炼油工艺学第十章 催化裂化第一节 催化裂化概述
石油炼制名词解释
名词解释：1.催化裂化：催化裂化是在0.1～0.3MPa、500℃左右的温度及催化剂作用下，重质原料油发生以裂解为主的一系列化学反应，转化为气体、汽油、柴油、油浆及焦炭的工艺过程。
2.催化剂活性：催化剂的活性就是能加快反应速度的性能。
3.二次燃烧：由过剩O2含量太高，再生器密相床烧焦产生的CO在稀相段或集气室燃烧，放出大量热量而烧坏设备。
4氢转移反应：某烃分子上的氢脱下来立即加到另一烯烃分子上使之饱和的反应。
5碳堆积：再生器烧焦能力低或供氧不足，反应生成的焦炭烧为完全，使催化剂活性及选择性下降，又至使反应时生焦量增大，再生器烧焦更不完全，这样造成恶性循环，使催化剂上焦炭迅速增大，这就是碳堆积。
简答题1．简述催化裂化的化学反应分解反应、异构化反应，氢转移反应，烷基化反应，芳构化反应，烷基化反应、生焦反应2．列出芳烃转化的催化剂种类有酸性催化剂和固体酸，固体酸又分为浸附在适当载体上的质子酸；浸附在适当酸性卤化物，混合氧化物催化剂，贵金属-氧化硅-氧化铝催化剂；分子筛催化剂3．C8芳烃异构化反应所用的催化剂无定型SiO2-Al2O3催化剂，负载型铂催化剂。
ZSM催化剂，HF-BF3催化剂4．简述目前工业上分离对二甲苯的方法？答：深冷结晶法，络合分离法，吸附分离法5．简述开发芳烃转化工艺的原因不同来源的各种芳烃馏分组成是不同的，能得到各种芳烃的产量也不同，因此如果仅从这里取得芳烃，必然导致供需矛盾，所以用该工艺调节芳烃产量为什么催化裂化产物中少C1、C2，多C3、C4？正碳离子分解时不生成＜C3、C4的更小正碳离子。
为什么催化裂化产物中多异构烃？伯、仲正碳离子稳定性差，易转化为叔正碳离子。
为什么催化裂化产物中多β烯烃？伯正碳离子易转为仲正碳离子，放出H+形成β烯烃。
催化裂化的原料和产品有什么特点?答：主要原料有：直馏馏分油、常压渣油、脱沥青油、焦化蜡油、减压渣油等。
主要产品有液化气、汽油、柴油、油浆等。
催化裂化
类型
移动床催化裂化用的是小球硅酸铝催化剂。流化床催化裂化用的是微球硅酸铝催化剂。现代提升管催化裂化 用的是微球分子筛催化裂化催化剂。控制短的接触时间可以减少缩合反应，减少焦炭的生成。所用原料为减压馏 分油、焦化蜡油、脱沥青油等馏分油者，称馏分油催化裂化；所用原料为常压渣油、减压渣油或馏分油中掺入渣 油，都称渣油催化裂化。
沿革
催化裂化催化裂化技术由法国E.J.胡德利研究成功，于1936年由美国索康尼真空油公司和太阳石油公司合作 实现工业化，当时采用固定床反应器，反应和催化剂再生交替进行。由于高压缩比的汽油发动机需要较高辛烷值 汽油，催化裂化向移动床（反应和催化剂再生在移动床反应器中进行）和流化床（反应和催化剂再生在流化床反 应器中进行）两个方向发展。移动床催化裂化因设备复杂逐渐被淘汰；流化床催化裂化设备较简单、处理能力大、 较易操作，得到较大发展。60年代，出现分子筛催化剂，因其活性高，裂化反应改在一个管式反应器（提升管反 应器）中进行，称为提升管催化裂化。中国1958年在兰州建成移动床催化裂化装置，1965年在抚顺建成流化床催 化裂化装置，1974年在玉门建成提升管催化裂化装置。1984年，中国催化裂化装置共39套，占原油加工能力23%。
高低并列式特点是反应时间短，减少了二次反应；催化剂循环采用滑阀控制,比较灵活。
同轴式装置形式特点是：①反应器和再生器之间的催化剂输送采用塞阀控制;②采用垂直提升管和90°耐磨 蚀的弯头;③原料用多个喷嘴喷入提升管。
工艺流程
催化裂化的流程主要包括三个部分：①原料油催化裂化；②催化剂再生；③产物分离。原料喷入提升管反应 器下部，在此处与高温催化剂混合、气化并发生反应。反应温度480～530℃,压力0.14~0.2MPa（表压）。反应 油气与催化剂在沉降器和旋风分离器(简称旋分器)，分离后，进入分馏塔分出汽油、柴油和重质回炼油。裂化气 经压缩后去气体分离系统。结焦的催化剂在再生器用空气烧去焦炭后循环使用，再生温度为60称分布物料喷嘴进入提升管，并喷入燃油加热，上升过程中开始在高温和催 化剂的作用下反应分解，进入沉降器下段的气提段，经汽提蒸汽提升进入沉降器上段反应分解后反应油气和催化 剂的混合物进入沉降器顶部的旋风分离器（一般为多组），经两级分离后，油气进入集气室，并经油气管道输送 至分馏塔底部进行分馏，分离出的催化剂则从旋分底部的翼阀排出，到达沉降器底部经待生斜管进入再生器底部 的烧焦罐。
催化裂化化学反应原理教学课件
工业应用与技术 发展
