80万吨年催化裂化装置设计计算书

第1章绪论

1.1 概述

1.1.1 催化裂化工业的意义与作用

石油工业是国民经济中最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是提供交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的40%依赖于石油产品[1]。然而作为一种不可再生资源，石油的产量在不断的下降，而社会生产，人民生活却需要大量的汽油，柴油等轻质油品，但是石油不能直接作为产品使用,必须经过各种加工过程,炼制成多种符合使用要求的各种石油产品。而原油经过第一步加工只能得到少部分轻质油，大部分仍为渣油，因此需要对重质油进一步加工，催化裂化是对重质油加工的主要手段。

以我国目前的需要情况为例，对轻质燃料油，重质燃料油和润滑油三者需要的比例是20：6：1。另一方面，由于内燃机的发展对汽油的质量提出更高的要求，而直馏汽油一般难以满足这些要求。同时由于石油价格上涨和石油资源逐渐枯竭，许多国家都在努力寻找能替代石油的新能源。寻找新能源的工作近年来虽然取得很大的进展，但是至少在几十年内，由石油生产的轻质液体燃料仍然是不可能被替代的，而且对它的需求量还不断增大。所有的这一切都促使了石油的催化裂化工业的产生和发展。

1.1.2 催化裂化技术国内外发展现状

催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一,在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有重要的地位。在一些原油加工深度较大的国家,例如德国和美国,催化裂化的处理能力达原油加工能力的30%以上。在我国,由于多数原油偏重,氢碳比（H/C）相对较高而金属含量相对较低,因此催化裂化过程,尤其是重油催化裂化过程的地位就显得更为重要。

在我国国内最早的工业催化裂化装置出现于1936年。几十年来,无论

是规模还是技术均有了巨大发展。现在它已经成为原油二次加工中最重要的一个加工过程。从催化裂化技术角度来说,基本的是反应－再生型式和催化剂性能两个方面的发展。

传统的催化裂化原料是重质馏分油，主要是直馏减压馏分油，也包括焦化重馏分油。由于对轻质油品的需求不断增长及技术进步，近20年来，更重的油料也作为催化裂化的原料，例如减压渣油，石蜡油，脱沥青的减压渣油，加氢处理重油等。

最早在工业上采用的反应器型式是固定床式反应器。反应和再生是轮流间歇地在同一反应器内进行的。为了在反应时供热及在再生时取走热,在反应器内装有取热的管束，用一种融盐循环取热。为了使生产连续化,可以将几个反应器组成一组，轮流地进行反应和再生。固定床催化裂化的设备结构复杂，生产连续性差，因此，在工业上早已被其他型式的反应器所取代。

由于生产要求的不断扩大和生产技术的不断进步，在二十世纪九十年代初期,流化床催化裂化技术迅速地发展成熟起来并很好地运用到实际生产中去。

1.1.3 催化裂化工艺简介

移动床催化裂化的反应和再生是分别在反应器和再生器内进行的。原料油与催化剂同时进入反应器的顶部,它们相互接触,在反应的同时并向下移动。当它们移动至反应器的下部时,催化剂表面上会沉积上一定量的焦炭,于是油气从反应器的中下部导出而催化剂则从底部下来,再由连接到再生器的气升管用空气提升至再生器内向下移动过程中进行烧焦再生。再生过的催化剂经另一根气升管又返回至反应器中。就这样，使催化剂在反应器和再生器中循环。

流化床催化裂化的反应过程和再生过程也是分别在两个设备中进行[3],其原理与移动床相似,只是在反应器和再生器内,催化剂与油气或空气形成与沸腾的液体相似的流化状态。为了便于流化,催化剂制成直径为φ20~100μm的微球。由于在流化状态时,反应器或再生器内温度分布均匀,而且催化剂的循环量大,可以携带的热量多,减少了反应器和再生器内温度

变化的幅度,因而不必再在设备内专设取热设施,从而大大简化了设备的结构。

同固定床相比，流化床催化裂化具有生产过程连续，产品性质稳定及设备简化等优越性，它很快就在各种催化裂化型式中占据了主导地位。自二十世纪六十年代以来,为配合高活性的分子筛催化剂,流化床反应器又发展为提升管反应器。目前,在全世界催化裂化装置的总加工能力中,提升管催化裂化已占绝大部分。我国的情况也是大致如此。

1.2 设计依据

大庆石化分公司炼油厂100万吨重油催化裂化的操作规程；

化工专业教师下达的设计任务书《80万吨/年重油催化裂化车间再生工段初步设计任务书》。

1.3 厂址选择

对于石油化工企业来说，厂址选择的正确与否将对建厂速率、建设投资、对项目建成后的经济效益、社会效益和环境效益的发挥对化工行业的合理布局和地区经济文化的发展具有深远的影响。

