警器及各类就地弹簧指针表等仪表；
3.3.6设备主体结构恢弘大气：
规格：
长×
宽×
高：
30000×
17000×
9000mm。
材质：
设备、管道为不锈钢，
配套：
现场控制台（含嵌入式微机位、报警器及开关位、二次仪表）并内含DCS和仪表控制转换接入口。
3.4常减压-催化裂化装置的仿真系统
3.4.1常减压-催化裂化仿真系统的特点：
常减压-催化裂化仿真系统软件由两部分内容构成：
1、仿真系统数学模型；
2、系统组态和组态运行平台。
仿真系统数学模型：
1、工艺流程
涵盖了当前最为普遍常减压蒸馏及催化裂化系统实际工艺过程，是真实的、当前国内主流的生产工艺流程。
2、物料平衡和能量平衡
●针对工艺流程，从流态平衡的过程，对每一设备进出的物料，对每一个采样周期（目前暂定为500mS），严格按照物料平衡和能量平衡的原则进行仿真计算，并输出瞬时结果。
●系统由来自现场技术管理的资深工程技术人员进行与实际过程的拟合，达到既符合理论计算的结果，又符合实际过程运行的特征（过程技术参数的定性、定量变化）。
●有超过4000个常微分方程（几个常微分方程构造一个多变量变系数微分方程）。
3、开停车方案与实际过程吻合
●数学模型能响应原始的开停车过程，并且真实反映了瞬时过程。
●能够提供局部实时变化过程。
4、创新的要点和对实际过程的指导意义
（1）一般实际的生产装置设计过程中，先确定原料，装置设计针对某一具体物进行设计，当物料性质有较大的改变后设备必须进行整改，因此，工业生产中的设备和原料间有专属性的局限性！
而本套实景仿真装置采用仿真模拟物料，可以较灵活改变原料的性质，打破了工业生产中装置炼制原料固定性的限制。
（2）实际生产装置的设计是以实际物料的实验测定为基础数据，并且忽略了中间变化过程，本套实景仿真装置应用仿真系统进行实际物料平衡和能量平衡计算，具有基础数据来源简便、广泛等特点，同时还能体现物系中局部中间变化过程等优点。
（3）本套实景仿真装置应用仿真系统可以进行比较不同物料的产品收率及转化率的分析，同时，还能对同一物料加工方案进行最优操作条件的比较测定，因此，对实际工业装置的优化生产生产具有一定的指导意义。
5、培训操作人员的内涵
仿真系统用于操作工人的培训，可以达到：
●熟练掌握生产过程的工艺原理。
●清晰生产过程的的控制（操作）原理和技巧。
●熟练掌握真实系统发生异常的处理方法和措施。
●熟练的掌握实际系统的原始开停车过程和技术。
●因为仿真系统是个按物料平衡和能量平衡进行全过程的系统仿真，并且在控制参数（操作指标）上与实际过程拟合。
可以使操作者从书本上学得的理论与实际进行有效的拟合。
3.4.2系统组态和组态运行平台：
1、系统的主要技术指标及特点
●仿真软件系统开发平台采用差分的方法，实现对数学模型的计算，差分采样周期为500mS,实时度高。
●为达到高的实时度，需要采用内存数据库的设计技术。
●有50多种功能模块供数学模型求解组态者使用，通过组态可实现对复杂的微分方程的实时求解。
●用户可在运行状态下，在线添加、删除和修改组态的构稽关系，无须编译、装载组态文件等常规操作。
●可在一个采样周期内，完成4000个以上的功能模块运算（高阶微分方程可分解成多个低阶微分方程，通过组态实现高阶微分方程、变系数微分方程和偏微分方程的计算）。
●开发平台可数倍实际时间运行，以缩短数学模型的设计者调试模型的时间。
●拥有曲线、数据显示等调试画面。
●原始数据可直接来自I/O硬件输入，也可来自计算机的键盘、鼠标输入。
每个点的数据来源可由组态设定。
●可多台机器的通过网络连接，直接形成软件操作界面，可供多人同时使用。
2、运行的效率和效果
●真实的实时度取决于仿真系统的I/O硬件的采样周期，即选用的硬件越好，采样周期就越小，系统则更逼真。
●无须I/O硬件的软件系统,采样周期与使用的功能模块数量呈比例。
有超过4000个功能块可做到500mS的采样周期。
3.4.3系统的拓展和展望：
1、多系统平行运行
该组态平台运行效率高，功能强大，组态灵活，数学方程多、是个复杂的仿真系统。
可以把若干个不同的生产岗位集中到一台工作站上一样。
2、纯软件的仿真系统
用户可以把一个生产过程，用一组数学模型进行描述，通过组态，形成一个可以在计算机上运行的程序，这个程序就相当于一个关于该生产过程的电子游戏。
可通过该电子游戏使得操作者深刻理解该生产过程的机理和操作要素。
通过局域网，可以是多台工作站同时在操纵生产过程，达到训练人员的目的。
3.4.4仿真系统的构成：
系统大致构成如下：
1、生产设备布置区
目前拟按350wt/a常减压蒸馏及联合催化裂化的生产规模，制定整个工艺过程的物料平衡和能量平衡衡算基础，以10：
1的比例规划，主体由14台化工塔、31台机泵、29台容器、3台工业炉、34台换热器等组组成，全部分布在生产设备布置区，通过管线，阀门构成常减压蒸馏—催化裂化联合装置主流程。
由于是个教学模型（或称仿真系统），不可能用实际的物料进入过程。
因而，对于特定的教学点，除用实际的空气或水进行模拟过
升级会员 