本课程还介绍了催化裂化技 术在石油工业中的实际应用 ，以及近年来催化裂化技术 的发展趋势和最新研究成果 。
对未来学习的建议与展望
深化理论基础
建议学习者进一步深化对催化裂化化学反应原理的理解， 掌握相关的基础理论和概念。
实践与实验
通过实践和实验，学习者可以更深入地理解催化裂化过程 ，提高实际操作能力和问题解决能力。建议学习者积极参 与相关的实验和实践项目。
新型催化剂的开发与应用
01
02
03
纳米催化剂
利用纳米技术制备具有特 定结构和性质的催化剂， 以提高催化活性、稳定性 和选择性。
多功能催化剂
开发具有多种活性组分的 复合催化剂，实现多种催 化功能的协同作用。
生物催化剂
探索生物催化剂在催化裂 化中的应用，利用酶的专 一性和高效性提高反应效 率。
绿色与可持续发展的催化裂化技术
料。
焦炭的形成是由于部分烃未能 发生裂化反应而残留在催化剂
上。03催化裂Fra bibliotek工艺流程原料预处理
原料筛选
去除原料中的杂质和过大颗粒， 保证原料质量和稳定性。
加热和混合
将原料加热至适宜温度，并进行 均匀混合，以提高反应效率。
反应-再生系统
反应阶段
在适宜的温度和压力下，原料在催化 剂的作用下进行裂化反应，生成小分 子烃类物质。
催化剂的作用与 选择
催化剂在催化裂化过程中起 着关键作用，能够降低反应 活化能，提高反应速率。本 课程介绍了不同类型的催化 剂及其在催化裂化过程中的 作用，以及如何根据实际需 求选择合适的催化剂。
化学反应机理与 动力学
化学反应机理是理解催化裂 化过程的基础。本课程深入 探讨了催化裂化过程中的化 学反应机理，包括烃类分子 的裂解和重整等，同时介绍 了反应动力学的基本概念和 模型。
催化裂化
胜利
0.23 0.29 <0.02 0.2～0.4 4.7 8.5 4.8 39.2
2.以重油为裂化原料时会遇到以下技术困难： ①焦炭产率高 原因是：
重油的H/C比较低，含稠环芳烃多，胶质沥青质含量高；
重金属污染催化剂 引起一系列的问题，主要有： 再生器烧焦负荷大 焦炭产率过高，会大大破坏装置的热平衡 装置能耗增大
5～10
6～8
二：催化裂化的发展过程
分解等反应生成气体、汽油等小分子产物
催化裂化反应
缩合反应生成焦炭
反应：吸热过程
催化裂化 再生：放热过程
催化裂化的发展可以分成以下几个阶段：
1．天然白土和固定床催化裂化 2．合成硅铝催化剂和移动床催化裂化
①移动床催化裂化
②流化床催化裂化
3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
次反应
二次反应并非对我 们的生产都有利，应 适当加以控制
为了获得较高轻质油收率，不追求反应深度过大，而是在
适当反应深度的基础上对未反应原料进行回炼 “未反应原料”是指反应产物中沸点范围与原料相当的那 一部分，称回炼油或循环油 目前我国的催化裂化装置采用的反应温度一般比国外低
三：渣油催化裂化
芳香基原料油、催化裂化循环油或油浆(其中含有较多的稠
环芳烃)较难裂化，要选择合适的反应条件或者先通过预处理
来减少其中的稠环芳烃而使其成为优质的裂化原料，如循环 油可作如下处理： 加氢→含环烷烃较多→优质裂化原料 溶剂抽提分理出芳烃(化工原料)→裂化
2．复杂的平行—顺序反应
重质石油馏分
中间馏分
烷烃
烯烃
①反应速度比烷烃快得多； ②氢转移显著，产物中烯烃、尤其 是二烯烃较少。
①反应速度与异构烷烃相似； ②氢转移显著，同时生成芳烃。 ①反应速度比烷烃快得多； ②在烷基侧链与苯环连接的键上断 裂。
催化裂化工艺
nm，比表面积可达500—700m2/g。 ➢硅酸铝的催化活性来源于其表面的酸性。
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分子筛催化剂特点
➢分子筛催化剂在催化裂化中的应用是催化裂化 技术的重大发展。分子筛催化剂是60年代发展 起来的一种新型的高活性催化剂。它的出现， 使流化催化裂化工艺发生了很大变化，装置处 理能力显著提高，产品产率及质量都得到改善。
显微镜下的催化裂解催化剂
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分子筛催化剂的组成
➢ 活性组元分子筛：ZSM-5和Y. ZSM-5作添加剂，占 15~50%； ➢ 基质或者称之为载体：一般为高岭土或合成基质，占20~70%； ➢ 粘结剂：铝溶胶、硅溶胶或硅铝溶胶； ➢ 添加物或助剂成分：抗Ni、V、N等。
0.50 0.75
1.00