厂址应靠近主要原材料的供应地区大庆,并尽可能靠近主要的交通干线，便于产品的外运销售；节约有地，尽量不占用或少占用农田；注意厂址的防洪排涝；注意环境保护。工厂与居住区要满足卫生防护标准；建厂要选择水资源能满足的地方。因为石油炼制工厂用水数量较大，另外化工厂的职工人数亦较多，工厂每天需要一定数量的生活用水，这些水的水源是城市供水部门提供还是自行解决，必须认真研究，确定方案；化工厂排出污水时，常含有害的化学物质，排放的废水经过处理达到排放标准后排入江河，江河水的最小流量能稀释至符合农业、水产、卫生的要求；厂址应即厂址应具备完整的地质和水文气象资料,以作为化工设计计算的依据;

厂址建筑物是否需要抗震设防,应根据厂址地震资料参照TJ11-78工业与民用建筑抗震设计规范进行设计.本设计综合以上条件选择厂址在大庆市龙风区。

1.4 设计规模与生产制度

1.4.1 设计规模

反应再生联合装置处理的原料为大庆原产的混合蜡油和减压渣油，设计处理量为80万吨/年。掺渣比为46%。设计计算物料时，按年开工8000小时计。非停工状态下连续再生处理分子筛型催化裂化催化剂。80万吨/年重油催化裂化再生工段装置为将催化剂再生的工段，包括主要设备有：再生装置，旋风分离器部分等。

1.4.2 生产规模

全装置采用连续操作方式，年处理量为80万吨/年重油。其中本催化剂再生工段处理催化剂的量为1000吨/小时（计算过程在第二章）。

1.4.3 生产制度

化工生产企业属于高危生产,所以设计生产一线要求连续安全运转，采用五班三倒制，每班8小时工作制，其他部门采用每天每班8小时工作制。

1.5 原料与产品规格

1.5.1 催化剂物化性质

催化剂在催化裂化的发展过程中起着十分重要的作用。工业上广泛应用的催化剂分为两类：一类是无定型的硅酸铝，包括天然活性白土和合成硅酸铝；另一类是结晶型硅酸铝盐，又称为分子筛催化剂，在催化裂化的发展初期,主要是利用天然的活性白土作催化剂。二十世纪四十年代起广泛

采用人工合成的硅酸铝催化剂,六十年代出现了分子筛催化剂,由于它具有活性高、选择性和稳定性好等特点。使用分子筛催化剂可以获得较高的汽油产率、较低气体产率和焦碳产率等优点，因此很快就被广泛采用,几乎取代了硅酸铝催化剂。

1. 无定型硅酸铝盐催化剂

工业催化裂化装置目前采用合成硅酸盐为催化剂，由Na

2

sio3和Al2(so4)3溶液按一定比例配合生产凝胶，经过水洗、过滤、成型、干燥、活化等步

骤制成。主要成分是Sio

2和Al

2

O3。按其含量的多少分成高、低铝催化剂。

但从外型上看，移动床用催化剂是φ3-5mm的小球，流体床用的是φ1-100μm的微球。

一种多微孔性物质的平均直径是φ4-8nm，微孔的总体积约占催化剂球体积的1/3。正是因为这些微孔，使催化剂有很大的表面积，使其表面积可达到300-700m2/g，催化剂就是靠每个颗粒中微孔内表面上大量的酸性中心而显微酸性。当油与催化剂在高温下接触而进行反应时这种酸性能给分子提供质子，造成不断的裂化反应条件。而酸性与结构有关，主要是靠它含有少量的结构水，水是质子的主要来源。

2. 结晶型硅酸铝催化剂

结晶型硅酸铝催化剂既分子筛催化剂，60年代初被广泛的应用，目前世界上大多数催化裂化装置已采用这种催化剂，目前工业上应用的分子筛硅酸铝催化剂，一般只是含5%-15%的分子筛，其余的是硅酸铝载体。载体不仅能降低催化剂的成本，而且能起到分散活性，提高稳定性和耐磨性，传递热量以及大分子预先反应等多种作用载体和分子互相促进，使裂化达到很高的转化率。

分子筛催化剂具有裂化活性和转化活性高、选择性好、稳定性高和抗金属能力强等优点，但缺点是含炭量低，只有0.2%，当催化剂的含炭量每增加0.1%，转化率则降低3%-4%。分子筛活性来源，目前还进一步研究。

3. 分子筛催化剂的特性

分子筛对烷烃和环烷烃有很高的裂化活性，对于目前应用的工业催化剂，大约只需要1-4秒的接触时间，就可使原料中的烷烃和环烷烃全部转化，因此反应时间要求严格控制，以免发生过多的二次反应。为了使反应