石油化工催化裂化装置工艺流程图

炼油生产安全技术—催化裂化的装置简介类型及工艺流程

催化裂化技术的发展密切依赖于催化剂的发展。有了微球催化剂，才出现了流化床催化裂化装置；分子筛催化剂的出现，才发展了提升管催化裂化。选用适宜的催化剂对于催化裂化过程的产品产率、产品质量以及经济效益具有重大影响。

催化裂化装置通常由三大部分组成，即反应?再生系统、分馏系统和吸收稳定系统。其中反应––再生系统是全装置的核心，现以高低并列式提升管催化裂化为例，对几大系统分述如下：

㈠反应––再生系统

新鲜原料(减压馏分油)经过一系列换热后与回炼油混合，进入加热炉预热到370℃左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷入提升管反应器下部，油浆不经加热直接进入提升管，与来自再生器的高温(约650℃~700℃)催化剂接触并立即汽化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以7米/秒~8米/秒的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落入沉降器下部，油气携带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进入分馏系统。

积有焦炭的待生催化剂由沉降器进入其下面的汽提段，用过热蒸气进行汽提以脱除吸附在催化剂表面上的少量油气。待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进入再生器，与来自再生器底部的空气(由主风机提供)接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度(密相段温度约650℃~68 0℃)。再生器维持0.15MPa~0.25MPa (表)的顶部压力，床层线速约0.7米/秒~1.0米/秒。再生后的催化剂经淹流管，再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。

烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进入旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排入烟囱。再生烟气温度很高而且含有约5%~10% CO，为了利用其热量，不少装置设有CO 锅炉，利用再生烟气产生水蒸汽。对于操作压力较高的装置，常设有烟气能量回收系统，利用再生烟气的热能和压力作功，驱动主风机以节约电能。

㈡分馏系统

分馏系统的作用是将反应?再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。

由反应?再生系统来的高温油气进入催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进入分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴油经汽提、换热或冷却后出装置，回炼油返回反应––再生系统进行回炼。油浆的一部分送反应再生系统回炼，另一部分经换热后循环回分馏塔。为了取走分馏塔的过剩热量以使塔内气、液相负荷分布均匀，在塔的不同位置分别设有 4 个循环回流：顶循环回流，一中段回流、二中段回流和油浆循环回流。

催化裂化分馏塔底部的脱过热段装有约十块人字形挡板。由于进料是460℃以上的带有催化剂粉末的过热油气，因此必须先把油气冷却到饱和状态并洗下夹带的粉尘以便进行分馏和避免堵塞塔盘。因此由塔底抽出的油浆经冷却后返回人字形挡板的上方与由塔底上来的油气逆流接触，一方面使油气冷却至饱和状态，另一方面也洗下油气夹带的粉尘。

㈢吸收––稳定系统：

从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶解有C3、C4甚至C2组分。吸收––稳定系统的作用就是利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气(≤C2)、液化气(C3、C4)和蒸汽压合格的稳定汽油。

一、装置简介

(一)装置发展及其类型

1．装置发展

催化裂化工艺产生于20世纪40年代，是炼油厂提高原油加工深度的一种重油轻质化的工艺。

20世纪50年代初由ESSO公司(美国)推出了Ⅳ型流出催化装置，使用微球催化剂(平均粒径为60—70tan)，从而使催化裂化工艺得到极大发展。

1958年我国第一套移动床催化裂化装置在兰州炼油厂投产。1965年我国自己设计制造施工的Ⅳ型催化装置在抚顺石油二厂投产。经过近40年的发展，催化裂化已成为炼油厂最重要的加工装置。截止1999年底，我国催化裂化加工能力达8809。5×104t／a，占一次原油加工能力的33．5％，是加工比例最高的一种装置，装置规模由(34—60)×104t／a发展到国内最大300×104t／a，国外为675×104t／a。

随着催化剂和催化裂化工艺的发展，其加工原料由重质化、劣质化发展至目前全减压渣油催化裂化。根据目的产品的不同，有追求最大气体收率的催化裂解装置(DCC)，有追求最大液化气收率的最大量高辛烷值汽油的MGG工艺等，为了适应以上的发展，相应推出了二段再生、富氧再生等工艺，从而使催化裂化装置向着工艺技术先进、经济效益更好的方向发展。

2．装置的主要类型

催化裂化装置的核心部分为反应—再生单元。反应部分有床层反应和提升管反应两种，随着催化剂的发展，目前提升管反应已取代了床层反应。

再生部分可分为完全再生和不完全再生，一段再生和二段再生(完全再生即指再生烟气中CO含量为10—6级)。从反应与再生设备的平面布置来讲又可分为高低并列式和同轴式，典型的反应—再生单元见图2—4、图2—5、图2—6、图2—7，其特点见表2—11。