金属在催化剂上的含量，（W）%
第24页/共84页
金属污染对产氢量的影响
氢，Nm3/ m3
800-
Ni
600-
400-
200-
镍
的
脱
氢
功
能
V
高
于
钒
01000 2000 3000 4000 5000 6000
催化剂上的金属含量，ppm
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金属污染对焦炭产率的影响
➢1965年五朵金花之一的流化催化裂化在抚顺石油二厂建 成投产。五朵金花：催化裂化、催化重整、延迟焦化、尿 素脱蜡、微球催化剂与添加剂。
➢1974年我国建成投产了第一套提升管催化裂化工业装置 。
➢随着催化剂和催化工艺的发展，其加工的原料逐步重质化、 劣质化。
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催化裂化的工艺特点及基本原理
教案叶蔚君5.1催化裂化的工艺特点及基本原理[引入]:先提问复习，再从我国催化裂化汽油产量所占汽油总量的比例引入本章内容。
[板书]:催化裂化一、概述1、催化裂化的定义、反应原料、反应产物、生产目的[讲述]:1．催化裂化的定义(重质油在酸性催化剂存在下，在470~530O C的温度和0.1～0.3MPa的条件下，发生一系列化学反应，转化成气体、汽油、柴油等轻质产品和焦炭的过程。
)、反应原料:重质油;(轻质油、气体和焦炭)、(轻质油);[板书]2.催化裂化在炼油厂申的地位和作用:[讲述]以汽油为例，据1988年统计，全世界每年汽油总消费量约为6.5亿吨以上，我国汽油总产量为1750万吨，从质量上看，目前各国普通级汽油一般为90-92RON、优质汽油为96-98RON，我国1988年颁布车用汽油指标有两个牌号，其研究法辛烷值分别为不低于90和97。
但是，轻质油品的来源只靠直接从原油中蒸馏取得是远远不够的。
一般原油经常减压蒸馏所提供的汽油、煤油和柴油等轻质油品仅有10-40%，如果要得到更多的轻质产品以解决供需矛盾，就必须对其余的生质馏分以及残渣油进行二次加工。
而且，直馏汽油的辛烷值太低，一般只有40-60MON，必须与二次加工汽油调合使用。
国内外常用的二次加工手段主要有热裂化、焦化、催化裂化和加氢裂化等。
而热裂化由于技术落后很少发展，而且正逐渐被淘汰，焦化只适用于加工减压渣油，加氢裂化虽然技术上先进、产品收率高、质量好、灵活性大，但设备复杂，而且需大量氢气，因此，技术经济上受到一定限制，所以，使得催化裂化在石油的二次加工过程中占居着重要地位(在各个主要二次加工工艺中居于首位)。
特别是在我国，车用汽油的组成最主要的是催化裂化汽油，约占近80%。
因此，要改善汽油质量提高辛烷值，首先需要把催化裂化汽油辛烷值提上去。
目前我国催化裂化汽油辛烷值RON偏低，必须采取措施改进工艺操作，提高催化剂质量，迅速赶上国际先进水平。
炼油工艺学第十章 催化裂化第一节 催化裂化概述
炼油工艺学
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催化裂化技术今后的发展方向： ① ② ③ ④ 加工重质原料 降低能耗 减少环境污染 适应多种生产需要的催化剂和工艺
⑤
过程模拟和计算机应用
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三、工艺流程概述
包括：反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系 统、再 生烟气的能量回收系统和液化气、 汽油的脱硫精制等
技术发展：反应-再生型式（工艺）和催化剂性能 两个方面
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催化裂化的发展可以分成以下几个阶段：
1．天然白土和固定床催化裂化
2．合成硅铝催化剂和移动床催化裂化 ① ② 移动床催化裂化 流化床催化裂化
3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
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一、催化裂化的原料和产品
催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程， 也是重油轻质化的核心工艺 催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要 手段 催化裂化于19化馏分油)、
常压重油、减渣(掺一部分馏分油)、脱沥青油
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低温高压 防热
提高C3回收率 的关键
高温低压 吸热
提高C4回收率 的关键
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四、提升管催化裂化装置的类型
催化裂化的反应 -再生系统有多种形式，如高
低并列式、同轴式、两段提升管催化裂化等
至于分馏系统和吸收 -稳定系统，在各催化裂
提高富气压缩机的入口压力以降低气压机的功率损耗
催化裂化知识
催化裂化知识催化裂化是一种重要的炼油工艺，通过催化剂的作用将重质石油馏分转化为轻质产品。
在催化裂化过程中，石油馏分经过加热后与催化剂接触，发生裂化反应，生成较轻质的烃类化合物。
催化裂化技术广泛应用于石油炼制行业，使得石油资源得以充分利用。
催化裂化的原理是通过催化剂的作用降低反应的活化能，加快反应速率。
催化剂是一种能够提供活性位点的物质，它能够吸附反应物分子并改变其化学键，从而促进反应的进行。
常用的催化剂有酸性催化剂、碱性催化剂和金属催化剂等。
在催化裂化过程中，石油馏分首先被预热至适宜的温度，然后进入催化剂床层。
在催化剂的作用下，石油馏分中的大分子化合物发生裂化反应，生成烃类产品。
裂化反应主要包括裂解、重排和异构化等过程。
裂解是指将长链烃分子裂解为短链烃分子，重排是指短链烃分子发生位置变化，异构化是指短链烃分子发生结构变化。
催化裂化的反应条件主要包括温度、压力和催化剂的选择等。
温度是影响催化裂化反应速率和产物分布的重要因素。
适宜的温度能够提高反应速率，但过高的温度会导致生成焦炭等副产物。
压力对催化裂化反应的影响相对较小，一般较低的压力即可满足反应的需求。
催化剂的选择对反应的效果有着重要影响，不同的催化剂对产品分布、产率和选择性有不同的影响。
催化裂化技术的应用使得石油炼制过程更加灵活多样，能够根据市场需求灵活调整产品结构。
通过合理的催化剂设计和反应条件控制，可以实现不同产品的选择性裂化。
催化裂化不仅能够提高汽油产率，还能够产生重要的石化原料，如乙烯、丙烯等。
催化裂化技术的发展也为石油炼制行业的绿色转型提供了重要支持。
然而，催化裂化过程中也存在一些问题。
首先，催化剂的失活是一个严重的问题，随着反应的进行，催化剂会逐渐失去活性，需要定期更换。
其次，催化裂化反应的过程较复杂，需要综合考虑反应的热力学和动力学特性，以及催化剂的选择和反应条件的控制。
此外，催化裂化过程中还会产生大量的副产物，如焦炭和烟气，对环境造成一定的污染。
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个中段回流以及塔底油浆循环
催化裂化分馏塔有以下几个特点：
★进料是带有催化剂粉尘的过热油气 ★全塔剩余热量大而且产品的分馏精确度要求比较容易满足 ★塔顶回流采用循环回流而不用冷回流
✓ 进入分馏塔的油气含有相当大量的不凝气和惰性气体， 它们会影响塔顶冷凝冷却器的效果
✓ 提高富气压缩机的入口压力以降低气压机的功率损耗
高低并列式提升管催化裂化装置的工艺流程
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反应温度
490～510 ℃ 2 ～3s
600～750 ℃
200～300 ℃
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炼油工艺学
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说明：
反应吸热，再生放热，催化剂作为热载体
再生烟气温度很高，流量大，应回收再生烟气的化学能 和热能
在生产过程中，催化剂会有损失和失活，为了维持系统 内催化剂的藏量和活性，需定期向系统内补充或置换催 化剂
保证催化剂在两器间按正常流向循环以及再生器有好的 流化状态是催化裂化装置的技术关键
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2．分馏系统
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过热油 气
480～490 ℃
炼油工艺学
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在分馏塔内将反应油气分成几个产品：塔顶为汽油及富气，