(二)装置单元组成与工艺流程

1.组成单元

催化裂化装置的基本组成单元为：反应—再生单元，能量回收单元，分馏单元，吸收稳定单元。作为扩充部分有：干气、液化气脱硫单元，汽油、液化气脱硫醇单元等。各单元作用介绍如下。

(1)反应—再生单元

重质原料在提升管中与再生后的热催化剂接触反应后进入沉降器(反应器)，油气与催化剂经旋风分离器与催化剂分离，反应生成的气体、汽油、液化气、柴油等馏分与未反应的组分一起离开沉降器进入分馏单元。反应后的附有焦炭的待生催化剂进入再生器用空气烧焦，催化剂恢复活性后再进入提升管参加反应，形成循环，再生器顶部烟气进入能量回收单元。

(2)三机单元

所谓三机系指主风机、气压机和增压机。如果将反一再单元作为装置的核心部分，那么主风机就是催化裂化装置的心脏，其作用是将空气送人再生器，使催化剂在再生器中烧焦，将待生催化剂再生，恢复活性以保证催化反应的继续进行。

增压机是将主风机出口的空气提压后作为催化剂输送的动力风、流化风、提升风，以保持反—再系统催化剂的正常循环。

气压机的作用是将分馏单元的气体压缩升压后送人吸收稳定单元，同时通过调节气压机转数也可达到控制沉降器顶部压力的目的，这是保证反应再生系统压力平衡的一个手段。

(3)能量回收单元

利用再生器出口烟气的热能和压力使余热锅炉产生蒸汽和烟气轮机作功、发电等，此举可大大降低装置能耗，目前现有的重油催化裂化装置有无此回收系统，其能耗可相差1／3左右。

(4)分馏单元

沉降器出来的反应油气经换热后进入分馏塔，根据各物料的沸点差，从上至下分离为富气(至气压机)、粗汽油、柴油、回炼油和油浆。该单元的操作对全装置的安全影响较大，一头一尾的操作尤为重要，即分馏塔顶压力、塔底液面的平稳是装置安全生产的有力保证，保

证气压机人口放火炬和油浆出装置系统的通畅，是安全生产的必备条件。

(5)吸收稳定单元

经过气压机压缩升压后的气体和来自分馏单元的粗汽油，经过吸收稳定部分，分割为干气、液化气和稳定汽油。此单元是本装置甲类危险物质最集中的地方。

(6)干气、液化气脱硫和汽油液化气脱硫醇单元该两部分为产品精制单元。

干气、液化气在胺液(乙醇胺、二乙醇胺、Ⅳ—甲基二乙醇胺等)作用下、吸收干气、液化气中的H2S气体以达到脱除H2S的目的。

汽油和液化气在碱液状态中在磺化酞氰钴或聚酞氰钻作用下将硫醇氧化为二硫化物，以达到脱除硫醇的目的。

2．工艺流程

工艺原则流程见图2—8。

原料油由罐区或其他装置(常减压、润滑油装置)送来，进入原料油罐，由原料泵抽出，换热至200—300°C左右，分馏塔来的回炼油和油浆一起进入提升管的下部，与由再生器再生斜管来的650～700°C再生催化剂接触反应，然后经提升管上部进入分馏塔(下部)；反应完的待生催化剂进入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油气的待生剂通过待生斜管进入再生器下部烧焦罐。由主风机来的空气送人烧焦罐烧焦，并同待生剂一道进入再生器继续烧焦，烧焦再生后的再生催化剂由再生斜管进人提升管下部循环使用。

烟气经一、二、三级旋分器分离出催化剂后，其温度在650～700°C，压力0．2-0．3MPa(表)，进人烟气轮机作功带动主风机，其后温度为500—550°C，压力为0．01MPa(表)左右，再进入废热锅炉发生蒸汽，发汽后的烟气(温度大约为200℃左右)通过烟囱排到大气。

反应油气进入分馏塔后，首先脱过热，塔底油浆(油浆中含有2%左右催化剂)分两路，一路至反应器提升管，另一路经换热器冷却后出装置。脱过热后油气上升，在分馏塔内自上而下分离出富气、粗汽油、轻柴油、回炼油。回炼油去提升管再反应，轻柴油经换热器冷却后出装置，富气经气压机压缩后与粗汽油共进吸收塔，吸收塔顶的贫气进入再吸收塔由轻柴油吸收其中的C4-C5，再吸收塔顶干气进入干气脱硫塔脱硫后作为产品出装置，吸收塔底富吸收油进入脱吸塔以脱除其中的C2。塔底脱乙烷汽油进入稳定塔，稳定塔底油经碱洗后进入脱硫醇单元脱硫醇后出装置，稳定塔顶液化气进入脱硫塔脱除H，S，再进入脱硫醇单元脱硫醇后出装置。(脱硫脱硫醇未画出)