侧线有轻柴油、重柴油和回炼油，塔底产品是油浆
为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流、一个至两
第十章 催化裂化
Catalytic Cracking
第一节 概述
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燃料生产中一个重要的问题：如何将原油中的 重质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品？
重质油转化为轻质油
从大分子分解为较小的分子
主要依靠分解反应（热反应和催化反应）
从低H/C的组成转化成较高H/C的组成脱碳（溶剂脱沥青、催化Fra bibliotek化、焦炭化等）
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催化裂化技术今后的发展方向： ① 加工重质原料 ② 降低能耗 ③ 减少环境污染 ④ 适应多种生产需要的催化剂和工艺 ⑤ 过程模拟和计算机应用
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三、工艺流程概述
包括：反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系 统、再 生烟气的能量回收系统和液化气、 汽油的脱硫精制等
1．反应—再生系统
加氢（加氢裂化）
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炼油工艺学
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一、催化裂化的原料和产品
催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程， 也是重油轻质化的核心工艺 催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要 手段 催化裂化于1936年实现工业化 催化裂化原料：重质馏分油(减压馏分油、焦化馏分油)、 常压重油、减渣(掺一部分馏分油)、脱沥青油
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3．吸收—稳定系统
主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔组成。 吸收稳定系统的作用：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。
吸收塔和解吸塔的操作压力为1.0～2.0MPa。 稳定塔实质上是个精馏塔，操作压力为1.0-1.5MPa
化装置中一般并无很大差别
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炼油工艺学
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高低并列式
反应器位置较高，两器压力不同，一般再生器比反应器 的压力高0.02～0.04MPa。 催化剂在两器中循环，用斜管输送，并由滑阀调节。滑阀 的材质要满足耐磨要求。
同轴式
沉降器和再生器同轴叠置，采用塞阀(plug valve)调节 催化剂循环量。由于阀头和催化剂均匀接触，阀头磨蚀 轻；布置紧凑，占地面积小。
主要控制指标：金属含量和残碳值
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催化裂化的发展可以分成以下几个阶段： 1．天然白土和固定床催化裂化 2．合成硅铝催化剂和移动床催化裂化
① 移动床催化裂化 ② 流化床催化裂化 3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
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低温高压 防热
提高C3回收率 的关键
高温低压 吸热
提高C4回收率 的关键
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四、提升管催化裂化装置的类型
催化裂化的反应-再生系统有多种形式，如高
低并列式、同轴式、两段提升管催化裂化等
至于分馏系统和吸收-稳定系统，在各催化裂