(三)化学反应过程

1．催化裂化反应的特点

催化裂化反应是在催化剂表面上进行的，其反应过程的7个步骤如下：

①气态原料分子从主流扩散到催化剂表面；②原料分子沿催化剂外向内扩散；③原料分子被催化剂活性中心吸附；④原料分子发生化学反应；⑤产品分子从催化剂内表面脱附；⑥产品分子由催化剂外向外扩散；⑦产品分子扩散到主流中。

重质原料反应生成目的产品可用下图表示：

2．催化裂化反应种类

石油馏分是由十分复杂的烃类和非烃类组成，其反应过程十分复杂，种类繁多，大致分为几个类型。

(1)裂化反应

是主要的反应。即C—C键断裂，大分子变为小分子的反应。 (2)异构化反应

是重要的反应。即化合物的相对分子量不变，烃类分子结构和空间位置变化，所以催化裂化产物中会有较多异构烃。

(3)氢转移反应

是一个烃分子上的氢脱下来加到另一个烯烃分子上，使其烯烃饱和，该反应是催化裂化特有的反应。虽然氢转移反应会使产品安定性变好，但是大分子的烃类反应脱氢将生成焦炭。

(4)芳构化反应

烷烃、烯烃环化生成环烷烃和环烯烃，然后进一步氢转移反应生成芳烃，由于芳构化反应使汽油、柴油中芳烃较多。

除以上反应外，还有甲基转移反应、叠合反应和烷基化反应等。

(四)主要操作条件及工艺技术特点

1．主要操作条件

因不同的工艺操作条件不尽相同，表2—12列出一般一段再生催化裂化的主要操作条件。

2．工艺技术特点

(1)微球催化剂的气—固流态化

催化裂化确切一点应该叫作流化催化裂化。微球催化剂(60—70／1m粒径)在不同气相线速下呈现不同状态，可分为固定床(即催化剂不动)、流化床(即催化剂只在一定的空间运动)和输送床(即催化剂与气相介质一同运动而离开原来的空间)三种。

催化裂化的提升管反应是输送床，而再生器中待生催化剂的烧焦过程是流化床，所以微球催化剂的气—固流态化是催化裂化工艺得以发展的基础，从而使反应—再生能在不同的条件下得以实现。

(2)催化裂化的化学反应

最主要的反应是大分子烃类裂化为小分子烃类的化学反应，从而使原油中大于300℃馏分的烃类生成小分子烃类、气体、液化气、汽油、柴油等，极大地增加了炼油厂的轻质油收率，并能副产气体和液化气。

(五)催化剂及助剂

1．催化剂

烃类裂化反应，应用热裂化工艺也能完成，但是有了催化剂的参加，其化学反应方式不同，所以导致二类工艺的产品性质和产品分布都不同。

目前催化裂化所使用的催化剂都是分子筛微球催化剂，根据不同产品要求可制造出各种型号的催化剂。但其使用性能要求是共同的，即高活性和选择性，良好的水热稳定性，抗硫、氮、重金属的中毒；好的强度，易再生，流化性能好等。目前常见的有重油催化裂化催化剂、生产高辛烷值汽油催化剂、最大轻质油收率催化剂、增加液化气收率催化剂和催化裂解催化剂等。由于催化裂化原料的重质化，使重油催化剂发展十分迅速，目前国内全渣油型催化剂性能见表2—13。

2．催化裂化助剂

为了补充催化剂的其他性能，近年来发展了多种起辅助作用的助催化剂，这些助剂均以剂的方式，加到裂化催化剂中起到除催化裂化过程外的其他作用。如促进再生烟气中CO转化为C02，提高汽油辛烷值，钝化原料中重金属对催化剂活性毒性，降低烟气中的SOx的含量等各类助剂，它们绝大多数也是制造成与裂化催化剂一样的微球分别加入再生器内，但占总剂量很少，一般在1％—3％，所以每天添加量只有10-1000kS／d左右。

CO助燃剂为SiO2—Al2O3细粉上载有活性金属铂制成。辛烷值助剂大多是含有15％-20％ZSM—5分子筛的Si—Al微球剂。而金属钝化剂为液态型含锑的化合物，将其注入原料油中，使其分解的金属锑沉积在催化剂上以钝化Ni的活性。

(六)原料及产品性质

1．催化裂化原材料

各类催化裂化所使用的原材料不尽相同，现将一般所使用的原材料主要性质汇总，见表2—14。